? “家里有矿”的鄂尔多斯，未止步于“天资”。 这座中国煤炭大市，坐拥2500多亿吨煤炭储量，占全国的1/6，每天产煤200多万吨，源源不断地输送至25个省区市，以一市之力温暖千座城、点亮万家灯。 近年来，煤炭，从“燃料”过渡向“原料”，推动着鄂尔多斯从几十年前粗放式的挖煤卖煤，延伸出以煤制油、制烯烃为主的煤化工创新。 烯烃制品在人类的日常生活中无处不在。飞机、汽车、冰箱、电视、鞋子、衣服等一切有塑料的地方，大都有烯烃的存在。涉及领域广泛，且需求具有一定刚性。而在传统技术中，烯烃的生产高度依赖石油资源。我国资源现状为富煤、贫油、少气，近些年油气对外依存度仍然较高。煤制烯烃可以作为对石油烯烃的重要补充，缓解石油资源供应紧张局面，对保障我国能源安全具有重大意义。 经过十几年的发展，鄂尔多斯依托煤制油、煤制气、煤制甲醇和烯烃、煤基新材料等多条产业链，实现了“从一块煤到一束丝、一匹布”的转身。作为“国民生活的基石”，每一次化工技术进步，都在无形中推动社会向前发展。现代煤化工技术将一块煤“吃干榨净”，黑色的原煤变成透明的新原料，经过加工变成轮胎、汽车配件、手机壳、衣服等，走进千家万户。 “暖城”鄂尔多斯，不仅用羊绒产业温暖全世界，也构筑着世界级现代煤化工产业。 “聚宝盆” 躺在黄河“几”字形臂弯里的鄂尔多斯市，是个“聚宝盆”。这里蕴藏着丰富的矿产能源资源。 但，也走过弯路。上世纪90年代，随着资源开发热潮，煤炭成为鄂尔多斯市经济和生活的主角。然而，伴随而来的是，依靠简单开采和转化的大批“粗、散、小”型企业蜂拥而至，“浓烟滚滚、遮天蔽日”。 鄂尔多斯从传统污染高、能耗高、资源消耗高的产业入手，淘汰了境内不符合产业政策的高耗能企业，全面推行粉状物料堆场全封闭和电厂、煤化工企业超低排放改造。而面对“一煤独大”的产业格局，鄂尔多斯明确提出“结构转型，创新强市”的思路，推动资源经济向资源清洁化和深度开发转变、向非资源型产业转变。 “乌金之城”准格尔旗，是资源清洁化、深度开发的实践者。 地处黄土高原与内蒙古高原过渡带，“七山二沙一分田”的地貌曾让这里的土地满是砒砂岩的斑驳。如今，准格尔旗已是鄂尔多斯市GDP名列前茅的经济大旗，也是黄河几字弯上的一颗明珠。 1976年，准能集团在准格尔旗开始筹建，经历三次创业。昔日荒凉的小村落，成为今天的百里煤海，涌出滚滚乌金，贫瘠的“鸡爪子”山成为焕发着勃勃生机的绿色矿区。40余年来，在三代人的传承努力下，科学的复垦工艺流程，让整座矿山的绿化面积已超过9.5万亩。攫取矿产资源的同时，没有给后代留下满目疮痍。 绿色和智能，成为现代化煤矿的两个重要标签。 由于低硫低磷和较高发热量的特点，准格尔煤炭天生就带有“绿色”基因。作为鄂尔多斯智能化示范煤矿的先行者，国能准能集团黑岱沟露天煤矿的矿用卡车已完成无人驾驶技术改造，推土机和液压正铲已实现远程操控，与无人驾驶卡车协同作业，实现了“采、运、排”全过程无人化运行，提升资源回收率。 准能煤炭更多用作动力煤，而鄂尔多斯市伊金霍洛旗境内的上湾煤矿——这座神东煤炭集团所属骨干矿井，也是目前全球单井单面产量最高的井工煤矿之一，产出的煤，用于发电冶金之外，还可以作为原料煤。 上湾煤矿创造了连续12年产煤亿吨无伤害的纪录，并首创了风险预控管理体系，于2011年成为国家标准，在全国煤炭行业推广应用。上湾建成了全球首个规模最大的5G煤矿企业定制专网。自主打造矿井智能一体化综合管控平台，实现采掘、运输、通风、供电、供排水等系统智能化决策和自动化协同运行。此外，研发推广锚杆支护机器人、喷浆机器人等16类机器人，大幅提升了工作效率，并让采煤过程更加安全。 煤，从“黑姑娘”变成“白公主” 现代化矿井改变了人们过去对煤矿的刻板印象。鄂尔多斯没有停下脚步，不仅打磨源头开采的升级，也探索煤炭深加工的“蝶变”。 内蒙古是我国重要的煤化工生产基地，而鄂尔多斯市是内蒙古这一产业发展的核心。《2025年内蒙古自治区政府工作报告》提出，优化调整产业布局，加快构建优势特色现代化产业体系。现代煤化工要加快煤基新型合成材料、先进碳材料、可降解材料等高端化产品技术开发应用，推动煤化工与绿电、绿氢等耦合发展，高水平建设鄂尔多斯国家现代煤化工示范区。 要让煤炭，从“黑姑娘”变成“白公主”，往往要经过甲醇这个环节。 