全球首套煤基乙醇工業(yè)化項(xiàng)目在陜西投產(chǎn)成功

近日，采用我國自主知識產(chǎn)權(quán)的全球首套煤基乙醇工業(yè)化項(xiàng)目投產(chǎn)成功，引發(fā)大量關(guān)注。這是陜西延長石油集團(tuán)10萬噸/年合成氣制乙醇工業(yè)示范項(xiàng)目，由中科院大連化學(xué)物理研究所和延長石油集團(tuán)共同研發(fā)，于今年1月11日打通全流程，生產(chǎn)出合格的無水乙醇，裝置已平穩(wěn)運(yùn)行了兩個多月。鐵精粉

乙醇俗稱酒精，煤基乙醇就是以煤為原料制備無水酒精，這個化“煤”為“酒”的奇跡如何釀成?又具有哪些重大意義呢?請看《經(jīng)濟(jì)日報》記者采寫回來的報道。

全球首套煤基乙醇工業(yè)化項(xiàng)目在陜西投產(chǎn)成功

意義何在

讓乙醇和糧食脫鉤

“這個示范項(xiàng)目的成功投產(chǎn)，在世界范圍內(nèi)首開先河，占領(lǐng)了技術(shù)制高點(diǎn)，奠定了我國煤制乙醇技術(shù)及工業(yè)化的國際領(lǐng)先地位?！敝锌圃涸洪L白春禮院士說，這一新技術(shù)的應(yīng)用，將有效彌補(bǔ)石油資源不足、緩解我國燃料乙醇對糧食的依賴，為我國能源安全和糧食安全提供有力保障。朝陽鐵精粉

乙醇與石油和糧食有啥關(guān)系?

“全世界66%的乙醇都被用作燃料乙醇,燃料乙醇可以兌入汽油做乙醇汽油。與其他汽油添加劑相比，乙醇是世界公認(rèn)的綠色環(huán)保的優(yōu)良汽油添加劑，可以將車輛污染物綜合排放量降低三分之一以上?！敝锌圃捍筮B化物所劉中民院士介紹說，從原理上講，汽油分子中不含氧，而乙醇含35%的氧，在汽油中添入乙醇，有助于充分燃燒，減少污染物排放。

汽車尾氣排放是霧霾天氣形成的重要因素之一，推廣乙醇汽油顯然也有利于減輕霧霾，緩解大氣污染。朝陽鐵粉

此外，乙醇可以替代或部分替代汽油作發(fā)動機(jī)燃料，減少原油消耗，從而減輕對石油的依賴，有利于國家能源安全。中國自1993年成為石油凈進(jìn)口國之后，石油對外依存度逐年提高，從1995年7.6%上升到2015年65.4%，對外依存度已超過國際公認(rèn)的警戒線(50%)，這嚴(yán)重影響到國家的能源安全。2016年，中國汽油表觀消費(fèi)量11983萬噸，按國內(nèi)E10乙醇汽油標(biāo)準(zhǔn)(用90%的普通汽油與10%的燃料乙醇調(diào)和而成)，需燃料乙醇1198萬噸。燃料乙醇對國家的能源安全具有重大影響。

那要怎么制備乙醇呢?乙醇俗稱酒精，而酒一般用糧食釀造。

美國和巴西于上世紀(jì)80年代開始大力發(fā)展燃料乙醇，為其國家能源獨(dú)立作出了重要貢獻(xiàn)。為了解決陳化糧問題，我國也探索發(fā)展了燃料乙醇及乙醇汽油。

