煤基制乙醇技術產業化終于打通“最后一公里”。4月12日，延長中科(大連)能源科技股份有限公司(簡稱延長中科公司)暨甲醇(二甲醚)制無水乙醇技術產業化啟動儀式在中科院大連化學物理研究所舉行。

今年1月，由大連化物所和延長石油集團共同研發、具有我國自主知識產權的全球首套煤基乙醇工業化示范裝置產出合格產品。至今，該裝置已穩定運行3個多月。這是繼煤制油、煤制乙二醇等技術之后，我國煤化工領域取得的又一世界級成果。

為了推進煤基制乙醇技術產業化，大連化物所與延長石油集團共同發起成立了一家以催化劑生產與工藝推廣為主的高技術產業化公司——延長中科公司。

為什么要研發煤基制乙醇技術?這項技術到底牛在哪兒?工業化前景如何……帶著相關問題，記者近日走進大連化物所。

煤制燃料乙醇：

出于能源安全和糧食安全考慮

“我們盯這個事兒很久了。”中國工程院院士、大連化物所所長劉中民告訴記者，始建于1949年3月的中科院化物所，歷來關注中國的能源供應和化石資源利用問題，煤化工是一個重點研究方向。獲2014年度國家技術發明獎一等獎的甲醇制取低碳烯烴技術，就出自劉中民帶領的甲醇制烯烴國家工程實驗室。

據中科院副院長張濤介紹，煤基乙醇工業化項目是中科院戰略性先導科技專項“低階煤清潔高效梯級利用關鍵技術與示范”中的一項重要研究項目，也是中科院大連化物所和延長石油集團共同研發的成果。

“煤基制乙醇技術的應用，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。”中科院院長白春禮如是評價煤基制乙醇技術。

“乙醇是個好東西。”劉中民說，全世界66%的乙醇都被用作燃料乙醇，是公認的綠色環保汽油添加劑。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，可使汽車污染物綜合排放量降低三分之一以上。對于飽受霧霾之苦的中國而言，推廣乙醇汽油也利于減少大氣污染。

從國家能源安全的角度看，用煤基乙醇替代石油，可減少原油消耗，減少石油依賴。2016年，中國汽油表觀消費量11983萬噸，按國內E10乙醇汽油標準(用90%的普通汽油與10%的燃料乙醇調和而成)，需燃料乙醇1198萬噸。“十二五”期間，我國燃料乙醇目標產量為500萬噸/年，至2020年目標產量為1000萬噸/年，而2015年國內燃料乙醇產量僅為250萬噸。經多年試點，目前只有11個省份推廣使用乙醇汽油。

美國和巴西于上世紀80年代開始大力發展燃料乙醇。我國探索發展了燃料乙醇及乙醇汽油。但基于以全球7%耕地養活全球20%人口的現實國情，以糧食為原料制備燃料乙醇顯然不適合在我國大范圍推廣。為避免出現“與人爭糧”的局面，2006年，國家收回了糧食制備燃料乙醇項目審批權。

“美國人用玉米，巴西人用甘蔗，但我們不能這么干啊，必須讓乙醇和糧食脫鉤。”劉中民說，“我國煤炭資源豐富，用煤制乙醇，是出于能源安全和糧食安全的考慮。”

工藝路線：

催化劑穩定可靠不用貴金屬

用煤制乙醇，并非中國人第一個想到。但長期以來，因難以回避貴金屬催化劑、效率較低以及設備腐蝕等問題，煤經合成氣直接制乙醇是一項世界性挑戰。

“煤基制乙醇傳統路線中，催化劑要用到貴金屬銠，比黃金還貴，不利于推廣，無法實現工業化。”劉中民說。

但這個難題最終讓中國人破解了。大連化物所提出以煤基合成氣為原料，經甲醇、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，可以直接生產無水乙醇。其核心為二甲醚在分子篩催化劑上的羰基化反應。這個反應打破了以金屬為催化劑的傳統羰基化反應理念，國外研究機構都很關注，但在催化劑的活性和穩定性上長期沒有突破。

“目前，國內外有很多公司、大學、研究機構等都在做相關實驗，很多比我們還早。”大連化物所合成氣轉化研究組組長朱文良告訴記者，截至目前國內外還沒有一家機構宣布有重大突破。