以煤为原料，通过煤气化(煤与氧气、蒸汽在高温下发生气化反应)生成含氢气和一氧化碳的合成气，经调整组分(调整氢碳比等)、净化(脱除硫化氢、二氧化碳等)后，送甲醇合成装置在高温高压下通过催化剂(CuO等)生产甲醇。 甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。甲醇经脱水可以生成乙烯、丙烯等低碳烯烃，建立了煤化工和石油化工之间的桥梁。 煤炭到甲醇相当于树干，从甲醇开枝散叶，制成不同后续产品。甲醇转化为烯烃，包括乙烯和丙烯等，进而生产聚烯烃等下游产品。其中煤制甲醇、烯烃聚合制聚烯烃均为传统的成熟技术，而甲醇制烯烃则是近年来开发成功的新技术，也是煤制烯烃的核心技术环节。 煤基甲醇制烯烃现有技术基于产物侧重点和工艺特点分为两大类：MTO(甲醇制烯烃)技术与MTP(甲醇制丙烯)技术。两种技术的工艺流程、使用的反应器和催化剂、产物都存在不同。MTO主要产品为乙烯和丙烯；MTP主要产品为丙烯。 目前，MTO技术主要的工艺包括：由UOP(美国公司)和Hydro(挪威公司)共同开发的UOP/Hydro MTO工艺，中国科学院大连化学物理研究所的DMTO工艺，中国石化上海石油化工研究院的SMTO工艺，神华集团SHMTO工艺等。MTP技术主要有德国Lurgi的MTP以及清华大学的FMTP工艺等。 大连化物所从上世纪80年代起便致力于DMTO技术的研究。2010年，世界首套180万吨煤基甲醇制60万吨烯烃装置在神华包头煤化工有限公司一次开车成功，开拓了非石油路线生产基础化工原料的新路径。 走出实验室，走向工业化生产示范项目，往往需要经过小试、中试，以及大量数据的积累和反复的验证。从示范项目再到大规模产业化，又需要改进工艺来适应不同规模的装置。由于我国的能源结构特点，以及国际石油价格不稳定的现状和人们日益增长的能源需求，以煤基甲醇生产乙烯和丙烯的技术，在我国得到了快速发展。 “中国煤制烯烃的产业化主要集中在鄂尔多斯，而且能耗水耗等指标均走在全国前列，发挥着‘头雁’的作用，新技术、新工艺、新设备等的引入也比较全面。”中天合创化工分公司综合计划部部长孟庆功告诉澎湃新闻记者，在相关技术没有实现革命性突破之前，每一次工艺的改进主要是从安全性、稳定性和效益出发。 2016年，中天合创煤炭深加工示范项目建成，并产出合格的聚烯烃产品。运用了中国石化自主研发的SMTO技术，很多大型机组、高压煤浆泵等都实现了国产化。中天合创SMTO装置单系列规模能力达180万吨/年，是当时世界上最大规模的甲醇制烯烃装置。自2017年商业运营以来至现在，累计生产煤炭1亿吨，生产MTO级甲醇3000万吨，向社会提供各类聚烯烃产品1000万吨。 与过去相比，现阶段产业化的工艺逻辑差别不大，但在装置和流程细节上，追求效率更高，管控更精准。今年3月，中天合创举办乌审旗风光制氢一体化项目制氢工程动工仪式，这标志着其绿电制氢项目进入建设快车道。 近年来，随着煤炭资源不断被发现，乌审旗煤炭低灰、低硫、高热值、高活性的煤质特点，为煤炭资源就地转化和高效利用提供了资源基础。依托这一资源优势，先后成功引进中煤、中石化、中石油、宝丰、汇能等一批行业龙头企业，初步构建了以煤制甲醇、煤制烯烃、煤制尿素为主导的三大产业链。 “宝丰内蒙古300万吨烯烃占到全国总产量的23.4%，采用的设备全部实现了国产化，替代了进口。”宝丰能源副总裁韩华山表示，项目用18个月建成投产，刷新了产能规模、建设工期、装备替代、能耗成本等多项行业新纪录。 宝丰能源与国内能源领域的院士、科研专家、研究和设计机构、设备制造商联合推动科技攻关，推动技术成果转化落地。中科院大连化物所全新DMTO-III技术首次在内蒙古项目上产业化应用，实现单套烯烃装置产能超过100万吨，烯烃产品甲醇单耗大幅降低。 此外，项目采用的国产化装置设备中，有23项达到了国内国际领先水平，创造了煤制烯烃单厂规模、粉煤加压气化炉处理能力、甲醇合成装置、等温变换炉、DMTO装置“五个全球规模之最”和空分装置、低温甲醇洗、全密度气相流化床聚乙烯装置“三个全国规模之最”的行业纪录。 中天合创、宝丰等企业的到来，为乌审旗的经济发展注入活力，使其近些年在鄂尔多斯的经济排名迅速上升。而作为准格尔旗现代煤化工产业的领军者，内蒙古久泰集团自2007年入驻大路工业园区以来，也从单一的甲醇生产企业蜕变成为集“煤—化—材”全产业链于一体的国家级高新技术企业。