我国自主知识产权的全球首套煤基乙醇工业化项目投产成功

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世界首个煤基乙醇产业化项目——陕西延长石油集团10万吨/年合成气制乙醇工业示范项目。(数据图片)

近日，世界首个具有中国自主知识产权的煤基乙醇产业化项目成功投产，引起了广泛关注。这是陕西延长石油集团10万吨/年合成气生产乙醇的工业示范项目。它是由中国科学院大连化学物理研究所和延长石油集团联合开发的。整个过程于今年1月11日开始，生产出合格的无水乙醇。工厂已经平稳运行了两个多月。

乙醇通常被称为酒精，而煤基乙醇是由煤制备无水酒精。将“煤”变成“酒”的奇迹是如何发生的？有什么重大意义？请看《经济日报》记者写的报道。

这是什么意思？

乙醇与谷物脱钩

“该示范项目的成功投产在世界上尚属首例，占据了技术制高点，奠定了中国煤制乙醇技术和产业化的国际领先地位。”中科院院长白春礼院士表示，这一新技术的应用将有效弥补我国石油资源的不足，缓解我国燃料乙醇对粮食的依赖，为我国的能源安全和粮食安全提供有力保障。

乙醇与油和谷物有什么关系？

“世界上66%的乙醇被用作燃料乙醇，燃料乙醇可以与汽油混合制成乙醇汽油。与其他汽油添加剂相比，乙醇是世界公认的绿色环保汽油添加剂，可将汽车污染物的综合排放量降低三分之一以上。”中科院大连化学物理研究所的刘院士说，原则上，汽油分子不含氧，而乙醇含有35%的氧。在汽油中加入乙醇有助于充分燃烧和减少污染物排放。

汽车尾气排放是雾霾天气的重要因素之一。推广乙醇汽油显然有利于减少烟雾和空气污染。

此外，乙醇可以替代或部分替代汽油作为发动机燃料，这可以减少原油的消耗，从而减少对石油的依赖，有助于国家能源安全。自1993年中国成为石油净进口国以来，对外国石油的依赖逐年增加，从1995年的7.6%增加到2015年的65.4%，对外国石油的依赖超过了国际公认的警戒线(50%)，严重影响了国家的能源安全。2016年，中国汽油表观消费量为1.1983亿吨，按照国内e10乙醇汽油标准(掺入90%普通汽油和10%燃料乙醇)，需要1198万吨燃料乙醇。燃料乙醇对国家能源安全影响巨大。

如何制备乙醇？乙醇通常被称为酒精，而葡萄酒通常是用谷物酿造的。

美国和巴西在20世纪80年代开始大力发展燃料乙醇，为其国家能源独立做出了重要贡献。为了解决粮食老化问题，我国也探索了发展燃料乙醇和乙醇汽油。

鉴于中国用世界7%的耕地养活了世界20%的人口，用谷物制备燃料乙醇不适合在中国大规模推广。为了避免“与人争粮”的局面，从而威胁粮食安全，国家于2006年取消了粮食制燃料乙醇项目的审批权。目前，中国的燃料乙醇缺口巨大。“十二五”期间，中国燃料乙醇的目标是500万吨/年；到2020年，目标是1000万吨/年，而2015年国内燃料乙醇产量仅为250万吨。经过多年的试点，只有11个省推广使用乙醇汽油。

“有必要突破传统的农作物发酵制取乙醇的方法，使乙醇与粮食脱钩。”刘说:“中国有丰富的煤炭资源，用煤生产乙醇是为了能源安全和粮食安全。”

“牛”在哪里

工业解决世界问题

用煤做乙醇是一个合乎逻辑的想法，但是很难做到。

长期以来，利用化石资源生产乙醇一直是世界努力的目标。然而，中国的能源结构以煤炭为主，因此显然有必要开发一整套具有自主知识产权的煤基燃料乙醇技术。然而，由煤通过合成气直接生产乙醇是一个世界性的挑战，它需要贵金属催化剂，效率低并且会导致设备腐蚀，并且在过去一直处于研发阶段。“在传统的制备路线中，催化剂使用贵金属铑，这比铂贵几倍，不利于推广，不能工业化。”刘对说道。