2010年，在劉中民的帶領下，由朱文良、劉紅超和劉勇組成的課題組，開始進行煤基乙醇技術關鍵催化劑研發。

“做催化劑篩選工作，過程還是比較坎坷的。”劉紅超感慨地說。二甲醚轉化反應非常復雜，有上萬種反應產物，上百種反應路徑。為了研發出適合工業化生產的催化劑，該團隊從2010年到2013年做了無數次試驗。催化劑的壽命也從最初的100小時延長到6400小時。

2013年，該團隊完成二甲醚羰基化催化劑長周期壽命實驗，催化劑定型后開展了反應的中試放大實驗。

在煤基制乙醇技術研發過程中，大連化物所并非孤軍奮戰。早在2010年，該所就與延長石油集團簽訂了全面戰略合作協議，后者不僅提供資金支持，還參與了工藝包設計等。2014年，大連化物所與延長石油集團聯合啟動了10萬噸/年合成氣制乙醇工業示范項目。2016年10月，示范裝置建成。2016年12月，示范裝置開始聯動試車。2017年1月11日，示范裝置產出合格無水乙醇產品，純度達到99.71%，主要指標均達到或優于設計值。

工業推廣：

技術優勢帶來市場競爭力

“真正牛的技術，不用過多政策扶持，也能有市場競爭力。”談到煤基制乙醇技術的工業化前景時，劉中民自信地說。

據介紹，除了催化劑的突破外，與傳統的乙醇合成技術相比，大連化物所開發的煤基制乙醇技術還有以下特點：工藝過程無水，分離產品直接為無水乙醇;工藝中無需添加碘甲烷等鹵化物助劑，避免腐蝕，減少設備投資;羰基化過程中無需高純一氧化碳和氫氣，降低氣體分離能耗，節約生產成本。

劉中民給記者算了一筆賬：1噸甲醇成本在1000元至1500元之間，1.5噸甲醇可制1噸乙醇，加上其他費用，1噸乙醇成本在2500元到3250元之間，乙醇的市場價為5000元/噸。“貴的時候1噸乙醇能賣到七八千元，咋能不掙錢呢?”劉中民說。

另外，該項目中反應器、工藝條件與合成氣制甲醇工藝基本一致，可把現有甲醇廠改造為乙醇廠，為消化甲醇過剩產能提供新的技術路線。“目前，國內甲醇產能達到八九千萬噸，但開工率只有58%，如果把甲醇廠改造為乙醇廠，效益會好得多。”劉中民認為，這將有利于推動我國煤化工產業結構的轉型。

從原理上講，天然氣和煤一樣，部分氧化后得到合成氣，進而合成乙醇，所以煤基乙醇技術也可以用作天然氣原料生產乙醇，助推“一帶一路”戰略在沿線富有天然氣資源國家的實施。

張濤指出，該項目的成功，為今后大規模工業化裝置建設、生產和運行提供了關鍵技術數據和寶貴的經驗，標志著我國將率先擁有設計和建設百萬噸級大型煤基乙醇工廠的能力，使我國大范圍推廣乙醇汽油成為可能。

延長石油集團董事長賀久長透露，在10萬噸/年裝置的基礎上，目前延長石油集團已經完成了50萬噸/年工業化裝置的可行性研究，并啟動了工藝包的設計開發工作。

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乙醇，俗稱酒精，既是重要的基礎化學品，又與日常生活息息相關。酒精可勾兌白酒飲用、75%乙醇溶液可消毒。酒精既可用作清漆、化妝品、油墨、脫漆劑的溶劑，還可用作農藥、橡膠、塑料、人造纖維、洗滌劑的制造原料。乙醇可部分替代乙烯用作化工原料，也可方便地轉化為乙烯，促進下游精細化工行業的發展。

另外，乙醇可作為汽油添加劑，即燃料乙醇使用。目前，全球66%的乙醇作為燃料乙醇，添加到汽油中。燃料乙醇是指未加變性劑、水分體積分數小于0.8%、可作燃料用的無水乙醇。為了嚴格控制燃料乙醇不流入食用酒精市場，乙醇中加入體積分數2%～5%的變性劑( 一般為無鉛汽油或無鉛的烴類)為變性燃料乙醇。變性燃料乙醇與汽油按一定比例混配后即可得到乙醇汽油。與甲醇相比，乙醇無毒、可降解，含氧量達到35%，可以和汽油按任意比例混合。