推進(jìn)煤炭清潔高效利用
閱讀：291次 更新時(shí)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(guò)糧食發(fā)酵或源于石油的乙烯進(jìn)行水合反應(yīng)來(lái)制取,。然而這兩種方法都不完美：前者“與人爭(zhēng)糧”，后者成本較高且依賴石油資源,。除了這兩種方法,，還有沒(méi)有其他途徑規(guī)?；圃煲掖迹?010年起,，中國(guó)工程院院士,、中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所（以下簡(jiǎn)稱“大連化物所”）所長(zhǎng)劉中民團(tuán)隊(duì)在煤制乙醇領(lǐng)域開(kāi)辟新路線，經(jīng)過(guò)多年技術(shù)攻關(guān)和放大驗(yàn)證,，為技術(shù)的大規(guī)模工業(yè)化奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),。
日前，在陜西榆林榆神工業(yè)園,，基于劉中民團(tuán)隊(duì)研究成果的全球規(guī)模最大的50萬(wàn)噸/年煤基乙醇工業(yè)化項(xiàng)目正式建成。這一項(xiàng)目有哪些重大意義,？記者進(jìn)行了采訪,。
利用化石能源生產(chǎn)乙醇，符合實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的客觀要求
乙醇,，不僅是重要的基礎(chǔ)化學(xué)品,，也與人們的日常生活息息相關(guān)，可用于制造飲料,、香精,、消毒劑等。無(wú)水乙醇可以作為汽油添加劑即燃料乙醇來(lái)使用,，能夠有效改善汽油品質(zhì),，大幅減少車輛污染物排放。
“傳統(tǒng)乙醇生產(chǎn)技術(shù)主要以糧食為原料進(jìn)行發(fā)酵,?！眲⒅忻窠榻B，“目前,，全世界乙醇產(chǎn)量約1億噸,，主要利用糧食和甘蔗等生物原料生產(chǎn)。2020年,，我國(guó)乙醇產(chǎn)量為987萬(wàn)噸,，其中燃料乙醇約274萬(wàn)噸，主要利用陳糧進(jìn)行生產(chǎn),?！?br />
據(jù)悉，當(dāng)前我國(guó)燃料乙醇產(chǎn)量無(wú)法滿足需求,。劉中民算了筆賬：“2021年,，我國(guó)汽油表觀消費(fèi)量為1.4億噸，需燃料乙醇1400萬(wàn)噸,。因此,，提高燃料乙醇產(chǎn)量,，對(duì)保障我國(guó)能源安全具有重要意義?！?br />
與此同時(shí),，我國(guó)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(rèn)為,，從生物質(zhì)發(fā)展的角度來(lái)看,，用秸稈纖維素制乙醇是一個(gè)研究方向，盡管該技術(shù)取得了一些進(jìn)展,，但由于經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題,，目前還處于研發(fā)階段。
而利用化石能源生產(chǎn)乙醇,，是科學(xué)家們努力的目標(biāo),。我國(guó)能源資源的特點(diǎn)為“富煤、貧油,、少氣”,，推進(jìn)煤炭清潔高效利用，是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰,、碳中和目標(biāo)的重要途徑,。“我國(guó)煤炭資源量占化石能源的比例達(dá)到95%,，因此,，開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的煤基乙醇成套技術(shù)符合我國(guó)的實(shí)際國(guó)情?！眲⒅忻駧ьI(lǐng)團(tuán)隊(duì)開(kāi)始了新的嘗試,。
一條全新的技術(shù)路線，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
煤制乙醇,，方向明確,，做起來(lái)卻非常艱難。傳統(tǒng)煤制乙醇的路線一般有兩條：一是煤經(jīng)合成氣直接制乙醇,，二是煤經(jīng)乙酸制乙醇,。
長(zhǎng)期以來(lái)，煤經(jīng)合成氣直接制乙醇是個(gè)世界性難題，主要是因?yàn)樗枰觅F金屬做催化劑,，效率低,、腐蝕嚴(yán)重、設(shè)備成本高,，一直停留在研究開(kāi)發(fā)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,，不利于推廣，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化,?！眲⒅忻裾f(shuō)。
而煤經(jīng)乙酸制乙醇是基于乙酸產(chǎn)能過(guò)剩的背景,，因乙酸存在腐蝕性,，需采用耐腐蝕的設(shè)備，裝置投資大,、成本較高，也沒(méi)有大規(guī)模應(yīng)用,。
經(jīng)過(guò)多年努力,，大連化物所提出了全新的技術(shù)路線：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。該路線采用非貴金屬催化劑,，可以直接生產(chǎn)無(wú)水乙醇,，是一條環(huán)境友好型技術(shù)路線。
