全球規模最大的年產(chan) 50萬(wan) 噸煤基乙醇工業(ye) 化項目在陝西榆林正式建成

　　推進煤炭清潔高效利用(科技視點)

　　乙醇作為(wei) 一種重要的化工原料，工業(ye) 上可以通過糧食發酵或源於(yu) 石油的乙烯進行水合反應來製取。然而這兩(liang) 種方法都不完美：前者“與(yu) 人爭(zheng) 糧”，後者成本較高且依賴石油資源。除了這兩(liang) 種方法，還有沒有其他途徑規模化製造乙醇？2010年起，中國工程院院士、中國科學院大連化學物理研究所(以下簡稱“大連化物所”)所長劉中民團隊在煤製乙醇領域開辟新路線，經過多年技術攻關(guan) 和放大驗證，為(wei) 技術的大規模工業(ye) 化奠定了堅實的基礎。

　　日前，在陝西榆林榆神工業(ye) 園，基於(yu) 劉中民團隊研究成果的全球規模最大的50萬(wan) 噸/年煤基乙醇工業(ye) 化項目正式建成。這一項目有哪些重大意義(yi) ？記者進行了采訪。

　　利用化石能源生產(chan) 乙醇，符合實現“雙碳”目標的客觀要求

　　乙醇，不僅(jin) 是重要的基礎化學品，也與(yu) 人們(men) 的日常生活息息相關(guan) ，可用於(yu) 製造飲料、香精、消毒劑等。無水乙醇可以作為(wei) 汽油添加劑即燃料乙醇來使用，能夠有效改善汽油品質，大幅減少車輛汙染物排放。

　　“傳(chuan) 統乙醇生產(chan) 技術主要以糧食為(wei) 原料進行發酵。”劉中民介紹，“目前，全世界乙醇產(chan) 量約1億(yi) 噸，主要利用糧食和甘蔗等生物原料生產(chan) 。2020年，我國乙醇產(chan) 量為(wei) 987萬(wan) 噸，其中燃料乙醇約274萬(wan) 噸，主要利用陳糧進行生產(chan) 。”

　　據悉，當前我國燃料乙醇產(chan) 量無法滿足需求。劉中民算了筆賬：“2021年，我國汽油表觀消費量為(wei) 1.4億(yi) 噸，需燃料乙醇1400萬(wan) 噸。因此，提高燃料乙醇產(chan) 量，對保障我國能源安全具有重要意義(yi) 。”

　　與(yu) 此同時，我國地少人多，糧食安全是頭等大事，以糧食為(wei) 原料製備燃料乙醇，並不適合大範圍推廣。劉中民認為(wei) ，從(cong) 生物質發展的角度來看，用秸稈纖維素製乙醇是一個(ge) 研究方向，盡管該技術取得了一些進展，但由於(yu) 經濟性問題，目前還處於(yu) 研發階段。

　　而利用化石能源生產(chan) 乙醇，是科學家們(men) 努力的目標。我國能源資源的特點為(wei) “富煤、貧油、少氣”，推進煤炭清潔高效利用，是實現碳達峰、碳中和目標的重要途徑。“我國煤炭資源量占化石能源的比例達到95%，因此，開發具有自主知識產(chan) 權的煤基乙醇成套技術符合我國的實際國情。”劉中民帶領團隊開始了新的嚐試。

　　一條全新的技術路線，以煤基合成氣為(wei) 原料，經甲醇、二甲醚羰基化、加氫合成乙醇

　　煤製乙醇，方向明確，做起來卻非常艱難。傳(chuan) 統煤製乙醇的路線一般有兩(liang) 條：一是煤經合成氣直接製乙醇，二是煤經乙酸製乙醇。

　　長期以來，煤經合成氣直接製乙醇是個(ge) 世界性難題，主要是因為(wei) 它需要用貴金屬做催化劑，效率低、腐蝕嚴(yan) 重、設備成本高，一直停留在研究開發階段。“這條路線的催化劑要用到貴金屬銠，它比鉑金還貴幾倍，不利於(yu) 推廣，難以實現工業(ye) 化。”劉中民說。