且并未止步于此，而是继续探索煤基产业链下游，筹备丁辛醇、特种橡胶等项目，以煤为原料将乙烯丙烯继续往高附加值产品延伸，打造煤基新材料全产业链。 煤变油 “煤变油”，人类从二战前就开始探索。 煤制油，即煤炭的液化，指以煤炭为原料制取汽油、柴油、液化石油气的技术。煤和石油的形态、形成历史、地质条件不同，化学组成却大同小异。主要差异是含氢量和分子量的不同，人为地改变压力和温度，设法使煤中的氢含量提高，让煤的结构发生变异。当其碳氢比降低到和石油相近时，煤就可能液化成石油产品。 我国有着丰富的煤炭资源，近年来也加大了对这项技术研究发展的投入。煤的液化分直接液化和间接液化两种。直接液化就是煤在高温高压下加氢裂解，转变成油料产品；间接液化就是先对原料煤进行气化，净化后，得到一氧化碳和氢气的原料气，然后在高温、高压以及催化剂的作用下合成有关油品或化工产品。 煤制油项目，过去因高投入、高耗能等问题受到争议，这一技术主要还是作为战略储备及替代能源的重要途径之一。近些年一批重大工程的能耗、水耗及排放水平持续优化。 以中科合成油技术股份有限公司研发的费托合成技术为核心，2009年3月，内蒙古伊泰集团煤制油工厂产出我国煤间接液化工业化第一桶合格成品油，成为我国煤炭间接液化技术发展的里程碑——标志着我国的煤间接液化制油技术已由实验室研究、中试阶段，进入工业化生产示范阶段。 伊泰煤制油工业化示范工厂位于鄂尔多斯准格尔旗大路工业园区，该公司办公室负责人告诉澎湃新闻记者，项目对于技术的验证、工艺的优化、人才的培养，起到前沿探索和积淀的作用。“现在中科仍派驻有一部分科研人员在现场做技术优化验证并收集运行数据。实验室是靠前的装置，要从千吨级放大到万吨级，甚至百万吨级，不仅要考虑投资的经济，成本的可控性，也要解决因为规模扩大带来的实际问题，规模放大并不是单纯的复制累加。” 作为技术验证的先锋，伊泰煤制油工业化示范工厂也是截至目前同等规模中运行指标最为优良的项目之一。 伊泰年产16万吨煤炭间接液化工业化示范项目费托合成反应系统主装置。受访者供图 我国也自主建设了全球首套百万吨级煤直接液化工业化装置，该装置由国家能源集团鄂尔多斯煤制油公司运营，位于鄂尔多斯市伊金霍洛旗境内，于2008年试产成功，2011年起正式投入商业运行。 项目采用国家能源集团完全自主知识产权技术，以煤炭为原料，采用科技部“863”项目研发的纳米级催化剂，使煤粉在供氢溶剂的作用下，通过高温、高压液化反应及提质加工过程，生产优质的清洁油品。该项目的成功运营，也使我国成为世界唯一掌握百万吨级煤直接液化关键技术的国家。 科研，塑造产业肌理 现代煤化工领域，科研与工业生产密不可分。 科研成果需要在工业生产中进行验证和应用，以确定其可行性和稳定性。而工业生产过程中遇到的各种问题和挑战，也为科研提供了新的研究方向和需求。 这种良性互动，正被鄂尔多斯实践。 作为以煤化工和新能源化工为主要方向的新型研发机构，清华大学和鄂尔多斯市政府共同成立的鄂尔多斯实验室，为当地现代煤化工产业的发展，带来源源不断的创新力量。合成气一步法制备烯烃工艺，可以省去中间甲醇的步骤环节，从源头提高煤炭的转换效率。 “一步法制烯烃”，目前已完成实验室小试，正在联合中天合创建设千吨级的中试验证，这也是工业化验证的必要过程。“如果实现，在煤化工领域会是一个颠覆性技术，投资少、三废排放小，而且能够大幅降低能耗。”鄂尔多斯实验室相关负责人告诉澎湃新闻记者。 而该项目也将入驻鄂尔多斯现代煤化工创新技术中试基地。 基地瞄准新型煤化工技术、煤基高端化学品、新能源配套材料、资源再生利用4个领域，已签约“一步法制烯烃”技术、核晶造粒工艺技术及装置研发与示范等中试项目。 中试基地可以理解为缩小版的化工厂、放大版的实验室。在化工和材料领域，从实验室成果变成产品，中试是降低投资风险及安全生产风险的一个重要环节，打通实验室到工业化的“最后一公里”。 鄂尔多斯市的羊绒产业历史悠久，从“羊绒大王”到“乌金神话”，也成为这座资源型城市转型的注脚之一。未止步于天资，也当然不会止步于当前。如今，鄂尔多斯在“乌金之海”这一天赋上依然在不断发挥其创造力，通过延伸煤炭产业链、布局新能源产业，从煤化工闯出现代化的新路子。