甲醇制烯烃：三代技术铺路，智能迭代加速
世界首套甲醇制烯烃工业化装置。大连化物所供图
■本报记者 孙丹宁
在内蒙古鄂尔多斯市，纵横的管道与高耸的塔罐构成一座“钢铁森林”。这里矗立着全球领先的甲醇制烯烃第三代技术（DMTO-Ⅲ）装置，将黑色的煤炭转化为聚烯烃产品。
“十四五”期间，这项技术实现关键突破与规模化应用，单套装置产能超百万吨，原料消耗显著降低，新增许可5套，新增投产400万吨/年，将“煤炭由燃料向原料”的绿色变革从蓝图进一步推向现实。截至目前，甲醇制烯烃（DMTO）系列技术已成功签约36套技术实施许可合同，产能超2400万吨/年，其中20套装置已投产运行。
“40多年前，我们就踏上甲醇制烯烃的技术研发之路。”中国工程院院士、中国科学院大连化学物理研究所（以下简称大连化物所）所长刘中民表示，“我们始终坚持‘开发一代、转化一代、前瞻一代’的战略路径，从未停止技术创新。”
三代技术迭代传递
能源是维持社会运转的“血液”，更是支撑我们日常生活的基石。以煤为主的化石资源禀赋决定了煤炭在我国能源消费结构中的主体地位不会在短期内改变。而甲醇制烯烃技术正是煤炭清洁利用的一个重要方向。“十四五”期间，该技术取得新突破——DMTO-Ⅲ技术采用新一代催化剂和创新工艺，单套装置年处理甲醇能力达360万吨，甲醇消耗显著降低，推动煤化工产业向大型化、低碳化迈进。
这一飞跃，源于大连化物所从上世纪80年代开始的技术“长征”。当时，利用煤炭合成甲醇的第一步技术已相对成熟，但从甲醇到被誉为“工业粮食”的烯烃仍是世界性难题。
为了保障国家能源安全，大连化物所迅速调动以研究员陈国权和梁娟为组长的两个研究小组进行联合攻关。
1995年，刘中民接任团队负责人，带领研究集体持续推动技术向工业应用迈进。团队与神华集团达成合作意向，在内蒙古包头建设一个百万吨级工业装置，成为煤制烯烃工业化的首个“实践者”。2011年1月，DMTO技术正式进入商业化运营阶段。由此，我国率先实现甲醇制烯烃核心技术和工业应用“零”的突破。
首次转化成功后，刘中民团队在DMTO技术方面不断升级，世界首套DMTO-Ⅱ工业示范装置也开车成功。
在完成阶段性任务后，刘中民曾想过DMTO技术是否还有必要继续走下去。在该技术获得“国家技术发明奖一等奖”的那一刻，这个问题有了答案。这不仅是至高的荣誉，更是国家对煤化工方向的认可。“国家需要的方向，我们必须坚持下去。”刘中民这样想。
带着这份信念，团队将目标定为开发出性能更优化的催化剂，在工程上设计适应新催化剂反应要求的新型反应器和再生器。
通过创新分子筛合成方法，DMTO-Ⅲ实现了对SAPO分子筛晶相、酸性和形貌的协同调控，同时结合催化剂制备工艺的创新，开发出了烯烃收率高、焦炭产率低、操作窗口宽、微量杂质少的新一代DMTO催化剂。
“煤制烯烃就像一个接力棒，前辈在接力赛的时候把棒传给我了，寄予了很大希望，我是中间的传承者，只能带领大家继续前行。”刘中民比喻道。
从燃料到原料的“蜕变”
技术升级后，转化的落点之一选在鄂尔多斯。该市肩负着建设国家重要能源和战略资源基地的重任，简单的“挖煤卖煤”发挥不出内蒙古优质能源资源的真正价值。“鄂尔多斯是著名的煤炭城市，全市含煤面积占比70%，产量也十分稳定，而它需要的是推动资源由‘燃料型’向‘原料型’转变、产品由‘一般加工’向‘高端制造’转变。”大连化物所研究员叶茂说。
