佘惠敏

2017年3月，科學(xué)界有一個大新聞引發(fā)了人們的關(guān)注——采用我國自主知識產(chǎn)權(quán)的全球首套煤基乙醇工業(yè)化項目投產(chǎn)成功。這是陜西延長集團10萬噸/年合成氣制乙醇工業(yè)示范項目，由中科院大連化學(xué)物理研究所（下簡稱“大連化物所”）和陜西延長石油集團共同研發(fā)，于2017年1月11日打通全流程，生產(chǎn)出了合格的無水乙醇。如今，裝置已經(jīng)平穩(wěn)運行了幾個月了。

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”的奇跡是如何釀成的？又具有哪些重大意義呢？

煤基乙醇有啥意義？汽車減排、能源安全、糧食安全！

“這個示范項目的成功投產(chǎn)，在世界范圍內(nèi)首開先河，占據(jù)了技術(shù)制高點，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。”中科院院長白春禮院士說，這一新技術(shù)的應(yīng)用，將有效彌補石油資源不足，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。那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1/3 以上！”中科院大連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。

此外，乙醇可以替代或部分替代汽油作發(fā)動機燃料，減少原油消耗，從而減輕對石油的依賴，有利于國家的能源安全。

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20世紀(jì)80年代開始大力發(fā)展燃料乙醇，為其國家能源獨立做出了重要貢獻。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%的人口的現(xiàn)狀，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，威脅糧食安全，2006年國家收回糧食制燃料乙醇項目審批權(quán)。經(jīng)過多年試點后，目前只有部分省份（11個）推廣使用乙醇汽油。

煤基乙醇“?！痹谀模科平饷夯掖脊I(yè)化的世界難題

用煤做乙醇，雖然這思路順理成章，但做起來卻非常艱難。

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?！皞鹘y(tǒng)制備路線中，催化劑要用到貴金屬銠，它比白金還貴幾倍，不利推廣，無法工業(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。“二甲醚轉(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。

最終，具有高活性和高穩(wěn)定性的分子篩羰基化催化劑被研制出來，為工業(yè)化奠定了堅實基礎(chǔ)。有了工業(yè)化應(yīng)用前景的技術(shù)，轉(zhuǎn)化并不是難題。因為早在2010年，中科院大連化物所就與延長石油集團簽訂了全面戰(zhàn)略合作協(xié)議，雙方合作的重點就是技術(shù)開發(fā)和成果轉(zhuǎn)化。

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”項目，2016年10月裝置建設(shè)中交，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，純度達到99.71%，主要指標(biāo)均達到或優(yōu)于設(shè)計值。

10萬噸工業(yè)示范裝置的投產(chǎn)和穩(wěn)定運行證明了技術(shù)的先進性和可靠性。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?！?/p>

煤基乙醇好處多多綠色環(huán)保、成本低、生產(chǎn)方便靈活

化“煤”為“酒”的技術(shù)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。

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?！?/p>

此外，該技術(shù)的經(jīng)濟性也非常好。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石油集團興化公司副總經(jīng)理、總工程師張歲利告訴記者，該項目的成功為今后大規(guī)模工業(yè)化裝置的建設(shè)、生產(chǎn)和運行提供了關(guān)鍵技術(shù)數(shù)據(jù)和寶貴的經(jīng)驗，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。