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全球首套煤基乙醇工业化项目投产成功—— “煤”是怎样酿成“酒”的
字号:[    ] 发布时间:2017-03-27 来源:中国经济网

  全球首套煤基乙醇工业化项目——陕西延长石油集团10万吨/年合成气制乙醇工业示范项目。 (资料图片)
  近日,采用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,引发大量关注。这是陕西延长石油集团10万吨/年合成气制乙醇工业示范项目,由中科院大连化学物理研究所和延长石油集团共同研发,于今年1月11日打通全流程,生产出合格的无水乙醇,装置已平稳运行了两个多月。
  乙醇俗称酒精,煤基乙醇就是以煤为原料制备无水酒精,这个化“煤”为“酒”的奇迹如何酿成?又具有哪些重大意义呢?请看《经济日报》记者采写回来的报道。
  意义何在
  让乙醇和粮食脱钩
  “这个示范项目的成功投产,在世界范围内首开先河,占领了技术制高点,奠定了我国煤制乙醇技术及工业化的国际领先地位。”中科院院长白春礼院士说,这一新技术的应用,将有效弥补石油资源不足、缓解我国燃料乙醇对粮食的依赖,为我国能源安全和粮食安全提供有力保障。
  乙醇与石油和粮食有啥关系?
  “全世界66%的乙醇都被用作燃料乙醇,燃料乙醇可以兑入汽油做乙醇汽油。与其他汽油添加剂相比,乙醇是世界公认的绿色环保的优良汽油添加剂,可以将车辆污染物综合排放量降低三分之一以上。”中科院大连化物所刘中民院士介绍说,从原理上讲,汽油分子中不含氧,而乙醇含35%的氧,在汽油中添入乙醇,有助于充分燃烧,减少污染物排放。
  汽车尾气排放是雾霾天气形成的重要因素之一,推广乙醇汽油显然也有利于减轻雾霾,缓解大气污染。
  此外,乙醇可以替代或部分替代汽油作发动机燃料,减少原油消耗,从而减轻对石油的依赖,有利于国家能源安全。中国自1993年成为石油净进口国之后,石油对外依存度逐年提高,从1995年7.6%上升到2015年65.4%,对外依存度已超过国际公认的警戒线(50%),这严重影响到国家的能源安全。2016年,中国汽油表观消费量11983万吨,按国内E10乙醇汽油标准(用90%的普通汽油与10%的燃料乙醇调和而成),需燃料乙醇1198万吨。燃料乙醇对国家的能源安全具有重大影响。
  那要怎么制备乙醇呢?乙醇俗称酒精,而酒一般用粮食酿造。
  美国和巴西于上世纪80年代开始大力发展燃料乙醇,为其国家能源独立作出了重要贡献。为了解决陈化粮问题,我国也探索发展了燃料乙醇及乙醇汽油。
  鉴于我国以全球7%的耕地养活全球20%的人口,以粮食为原料制备燃料乙醇并不适合在我国大范围推广。为避免出现“与人争粮”的局面,进而威胁粮食安全,2006年国家收回粮食制备燃料乙醇项目审批权。目前,我国燃料乙醇缺口巨大,“十二五”期间,我国燃料乙醇目标为500万吨/年;至2020年,目标为1000万吨/年,而2015年国内燃料乙醇产量仅为250万吨。经过多年试点后,目前只有部分省份(11个)推广使用乙醇汽油。
  “必须突破传统作物发酵制备乙醇的方法,让乙醇和粮食脱钩。”刘中民说,“我国煤炭资源丰富,用煤做乙醇,是出于能源安全和粮食安全的考虑”。
  “牛”在哪里
  工业化解世界难题
  用煤做乙醇,这思路顺理成章,做起来却非常艰难。
  长期以来,利用化石资源生产乙醇一直是全世界努力的目标。而我国能源结构以煤炭为主,显然应开发具有自主知识产权的煤基燃料乙醇成套技术。但煤经合成气直接制乙醇是一项世界性的挑战,它需要贵金属催化剂,效率较低,还会造成设备腐蚀,过去一直停留在研究开发阶段。“传统制备路线中,催化剂要用到贵金属铑,它比白金还贵几倍,不利于推广,无法实现工业化。”刘中民说。
  但是这个煤基乙醇不能工业化的难题,被中国人解决了。