宝丰能源公司正是看中这些，选择和大连化物所携手在这里“安营扎寨”，开展煤制烯烃项目建设。
为了让DMTO-Ⅲ装置顺利落地，2023年以来团队多次前往项目现场，对操作数据进行深入研究，提出改进措施，进行系列能量优化，实现了DMTO与烯烃分离单元之间的高效耦合。
2025年，全球单厂规模最大的煤制烯烃项目全面投产，3套装置均采用DMTO-Ⅲ技术，年产烯烃超300万吨。
在这里，煤炭替代石油经过一系列工艺，转化为烯烃产品，最终在下游环节加工转化为塑料用品、箱包服饰、航空航天材料等。在我国加快经济社会发展全面绿色转型的背景下，传统能源基地的煤炭不再仅作为燃料使用，而是以更环保的方式开辟出“煤头化尾”的更广阔升值空间。
“DMTO技术引领并支撑了我国煤制烯烃产业的快速发展，对于缓解石油供应紧缺问题、保障能源安全和石化产业链安全稳定具有重要意义。与煤炭燃烧等传统利用方式相比，DMTO技术的万元产值二氧化碳排放可降低约一半，是实现煤炭清洁高效利用的重要探索方向。”刘中民说。
智能时代的“一步跨越”
当人工智能的春风吹进传统化工领域，一场深刻影响技术发展的变革正在酝酿。
“化工生产过程长期受制于‘逐级放大’的研发瓶颈。”刘中民以DMTO技术为例说，“一项技术从实验室走向工厂，往往需要数十年的时间。但是，现在时代不一样了，发展智能化工，推动技术研发‘从实验室一步到工厂’，已成为全球化工领域竞相争夺的科技制高点。因此，我们更希望构建突破逐级放大瓶颈的化学工程新方法体系，打造‘实验室小试-虚拟工厂-实际工厂’的全新研发范式。”
在这一愿景驱动下，团队和企业合作，突破数据稀缺、跨专业交叉领域学习等难点，建立了数据库，实现了技术领域的优势互补。
2024年3月，刘中民、叶茂团队研发的首款智能化工大模型，在华为“昇思人工智能框架峰会”上亮相。这个基于昇腾人工智能平台开发的大模型，能够实现对DMTO等工艺知识的智能检索与工艺流程的自主优化，为缩短研发周期提供了技术可能。
到2025年11月，智能化工大模型已升级至3.0版本，并在百余家企业投入试用。
“过去靠经验，现在靠算法。”大连化物所副研究员周吉彬道出了行业变迁。基于智能工业大模型开发的智能体可进行设备故障诊断，提升生产运行稳定性。面对行业数字化转型中的数据孤岛、标准不一等挑战，大连化物所创新性地提出“1+1+N”人工智能石化化工新范式，以全链条大数据中心为基础、行业大模型为桥梁、智能体为应用载体，构建新的“人工智能+化工”生态。
目前，大连化物所已建成我国首个石化化工全链条大数据中心，开发了化工行业首个智能体标准化开发框架平台，为推动我国从“化工制造”迈向“化工智造”提供了强有力的科技支撑。
与此同时，大连化物所还联合雪浪云共同研发DMTO装置优化调控平台，构建了以机理和数据模型为核心、智能化工大模型为支撑的协同优化调控体系。
“我们希望打造‘大模型+小模型’协同优化机制。”叶茂介绍，“其中，小模型主要聚焦于关键变量的趋势预测，并对操作变量进行优化形成定量结果；大模型则基于历史经验进行定性分析与决策，提供全局性的决策支持。两者协同联动，使平台兼备动态稳定性与高效响应速度，能在复杂工况下保持高效、低碳、经济的最佳运行状态，推动DMTO装置由‘经验驱动’迈向‘智能驱动’。”
“我们正站在变革的起点。”刘中民说，“我们的目标不仅是加速创新，更要实现成果‘从实验室一步跨入工厂’的梦想。”