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煤制乙醇开创 “不与人争粮”新局面

国际燃气网  来源:科学网  作者:沈春蕾  日期:2019-03-07


 10 万吨/ 年合成气制乙醇工业示范项目
 
    2017年1月,陕西延长石油(集团)有限责任公司(以下简称延长石油)10万吨/年合成气制乙醇工业示范项目生产出合格无水乙醇,标志着全球首套煤经二甲醚羰基化制乙醇工业示范项目一次投产成功。该示范项目由中国科学院大连化学物理研究所(以下简称大连化物所)和延长石油共同合作开发,拥有自主知识产权。
 
    目前,该工业示范装置已平稳运行两年多。大连化物所所长、煤基乙醇工业化项目首席科学家刘中民在近日接受《中国科学报》采访时指出:“煤制乙醇可以替代以粮食为原料制备乙醇,实现了‘不与人争粮’的新局面,是新型煤化工产业化技术应用的又一次重大突破。”
 
    尊重国情 寻找新技术
 
    无水乙醇可以作为汽油添加剂,即燃料乙醇使用,可以有效改善汽油品质,大幅减少车辆污染物排放。刘中民介绍,乙醇是世界上公认的环保清洁燃料,全球66%的乙醇被作为燃料乙醇添加到汽油中,为各国所接受和推广。此外,乙醇还可以方便地转化为乙烯,促进下游精细化工行业的发展。
 
    目前,全世界乙醇产量约一亿吨,主要由美国和巴西利用粮食和甘蔗等生物原料生产。而我国乙醇产量只有700万吨,其中燃料乙醇250万吨,主要利用陈化粮进行生产。
 
    来自石油化工市场的研究报告显示,2016年,中国汽油表观消费量12000万吨,按国内E10乙醇汽油标准,燃料乙醇可替代1200万吨燃油。“在国家石油对外依存度大于70%的情况下,燃料乙醇对国家的能源安全具有重大影响。”刘中民指出。
 
    根据国家发改委《可再生能源中长期发展规划》给出的目标,到2020年我国生物燃料乙醇的年利用量将达到1000万吨。然而,我国的国情是地少人多,粮食安全是国家头等大事,以粮食为原料制备燃料乙醇并不适合在我国大范围推广。
 
    “如何有效生产燃料乙醇,避免出现‘与人争粮’的局面,我们急需开发非粮燃料乙醇制备技术。”刘中民团队开始了新的尝试。
 
    革新工艺 攻关催化剂
 
    长期以来,利用化石资源生产乙醇是全世界努力的目标。基于我国以煤炭为主的能源结构,开发具有自主知识产权的煤基燃料乙醇成套技术符合我国的实际国情。
 
    同时,煤经合成气直接制乙醇是一项世界性的挑战,因难以回避贵金属催化剂、效率较低及设备腐蚀等问题,一直还停留在研究开发阶段。而煤经乙酸制乙醇是基于乙酸产能过剩的背景,因设备腐蚀、装置投资大而没有大规模应用。
 
    为此,刘中民团队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。“该路线核心为二甲醚在分子筛催化剂上的羰基化反应,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。”
 
    此反应打破了以金属为催化剂的传统羰基化反应理念,在科学界和工业界受到了极大关注,但因其催化剂活性低、稳定性差,一直难以工业应用。刘中民团队通过多年攻关,成功开发出具有高活性和高稳定性的分子筛羰基化催化剂,为其进一步工业化奠定了坚实基础。
 
    所企合作 深化产学研
 
    2012年大连化物所和延长石油开始联合开展“合成气制乙醇整套工艺技术”项目研发工作,2014年双方合作启动了10万吨/年合成气制乙醇工业示范项目,项目于2017年年初产出合格无水乙醇产品,纯度达到99.71%。
 
    对于此项工作,中科院院长白春礼曾给予评价:煤基乙醇工业化示范项目成功投产,在世界范围内首开先河。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,为我国的能源安全和粮食安全提供有力保障。
 
    该项目也是大连化物所和延长石油深化产学研合作的一项重大成果。2017年4月,大连化物所和延长石油出资成立延长中科(大连)能源科技股份有限公司。延长中科依托大连化物所合成气制乙醇技术,进行技术推广和催化剂的配套生产销售。
 
    2017年9月,国家发展改革委、国家能源局、财政部等15部门联合印发了《关于扩大生物燃料乙醇生产和推广使用车用乙醇汽油的实施方案》。根据方案,到2020年,全国范围内将推广使用车用乙醇汽油,基本实现全覆盖。
 
    “国家一直支持燃料乙醇的发展,开发先进的乙醇生产技术是利国利民的大事。”项目负责人、大连化物所研究员朱文良告诉《中国科学报》,煤基乙醇的成本(大型化后全成本约3500元/吨)远优于粮食乙醇成本,同时,该技术还可以用于将现有甲醇厂改造成乙醇工厂,对于国家调整产业结构,释放产能有积极意义。
 
    2017年年底,大连化物所与延长石油签署50万吨/年煤基乙醇工业化装置合同,已经开始施工。2018年11月,大连化物所与新疆天业集团签署年产120万吨合成气制乙醇项目一期——60万吨/年合成气制乙醇专利技术实施许可合同。目前还有30多家企业正在与大连化物所洽谈合作。
 
    大连化物所副研究员刘红超主要负责“二甲醚羰基化制乙酸甲酯”催化剂和工艺的研发,他希望团队多年研发的技术能够得到国家推广,为国家和社会的发展做出贡献。
 
    2018年8月25日,天津市内有10座加油站进行汽油置换,并从当日起供应乙醇汽油。此前,黑龙江、吉林、辽宁等11个试点省份已开始推广使用车用乙醇汽油,并取得积极的成果,后续将进一步在北京、天津、河北等15个省份推广。
 
    刘中民也指出,煤基乙醇技术也可以用作天然气原料生产乙醇,该技术也有潜力助推“一带一路”倡议在沿线富有天然气资源的国家的实施。
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