化學化工界30多年的努力終于變成現實—儲量豐富、價格低廉的天然氣可直接轉化為世界上最大宗的化工基礎原料乙烯。
近日，美國Siluria技術公司(以下簡稱Siluria公司)為其在得克薩斯州的試驗工廠舉行盛大開車儀式，成為世界上第一家實現將天然氣直接工業化大規模轉化為乙烯的企業。新路線或將給傳統以石油為原料的乙烯行業帶來重大變革。
化學界的“圣杯”
作為基礎工業原料，乙烯在石化工業中占有重要地位，乙烯產量是衡量一個國家石油化工發展水平的重要標志之一。
除北美和中東，世界上包括我國在內的大部分國家和地區以石腦油為原料，采用蒸汽裂解法制乙烯。該方法不僅耗能高、排放溫室氣體多、成本高，而且由于原料來自于石油，還需要擠占寶貴的石油資源。
為減少石油依賴，各國開展以主要成分為甲烷的天然氣制烯烴的研究。天然氣制乙烯的路線分直接法和間接法兩種。相比間接法冗長煩瑣的過程，直接法只需一步即可將甲烷轉化成乙烯，具有很高的經濟價值，非常具有吸引力。
但由于甲烷的選擇活化和定向轉化是世界級難題，被譽為整個化學界的“圣杯”，因而從上世紀80年代至本世紀初，學界始終沒能開發出工業可行的甲烷直接制乙烯工藝。
突破的關鍵在催化劑。2010年，Siluria公司創造性地使用生物模板精確合成納米線催化劑，使用高通量技術從大量備選催化劑中篩選出最合適的元素組成，開發出工業可行的甲烷直接制成乙烯催化劑。
該催化劑可在低于傳統蒸汽裂解法操作溫度200℃～300℃的情況下，在5～10個大氣壓下，高效催化甲烷轉化成乙烯，活性是傳統催化劑的100倍以上。
Siluria公司設計的反應器分為兩部分，一部分用于將甲烷轉化成乙烯和乙烷，另一部分用于將副產物乙烷裂解成乙烯，裂解反應所需的熱量來自甲烷轉化反應放出的熱量。這種設計使反應器的給料既可以是天然氣也可能是乙烷，同時最大化地節約了能源。
對石油替代戰略的推進
Siluria公司開發的天然氣直接制乙烯工藝(以下簡稱新路線)的技術優勢，主要體現在五個方面：與傳統的石腦油裂解制乙烯相比，成本低、溫室氣體排放少、節能、經濟價值高;乙烯可進一步轉化為液體燃料，進一步提高了整條路線的經濟價值;原料要求不苛刻，甲烷可來自天然氣也可來自生物質，氧源可以是純氧也可以是富氧空氣、壓縮空氣等;能利用已有的乙烯生產裝置和回收設備，改造成本低;對于天然氣資源豐富國家，具有重要戰略價值。
除了對烯烴工業的影響，新路線還將影響包括汽油、柴油和航空燃油在內的液體燃料生產。Siluria公司同時開發了乙烯制液體燃料技術，這意味著多了一條從天然氣出發制液體燃料的路線，與目前基于費托合成法的路線相比，Siluria公司的這條路線不需要經過高耗能的費托合成，僅投資成本便可節省25%～30%。
無論是乙烯還是液體燃料，傳統上都是以石油為原料生產，新路線可節省寶貴的石油資源，并推進石油替代戰略。
2014年6月，全球最大的氣體和工程集團德國林德集團與Siluria公司達成合作協議，雙方將在得克薩斯州的試驗工廠合作進行該技術最后的放大和驗證過程。根據協議，雙方將把各自的技術和專業方案優化整合成一攬子方案，林德集團將負責向石化行業授權這個一攬子方案的使用許可，用于改造或擴建現有的乙烯工廠，或新建世界級的乙烯工廠，授權工作預計將從2015年下半年開始。
2014年8月，世界領先的一體化能源化工企業—沙特阿美石油公司投資Siluria公司，并計劃在沙特阿拉伯率先部署新路線。
此前，由于中東地區的乙烷產量不足以支撐新的乙烯工廠，因此新建企業被迫轉向高成本的石腦油原料。
而Siluria公司新路線如及時雨般的出現，迅速吸引了中東石化企業的目光，成為其潛在市場。
不只在海外，新路線也同樣引起了美國政府的注意。2014年3月，Siluria公司CEO受邀參加高級別的“2020能源政策論壇”并發表演講，是受邀企業中唯一一家天然氣行業公司。隨后，Siluria公司高管受邀赴白宮與美國能源部部長等官員討論美國未來能源政策問題。
美國政府已經意識到新路線可能對其能源和制造業的戰略價值，并正在考慮制定有關促進就業和經濟發展的政策。
經驗借鑒
我國乙烯原料以石腦油為主，約占原料總量的65%。
之前，隨著國際原油價格的大幅上漲和國內供求矛盾加劇，烯烴原料供應緊張，制約了乙烯行業發展。預計2015年，我國乙烯缺口將高達1370萬噸。
不僅如此，我國存在乙烯生產成本高、競爭力不強的問題。2013年中東地區乙烯的生產成本僅為100美元/噸，北美的乙烯生產成本基本維持在300美元/噸左右，而我國生產乙烯的成本在900美元/噸以上。
因此，我國有必要開拓新的乙烯生產路線。在天然氣直接制乙烯研究領域，我國已經打下良好的研究基礎，中國科學院和高校等研究機構均部署有雄厚的研究力量。
因此，建議我國借鑒“十二五”規劃甲醇制烯烴發展的成功經驗，將天然氣直接制乙烯研究列入國家“十三五”有關發展規劃中。組織研究機構與石化企業開展研發合作，推動基礎研究成果盡快轉化為工業化生產，破解乙烯行業當前的原料來源瓶頸，并降低生產成本，增強我國乙烯行業及下游產業的競爭力。