  大连化物所提出以煤基合成气为原料,经甲醇、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,可以直接生产无水乙醇,是一条独特的环境友好型新技术路线。
  但这条技术路线并不好走。“二甲醚转化反应非常复杂,有上万种反应产物,上百种反应路径。”刘中民说,为了找出最合适的有工业应用价值的技术路径,仅二甲醚羰基化催化剂的研究,就历经多年艰辛。
  从2007年至2011年,该催化剂寿命一直停留在100小时,这样短的寿命完全无法实现工业化应用。在科研人员的努力下,2011年该催化剂寿命达到300小时,2012年达到1150小时,2013年达到6400小时……具有高活性和高稳定性的分子筛羰基化催化剂终于被研制出来,为实现工业化奠定了坚实基础。
  有了工业化应用前景的技术,转化并不是难题。因为早在2010年,中科院大连化物所就与延长石油集团签订了全面战略合作协议,双方合作的重点就是技术开发和成果转化。
  2012年,大连化物所和延长石油联合开展“合成气制乙醇整套工艺技术”项目研发工作,2013年完成项目中试。2015年9月,国家能源局委托中国石油和化学工业联合会对该项目中试成果进行成果鉴定,鉴定委员会认为:技术指标先进、应用性强,与国际同类技术相比,主要指标达到国际领先水平。
  2014年大连化物所与延长石油启动了“10万吨/年合成气制乙醇工业示范”项目,2016年10月装置建成,2016年12月开始装置联动试车,2017年1月11日产出合格无水乙醇产品,纯度达到99.71%,主要指标均达到或优于设计值。
  10万吨工业示范装置的投产和稳定运行证明了技术的先进性和可靠性。以此为基础,可以建设百万吨级大型工业化乙醇装置。延长石油集团董事长贺久长就透露,“目前,延长石油已经完成了50万吨工业化装置的可行性研究,并启动了工艺包的设计开发工作”。
  好处几何
  绿色环保低成本
  在近日举行的该项目新闻发布会上,中科院副院长张涛院士对这个技术不惜赞美之词:“这是煤清洁利用这个大题目下的一个成功应用,是领跑性的技术。如果再多一点这样的技术,我们就能早日迈入科技强国行列。”
  这个技术也确实值得骄傲,与传统的乙醇合成技术相比,该成果好处多多:
  首先是成本低且节能环保。该技术仅使用分子筛催化剂和铜基催化剂,无贵金属;工艺过程中无乙酸产生,避免了抗腐蚀特殊材料的使用,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;羰基化过程中只需富一氧化碳气体即可,加氢过程中只需富氢气体即可,由于反应过程中不需高纯度气体,这降低了气体分离能耗,节约了生产成本。“这些特点使我国大范围推广乙醇汽油成为可能,尤其是在我国中西部煤炭资源丰富而粮食资源有限的地区。”刘中民说。
  其次,该技术的反应器、工艺条件与合成气制甲醇工艺基本一致,可用以改造现有甲醇厂为乙醇厂。刘中民介绍,“目前,国内甲醇工厂的开工率只有58%,该技术可将现有大量过剩的甲醇厂改造成乙醇工厂,调整产业结构,释放产能”。
  此外,该技术的经济性也非常好。产品乙醇成本低于其他现有技术,有市场竞争力;中间产物乙酸甲酯也是大宗化学品,可以按市场的需求及时调整产品结构;乙醇便于运输和储存,简单脱水后即可得到高纯乙烯,是基础的化工原料,可促进下游精细化工行业发展。
  另外,从原理上讲,天然气和煤一样,均可以通过合成气,进而合成乙醇,所以煤基乙醇技术也可以用作天然气原料生产乙醇,助推“一带一路”战略在沿线富有天然气资源的国家实施。
  “3月8日,我们10万吨示范装置的首批乙醇产品已经外销出厂。”延长石油集团兴化公司副总经理、总工程师张岁利高兴地告诉记者,该项目的成功运行为今后大规模工业化装置的建设、生产和运行提供了关键技术数据和宝贵的经验,标志着我国将率先拥有设计和建设百万吨级大型煤基乙醇工厂的能力,奠定了我国煤制乙醇工业化的国际领先地位。


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