鑒于我國以全球7%的耕地養(yǎng)活全球20%的人口，以糧食為原料制備燃料乙醇并不適合在我國大范圍推廣。為避免出現(xiàn)“與人爭糧”的局面，進(jìn)而威脅糧食安全，2006年國家收回糧食制備燃料乙醇項(xiàng)目審批權(quán)。目前，我國燃料乙醇缺口巨大，“十二五”期間，我國燃料乙醇目標(biāo)為500萬噸/年;至2020年，目標(biāo)為1000萬噸/年，而2015年國內(nèi)燃料乙醇產(chǎn)量僅為250萬噸。經(jīng)過多年試點(diǎn)后，目前只有部分省份(11個)推廣使用乙醇汽油。

“必須突破傳統(tǒng)作物發(fā)酵制備乙醇的方法，讓乙醇和糧食脫鉤。”劉中民說，“我國煤炭資源豐富，用煤做乙醇，是出于能源安全和糧食安全的考慮”。

“?！痹谀睦?

工業(yè)化解世界難題

用煤做乙醇，這思路順理成章，做起來卻非常艱難。

長期以來，利用化石資源生產(chǎn)乙醇一直是全世界努力的目標(biāo)。而我國能源結(jié)構(gòu)以煤炭為主，顯然應(yīng)開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的煤基燃料乙醇成套技術(shù)。但煤經(jīng)合成氣直接制乙醇是一項(xiàng)世界性的挑戰(zhàn)，它需要貴金屬催化劑，效率較低，還會造成設(shè)備腐蝕，過去一直停留在研究開發(fā)階段。“傳統(tǒng)制備路線中，催化劑要用到貴金屬銠，它比白金還貴幾倍，不利于推廣，無法實(shí)現(xiàn)工業(yè)化?！眲⒅忻裾f。

但是這個煤基乙醇不能工業(yè)化的難題，被中國人解決了。

大連化物所提出以煤基合成氣為原料，經(jīng)甲醇、二甲醚羰基化、加氫合成乙醇的工藝路線。該路線采用非貴金屬催化劑，可以直接生產(chǎn)無水乙醇，是一條獨(dú)特的環(huán)境友好型新技術(shù)路線。

但這條技術(shù)路線并不好走?！岸酌艳D(zhuǎn)化反應(yīng)非常復(fù)雜，有上萬種反應(yīng)產(chǎn)物，上百種反應(yīng)路徑。”劉中民說，為了找出最合適的有工業(yè)應(yīng)用價值的技術(shù)路徑，僅二甲醚羰基化催化劑的研究，就歷經(jīng)多年艱辛。

從2007年至2011年，該催化劑壽命一直停留在100小時，這樣短的壽命完全無法實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。在科研人員的努力下，2011年該催化劑壽命達(dá)到300小時，2012年達(dá)到1150小時，2013年達(dá)到6400小時……具有高活性和高穩(wěn)定性的分子篩羰基化催化劑終于被研制出來，為實(shí)現(xiàn)工業(yè)化奠定了堅實(shí)基礎(chǔ)。

有了工業(yè)化應(yīng)用前景的技術(shù)，轉(zhuǎn)化并不是難題。因?yàn)樵缭?010年，中科院大連化物所就與延長石油集團(tuán)簽訂了全面戰(zhàn)略合作協(xié)議，雙方合作的重點(diǎn)就是技術(shù)開發(fā)和成果轉(zhuǎn)化。

2012年，大連化物所和延長石油聯(lián)合開展“合成氣制乙醇整套工藝技術(shù)”項(xiàng)目研發(fā)工作，2013年完成項(xiàng)目中試。2015年9月，國家能源局委托中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會對該項(xiàng)目中試成果進(jìn)行成果鑒定，鑒定委員會認(rèn)為：技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)、應(yīng)用性強(qiáng)，與國際同類技術(shù)相比，主要指標(biāo)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

2014年大連化物所與延長石油啟動了“10萬噸/年合成氣制乙醇工業(yè)示范”項(xiàng)目，2016年10月裝置建成，2016年12月開始裝置聯(lián)動試車，2017年1月11日產(chǎn)出合格無水乙醇產(chǎn)品，純度達(dá)到99.71%，主要指標(biāo)均達(dá)到或優(yōu)于設(shè)計值。