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，用不同的催化劑有完全不同的反應(yīng),，生成完全不同的產(chǎn)物,。”劉中民說(shuō),，為了找出合適的有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值的技術(shù)路徑,，僅二甲醚羰基化催化劑的研究和篩選，就歷經(jīng)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(gè)試驗(yàn)，不同的溫度,、配比,、壓力等條件下,，需要一個(gè)個(gè)試?！贝筮B化物所合成氣轉(zhuǎn)化研究組組長(zhǎng)朱文良說(shuō),。
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(gè)小時(shí),，距離工業(yè)化應(yīng)用目標(biāo)很遠(yuǎn),。經(jīng)過(guò)近三年反復(fù)的試驗(yàn)、攻關(guān),，終于在2012年底出現(xiàn)曙光,。
“開(kāi)發(fā)出具有較好穩(wěn)定性的催化劑，壽命達(dá)到了900小時(shí),?！敝煳牧颊f(shuō)，當(dāng)時(shí)大家很興奮,，已經(jīng)到了技術(shù)突破的臨界點(diǎn),。
接下來(lái)，催化劑壽命不斷被延長(zhǎng)：1150小時(shí),，6400小時(shí),，16000小時(shí)……一次次試驗(yàn)、改進(jìn),，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(lái),，為項(xiàng)目工業(yè)化奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
6年時(shí)間完成實(shí)驗(yàn)室研究到工廠生產(chǎn),，煤基乙醇生產(chǎn)邁入工業(yè)化時(shí)代
研發(fā)的根本目的是為了應(yīng)用,，這在項(xiàng)目研發(fā)之初就已成為共識(shí)。2012年,，大連化物所和陜西延長(zhǎng)石油集團(tuán)聯(lián)合開(kāi)展“合成氣制乙醇整套工藝技術(shù)”項(xiàng)目研發(fā)工作,；2013年完成了項(xiàng)目中試研究工作；2017年1月11日,，具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)的全球首套10萬(wàn)噸/年煤基乙醇工業(yè)示范項(xiàng)目打通全流程,，生產(chǎn)出合格無(wú)水乙醇。
劉中民說(shuō)：“從實(shí)驗(yàn)室研究到工廠生產(chǎn),，我們前后只用了6年時(shí)間,，速度算是非常快的,?！?br />
與傳統(tǒng)的乙醇合成技術(shù)相比，煤基乙醇工藝過(guò)程中無(wú)水或極少量水，分離所得產(chǎn)品直接為無(wú)水乙醇,，降低了產(chǎn)品的分離能耗,，節(jié)省了生產(chǎn)成本。工藝過(guò)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(shí)工藝中無(wú)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(shè)備投資,。
“中間產(chǎn)物乙酸甲酯也是大宗化學(xué)品，可以按市場(chǎng)的需求及時(shí)調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu),?！眲⒅忻裾f(shuō)。在10萬(wàn)噸示范項(xiàng)目的基礎(chǔ)上,，技術(shù)升級(jí)不斷迭代,，50萬(wàn)噸/年煤基乙醇項(xiàng)目已于2020年6月奠基動(dòng)工。經(jīng)過(guò)2年多建設(shè),，預(yù)計(jì)今年9月該項(xiàng)目將投料試車,。這將是全球規(guī)模最大的煤基乙醇項(xiàng)目，標(biāo)志著乙醇生產(chǎn)邁入大規(guī)模工業(yè)化時(shí)代,，奠定了我國(guó)煤制乙醇技術(shù)的國(guó)際領(lǐng)先地位,。
陜西延長(zhǎng)石油榆神能源化工有限公司總經(jīng)理郭尊禮說(shuō)：“項(xiàng)目用低階煤代替糧食制取乙醇，按照3噸糧食生產(chǎn)1噸乙醇測(cè)算,，榆神50萬(wàn)噸/年煤基乙醇項(xiàng)目建成投產(chǎn)后，每年可節(jié)約生物乙醇原料糧150萬(wàn)噸,，相當(dāng)于榆林市全年糧食產(chǎn)量的65%,。”
劉中民告訴記者,，煤基乙醇技術(shù)不但可以以煤為原料,，也能以天然氣、生物質(zhì),、鋼廠煤氣為原料生產(chǎn)乙醇,，為煤炭資源的清潔、高效,、低碳利用和國(guó)家“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐,。
