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全球首发,中国搞定煤制“酒精”工业化!

2017年03月17日 14:18   来源:中国经济网   佘惠敏

  中国经济网北京3月17日讯 (记者 佘惠敏) 中科院今天发布消息,采用中科院大连化学物理研究所和陕西延长石油集团共同研发的、具有自主知识产权技术的全球首套煤基乙醇工业化项目——陕西延长集团10万吨/年合成气制乙醇工业示范项目于1月11日打通全流程,生产出合格的无水乙醇,装置已平稳运行两个月,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。这是我国新型煤化工产业化技术应用的又一次重大突破,对保障我国能源安全和粮食安全、煤炭清洁化利用以及缓解大气污染等具有重要的战略意义。 

  

  10万吨/年合成气制乙醇工业示范项目照片

   煤制乙醇有啥意义?

  汽车减排、能源安全、粮食安全!

  乙醇是世界公认的绿色环保的优良汽油添加剂,可有效改善汽油品质,大幅减少车辆污染物排放。全球66%乙醇作为燃料乙醇添加到汽油中。按照中国国家标准,国内乙醇汽油E10是用90%的普通汽油与10%的燃料乙醇调和而成。由于添加了10%乙醇,增加了汽油的含氧量,汽油燃烧更加充分,一氧化碳、碳氢化合物、颗粒物、氮氧化合物及苯系有害物等大气污染物的排放大幅降低,综合排放量降低1/3 以上,为世界各国所公认和推广。

  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,提高国家能源安全。美国和巴西于上世纪80年代开始大力发展燃料乙醇,为其国家能源独立做出了重要贡献。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%)。这严重影响到我们国家的能源安全。2016年,中国汽油表观消费量11983万吨,按国内E10乙醇汽油标准,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。

  为了解决陈化粮问题,我国探索发展了燃料乙醇及乙醇汽油。担心出现“与人争粮”的局面,威胁粮食安全,我国以粮为基础的燃料乙醇并没有放开发展。2006年国家收回燃料乙醇项目审批权。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。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。亟需发展非粮路线的燃料乙醇。

  

  发布会现场照片,图中发言者为中科院副院长张涛院士

  煤制乙醇“牛”在哪?

  破解化石产乙醇工业化的世界难题

  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。基于我国以煤炭为主的能源结构,亟需开发具有自主知识产权的煤基燃料乙醇成套技术。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。

  但是这个化石资源生产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。

  该技术路线的核心为二甲醚在分子筛催化剂上的羰基化反应。此反应近年来在科学界和工业界才受到较多关注,虽然打破了以金属为催化剂的传统羰基化反应理念,但催化剂低活和稳定性较低,成为工业应用的瓶颈。针对此问题,大连化物所通过大量的创新性研究和攻关,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,在二甲醚羰基化研究方面取得重大突破,为其进一步工业化奠定了坚实基础。

  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,2013年完成了项目中试研究工作。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月装置建设中交,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。工业示范装置投产和稳定运行证明了技术的先进性和可靠性。以示范项目为基础,可为百万吨级大型工业化乙醇装置设计提供设计依据及建设和运行经验。目前,延长石油集团已经完成了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。

  煤制乙醇好处多多

  绿色环保、成本低、生产方便灵活

  与传统的乙醇合成技术相比,该成果具有以下技术特征:①反应体系无水,可直接分离得到无水乙醇产品。②使用分子筛催化剂和铜基催化剂,无贵金属。③工艺中无需添加碘甲烷等卤化物助剂,也无乙酸产生,避免了抗腐蚀特殊材料锆材或哈氏合金的使用,减少了设备投资。④羰基化过程中无需高纯一氧化碳,只需富一氧化碳气体即可;加氢过程中无需高纯氢气,只需富氢气体即可,降低了气体分离能耗,节约了生产成本。⑤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,为消化甲醇过剩产能提供了新的技术路线,有利于产业结构的调整。⑥产品乙醇成本低于其他现有技术,经济性好。⑦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。

  专家表示,这些技术特征使得该项目具备显著的社会效益:

  1.该项目使以煤为原料制取乙醇成为现实,这也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。

  2.该技术可以用于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。目前,国内甲醇工厂的开工率只有58%,而此项乙醇技术在工艺上和甲醇合成具有一定的共性,可以把甲醇厂改造为乙醇厂。

  3.乙醇便于运输和储存,可以部分替代乙烯生产下游化工品,也可以方便灵活地生产与提供乙烯,促进下游精细化工行业发展。乙烯作为基础的化工原料,小批量难于得到,限制了精细化工业的发展。而乙醇简单脱水后即可得到高纯乙烯,方便灵活。

  4.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。

  该项目的成功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,对于缓解我国石油供应不足,石油化工原料替代,油品清洁化及煤炭清洁高效利用等大有裨益,对保障我国能源安全和粮食安全及缓解大气污染具有重要的战略意义。

(责任编辑:李婧)