然而，中国人已经解决了煤基乙醇不能工业化的问题。

大连化工学院提出了以煤基合成气为原料，甲醇和二甲醚羰基化加氢合成乙醇的工艺路线。该路线采用非贵金属催化剂，可直接生产无水乙醇，是一条独特的环保新技术路线。

但是这条技术路线并不容易。“二甲醚转化反应非常复杂，有成千上万的反应产物和数百个反应路径。”刘说，为了找到最合适的具有工业应用价值的技术路线，二甲醚羰基化催化剂的研究单独经历了多年的艰辛。

从2007年到2011年，催化剂的使用寿命停留在100小时，完全无法实现工业化应用。由于研究人员的努力，催化剂寿命在2011年达到300小时，2012年达到1150小时，2013年达到6400小时...最终研制出高活性、高稳定性的分子筛羰基化催化剂，为工业化奠定了坚实的基础。

利用具有工业应用前景的技术进行改造并不是一个难题。早在2010年，中国科学院大连化工研究所就与延长石油集团签署了全面战略合作协议，双方合作的重点是技术开发和成果转化。

2012年，大连化工学院和延长石油联合开展了“合成气制乙醇成套工艺技术”项目的研发，并于2013年完成了试点项目。2015年9月，国家能源局委托中国石油化工联合会对该项目中试结果进行评估。评估委员会认为技术指标先进适用，主要指标与国际同类技术相比达到国际领先水平。

2014年，大连化工学院和延长石油启动了“合成气工业示范年产10万吨乙醇”项目。该机组于2016年10月完工，并于2016年12月开始联合调试。2017年1月11日，生产出合格的无水乙醇产品，纯度达到99.71%，主要指标达到或超过设计值。

10万吨工业示范设备的调试和稳定运行证明了该技术的先进性和可靠性。在此基础上，可以建成一座100万吨的大型工业乙醇厂。延长石油集团董事长何久昌透露:“目前，延长石油已完成50万吨工业设备的可行性研究，并开始工艺包的设计和开发。”

利益几何

绿色环保、低成本

在最近举行的该项目的新闻发布会上，中国科学院副院长张涛院士不惜一切代价赞扬了这项技术:“这是煤炭清洁利用大课题下的成功应用，是一项领先技术。如果有更多这样的技术，我们将能够尽快进入技术大国的行列。”

这项技术确实值得骄傲。与传统的乙醇合成技术相比，这一成果有许多优点:

首先是低成本、节能和环保。该技术仅使用分子筛催化剂和铜基催化剂，不含贵金属；该工艺不产生醋酸，避免了特殊防腐材料的使用，减少了设备投资；反应体系无水，可直接分离得到无水乙醇产品，节能环保；羰基化过程中只需要富含一氧化碳的气体，而氢化过程中需要富含氢气的气体。由于反应过程中不需要高纯气体，降低了气体分离的能耗，节约了生产成本。“这些特点使乙醇汽油在中国大规模推广成为可能，特别是在中国中西部煤炭资源丰富、粮食资源有限的地区。”刘对说道。

其次，该技术的反应器和工艺条件与合成气生产甲醇的反应器和工艺条件基本相同，可用于将现有的甲醇装置改造成乙醇装置。刘介绍，，“目前，国内甲醇厂的开工率只有58%。该技术可将大量过剩的甲醇厂改造成乙醇厂，调整产业结构，释放产能。”

此外，这项技术的经济性也很好。乙醇产品的成本低于其他现有技术，具有市场竞争力。中间产品醋酸甲酯也是一种大宗化学品，可以根据市场需求及时调整产品结构；乙醇便于运输和储存，简单脱水即可获得高纯度的乙烯，是一种基础化工原料，可促进下游精细化工的发展。

此外，原则上，天然气与煤一样，可以通过合成气合成为乙醇，因此煤基乙醇技术也可以用作生产乙醇的天然气原料，从而推动“一带一路”战略在沿线天然气资源丰富的国家的实施。

“3月8日，我们10万吨示范工厂的第一批乙醇产品已经出口到工厂。”延长石油集团兴化公司副总经理、总工程师张绥利高兴地告诉记者，该项目的成功运行为今后大型工业装置的建设、生产和运营提供了关键技术数据和宝贵经验，标志着中国将率先设计和建设百万吨级大型煤制乙醇装置，确立了中国煤制乙醇产业化的国际领先地位。

(编辑:刘鹏)