　　而煤經乙酸製乙醇是基於(yu) 乙酸產(chan) 能過剩的背景，因乙酸存在腐蝕性，需采用耐腐蝕的設備，裝置投資大、成本較高，也沒有大規模應用。

　　經過多年努力，大連化物所提出了全新的技術路線：以煤基合成氣為(wei) 原料，經甲醇、二甲醚羰基化、加氫合成乙醇。該路線采用非貴金屬催化劑，可以直接生產(chan) 無水乙醇，是一條環境友好型技術路線。

　　這條技術路線並不好走。“二甲醚轉化反應非常複雜，用不同的催化劑有完全不同的反應，生成完全不同的產(chan) 物。”劉中民說，為(wei) 了找出合適的有工業(ye) 應用價(jia) 值的技術路徑，僅(jin) 二甲醚羰基化催化劑的研究和篩選，就曆經多年艱辛探索。

　　“前期小試階段要篩選大批催化劑，每種至少做10個(ge) 試驗，不同的溫度、配比、壓力等條件下，需要一個(ge) 個(ge) 試。”大連化物所合成氣轉化研究組組長朱文良說。

　　在最初研究階段的2010年至2012年，催化劑壽命一直停留在幾十個(ge) 小時，距離工業(ye) 化應用目標很遠。經過近三年反複的試驗、攻關(guan) ，終於(yu) 在2012年底出現曙光。

　　“開發出具有較好穩定性的催化劑，壽命達到了900小時。”朱文良說，當時大家很興(xing) 奮，已經到了技術突破的臨(lin) 界點。

　　接下來，催化劑壽命不斷被延長：1150小時，6400小時，16000小時……一次次試驗、改進，具有高活性和高穩定性的二甲醚分子篩羰基化催化劑終於(yu) 被研製出來，為(wei) 項目工業(ye) 化奠定了堅實的基礎。

　　6年時間完成實驗室研究到工廠生產(chan) ，煤基乙醇生產(chan) 邁入工業(ye) 化時代

　　研發的根本目的是為(wei) 了應用，這在項目研發之初就已成為(wei) 共識。2012年，大連化物所和陝西延長石油集團聯合開展“合成氣製乙醇整套工藝技術”項目研發工作；2013年完成了項目中試研究工作；2017年1月11日，具有我國自主知識產(chan) 權技術的全球首套10萬(wan) 噸/年煤基乙醇工業(ye) 示範項目打通全流程，生產(chan) 出合格無水乙醇。

　　劉中民說：“從(cong) 實驗室研究到工廠生產(chan) ，我們(men) 前後隻用了6年時間，速度算是非常快的。”

　　與(yu) 傳(chuan) 統的乙醇合成技術相比，煤基乙醇工藝過程中無水或極少量水，分離所得產(chan) 品直接為(wei) 無水乙醇，降低了產(chan) 品的分離能耗，節省了生產(chan) 成本。工藝過程中采用的催化劑為(wei) 常規的分子篩催化劑和銅基催化劑，成本也較低。同時工藝中無需添加碘甲烷等鹵化物助劑，避免了抗腐蝕特殊材料鋯材或哈氏合金的使用，減少了設備投資。

　　“中間產(chan) 物乙酸甲酯也是大宗化學品，可以按市場的需求及時調整產(chan) 品結構。”劉中民說。在10萬(wan) 噸示範項目的基礎上，技術升級不斷迭代，50萬(wan) 噸/年煤基乙醇項目已於(yu) 2020年6月奠基動工。經過2年多建設，預計今年9月該項目將投料試車。這將是全球規模最大的煤基乙醇項目，標誌著乙醇生產(chan) 邁入大規模工業(ye) 化時代，奠定了我國煤製乙醇技術的國際領先地位。

　　陝西延長石油榆神能源化工有限公司總經理郭尊禮說：“項目用低階煤代替糧食製取乙醇，按照3噸糧食生產(chan) 1噸乙醇測算，榆神50萬(wan) 噸/年煤基乙醇項目建成投產(chan) 後，每年可節約生物乙醇原料糧150萬(wan) 噸，相當於(yu) 榆林市全年糧食產(chan) 量的65%。”

　　劉中民告訴記者，煤基乙醇技術不但可以以煤為(wei) 原料，也能以天然氣、生物質、鋼廠煤氣為(wei) 原料生產(chan) 乙醇，為(wei) 煤炭資源的清潔、高效、低碳利用和國家“雙碳”目標的實現提供強有力的技術支撐。

　　(本報記者 吳月輝)