推進煤炭清潔高效利用
閱讀：162次 更新時間：2022-08-15
乙醇作為一種重要的化工原料,，工業(yè)上可以通過糧食發(fā)酵或源于石油的乙烯進行水合反應來制取。然而這兩種方法都不完美：前者“與人爭糧”，后者成本較高且依賴石油資源,。除了這兩種方法,，還有沒有其他途徑規(guī)?；圃煲掖?？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制乙醇領域開辟新路線,，經過多年技術攻關和放大驗證，為技術的大規(guī)模工業(yè)化奠定了堅實的基礎,。
日前,，在陜西榆林榆神工業(yè)園，基于劉中民團隊研究成果的全球規(guī)模最大的50萬噸/年煤基乙醇工業(yè)化項目正式建成,。這一項目有哪些重大意義,？記者進行了采訪。
利用化石能源生產乙醇,，符合實現“雙碳”目標的客觀要求
乙醇,，不僅是重要的基礎化學品，也與人們的日常生活息息相關,，可用于制造飲料,、香精、消毒劑等,。無水乙醇可以作為汽油添加劑即燃料乙醇來使用,，能夠有效改善汽油品質，大幅減少車輛污染物排放,。
“傳統(tǒng)乙醇生產技術主要以糧食為原料進行發(fā)酵,。”劉中民介紹,，“目前,，全世界乙醇產量約1億噸，主要利用糧食和甘蔗等生物原料生產,。2020年,，我國乙醇產量為987萬噸，其中燃料乙醇約274萬噸,，主要利用陳糧進行生產,。”
據悉,，當前我國燃料乙醇產量無法滿足需求,。劉中民算了筆賬：“2021年,，我國汽油表觀消費量為1.4億噸，需燃料乙醇1400萬噸,。因此,，提高燃料乙醇產量，對保障我國能源安全具有重要意義,。”
與此同時,，我國地少人多,，糧食安全是頭等大事，以糧食為原料制備燃料乙醇,，并不適合大范圍推廣,。劉中民認為，從生物質發(fā)展的角度來看,，用秸稈纖維素制乙醇是一個研究方向,，盡管該技術取得了一些進展，但由于經濟性問題,，目前還處于研發(fā)階段,。
而利用化石能源生產乙醇，是科學家們努力的目標,。我國能源資源的特點為“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,?！拔覈禾抠Y源量占化石能源的比例達到95%，因此,，開發(fā)具有自主知識產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嘗試,。
一條全新的技術路線,，以煤基合成氣為原料，經甲醇,、二甲醚羰基化,、加氫合成乙醇
煤制乙醇，方向明確,，做起來卻非常艱難,。傳統(tǒng)煤制乙醇的路線一般有兩條：一是煤經合成氣直接制乙醇,，二是煤經乙酸制乙醇。
長期以來,，煤經合成氣直接制乙醇是個世界性難題,，主要是因為它需要用貴金屬做催化劑，效率低,、腐蝕嚴重,、設備成本高，一直停留在研究開發(fā)階段,?！斑@條路線的催化劑要用到貴金屬銠，它比鉑金還貴幾倍,，不利于推廣,，難以實現工業(yè)化?！眲⒅忻裾f,。
而煤經乙酸制乙醇是基于乙酸產能過剩的背景，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(guī)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,，可以直接生產無水乙醇，是一條環(huán)境友好型技術路線,。
這條技術路線并不好走,。“二甲醚轉化反應非常復雜,，用不同的催化劑有完全不同的反應,，生成完全不同的產物?！眲⒅忻裾f,，為了找出合適的有工業(yè)應用價值的技術路徑，僅二甲醚羰基化催化劑的研究和篩選,，就歷經多年艱辛探索,。
“前期小試階段要篩選大批催化劑,，每種至少做10個試驗，不同的溫度,、配比,、壓力等條件下，需要一個個試,?！贝筮B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小時,，距離工業(yè)化應用目標很遠。經過近三年反復的試驗,、攻關，終于在2012年底出現曙光,。
“開發(fā)出具有較好穩(wěn)定性的催化劑,，壽命達到了900小時?！敝煳牧颊f,，當時大家很興奮，已經到了技術突破的臨界點,。
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(wěn)定性的二甲醚分子篩羰基化催化劑終于被研制出來,，為項目工業(yè)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，煤基乙醇生產邁入工業(yè)化時代
研發(fā)的根本目的是為了應用,，這在項目研發(fā)之初就已成為共識,。2012年，大連化物所和陜西延長石油集團聯合開展“合成氣制乙醇整套工藝技術”項目研發(fā)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權技術的全球首套10萬噸/年煤基乙醇工業(yè)示范項目打通全流程,，生產出合格無水乙醇,。
劉中民說：“從實驗室研究到工廠生產，我們前后只用了6年時間,，速度算是非?？斓?。”
與傳統(tǒng)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,，分離所得產品直接為無水乙醇，降低了產品的分離能耗,，節(jié)省了生產成本,。工藝過程中采用的催化劑為常規(guī)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品結構?！眲⒅忻裾f,。在10萬噸示范項目的基礎上，技術升級不斷迭代,，50萬噸/年煤基乙醇項目已于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(guī)模最大的煤基乙醇項目,，標志著乙醇生產邁入大規(guī)模工業(yè)化時代，奠定了我國煤制乙醇技術的國際領先地位,。
陜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制取乙醇,，按照3噸糧食生產1噸乙醇測算，榆神50萬噸/年煤基乙醇項目建成投產后,，每年可節(jié)約生物乙醇原料糧150萬噸,，相當于榆林市全年糧食產量的65%?！?br />
劉中民告訴記者,，煤基乙醇技術不但可以以煤為原料，也能以天然氣,、生物質,、鋼廠煤氣為原料生產乙醇，為煤炭資源的清潔,、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。