10萬噸工業(yè)示范裝置的投產(chǎn)和穩(wěn)定運(yùn)行證明了技術(shù)的先進(jìn)性和可靠性。以此為基礎(chǔ)，可以建設(shè)百萬噸級大型工業(yè)化乙醇裝置。延長石油集團(tuán)董事長賀久長就透露，“目前，延長石油已經(jīng)完成了50萬噸工業(yè)化裝置的可行性研究，并啟動了工藝包的設(shè)計開發(fā)工作”。

好處幾何

綠色環(huán)保低成本

在近日舉行的該項(xiàng)目新聞發(fā)布會上，中科院副院長張濤院士對這個技術(shù)不惜贊美之詞：“這是煤清潔利用這個大題目下的一個成功應(yīng)用，是領(lǐng)跑性的技術(shù)。如果再多一點(diǎn)這樣的技術(shù)，我們就能早日邁入科技強(qiáng)國行列?！?

這個技術(shù)也確實(shí)值得驕傲，與傳統(tǒng)的乙醇合成技術(shù)相比，該成果好處多多：

首先是成本低且節(jié)能環(huán)保。該技術(shù)僅使用分子篩催化劑和銅基催化劑，無貴金屬;工藝過程中無乙酸產(chǎn)生，避免了抗腐蝕特殊材料的使用，減少了設(shè)備投資;反應(yīng)體系無水，可直接分離得到無水乙醇產(chǎn)品，節(jié)能環(huán)保;羰基化過程中只需富一氧化碳?xì)怏w即可,加氫過程中只需富氫氣體即可，由于反應(yīng)過程中不需高純度氣體，這降低了氣體分離能耗，節(jié)約了生產(chǎn)成本?！斑@些特點(diǎn)使我國大范圍推廣乙醇汽油成為可能，尤其是在我國中西部煤炭資源豐富而糧食資源有限的地區(qū)?！眲⒅忻裾f。

其次，該技術(shù)的反應(yīng)器、工藝條件與合成氣制甲醇工藝基本一致，可用以改造現(xiàn)有甲醇廠為乙醇廠。劉中民介紹，“目前，國內(nèi)甲醇工廠的開工率只有58%，該技術(shù)可將現(xiàn)有大量過剩的甲醇廠改造成乙醇工廠，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，釋放產(chǎn)能”。

此外，該技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性也非常好。產(chǎn)品乙醇成本低于其他現(xiàn)有技術(shù)，有市場競爭力;中間產(chǎn)物乙酸甲酯也是大宗化學(xué)品，可以按市場的需求及時調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu);乙醇便于運(yùn)輸和儲存，簡單脫水后即可得到高純乙烯，是基礎(chǔ)的化工原料，可促進(jìn)下游精細(xì)化工行業(yè)發(fā)展。

另外，從原理上講，天然氣和煤一樣，均可以通過合成氣，進(jìn)而合成乙醇，所以煤基乙醇技術(shù)也可以用作天然氣原料生產(chǎn)乙醇，助推“一帶一路”戰(zhàn)略在沿線富有天然氣資源的國家實(shí)施。

“3月8日，我們10萬噸示范裝置的首批乙醇產(chǎn)品已經(jīng)外銷出廠?！毖娱L石油集團(tuán)興化公司副總經(jīng)理、總工程師張歲利高興地告訴記者，該項(xiàng)目的成功運(yùn)行為今后大規(guī)模工業(yè)化裝置的建設(shè)、生產(chǎn)和運(yùn)行提供了關(guān)鍵技術(shù)數(shù)據(jù)和寶貴的經(jīng)驗(yàn)，標(biāo)志著我國將率先擁有設(shè)計和建設(shè)百萬噸級大型煤基乙醇工廠的能力，奠定了我國煤制乙醇工業(yè)化的國際領(lǐng)先地位。