全球規模最大乙醇生產(chǎn)裝置啟動(dòng)試生產(chǎn)

60萬(wàn)噸/年乙醇生產(chǎn)裝置。受訪(fǎng)者供圖

12月28日，全球規模最大的60萬(wàn)噸/年乙醇生產(chǎn)裝置在淮北礦業(yè)集團下屬安徽碳鑫科技有限公司啟動(dòng)試生產(chǎn)，產(chǎn)出合格無(wú)水乙醇。

該項目采用了中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所(以下簡(jiǎn)稱(chēng)大連化物所)和陜西延長(cháng)集團共同開(kāi)發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權的合成氣制乙醇工藝技術(shù)，其主要原料甲醇來(lái)源于焦爐煤氣，將其進(jìn)一步轉化為乙醇，不僅大幅度提高了附加值，還為鋼鐵與石化行業(yè)低碳化融合發(fā)展提供了可行途徑。

乙醇兼有大宗化學(xué)品和基礎能源產(chǎn)品的雙重屬性，非糧乙醇的大規模生產(chǎn)，對于保障我國糧食安全、能源安全和化工產(chǎn)業(yè)鏈供應鏈安全均具有重要意義。

制乙醇，難點(diǎn)在哪兒?

乙醇，俗稱(chēng)“酒精”，既是重要的基礎化學(xué)品，又與人們的生活息息相關(guān)。糧食酒精可以勾兌白酒飲用、75%的酒精溶液可用于醫用消毒。在工業(yè)應用中，酒精既可用作清漆、化妝品、油墨、脫漆劑的溶劑，又可用作農藥、橡膠、塑料、人造纖維、洗滌劑等的制造原料。

乙醇的最大用處是作為汽油添加劑——燃料乙醇使用，是世界上公認的環(huán)保清潔燃料。它可以有效改善汽油品質(zhì)，無(wú)毒、可降解，含氧量達35%，是環(huán)保的油品質(zhì)量改良劑，可以和汽油任意比例混合。此外，乙醇可以轉化為乙烯，部分替代乙烯用作化工原料，促進(jìn)下游精細化工行業(yè)的發(fā)展。

美國和巴西于上世紀80年代開(kāi)始大力發(fā)展燃料乙醇，主要利用糧食或甘蔗等作物原料生產(chǎn)，為其國家能源獨立作出了重要貢獻。而中國自1993年成為石油凈進(jìn)口國之后，石油對外依存度逐年提高。

“我國乙醇市場(chǎng)需求大、產(chǎn)能?chē)乐夭蛔悖?022年，我國以陳糧發(fā)酵路線(xiàn)生產(chǎn)的燃料乙醇約270萬(wàn)噸，缺口達1000萬(wàn)噸。”中國工程院院士、大連化物所研究員劉中民介紹說(shuō)。

由于乙醇生產(chǎn)涉及與人爭糧問(wèn)題，威脅國家糧食安全，因此開(kāi)辟非糧乙醇生產(chǎn)路線(xiàn)對我國具有重要戰略意義。“采用非糧乙醇生產(chǎn)路線(xiàn)是中國燃料乙醇發(fā)展的必然選擇。”劉中民說(shuō)。

產(chǎn)業(yè)化，為何要做?

自2010年起，劉中民團隊在非糧乙醇生產(chǎn)賽道上持續攻堅，提出了以合成氣為原料、經(jīng)二甲醚羰基化和乙酸甲酯加氫直接合成無(wú)水乙醇的技術(shù)路線(xiàn)。技術(shù)采用非貴金屬催化劑，反應條件溫和，易于工程放大，可以實(shí)現煤、天然氣或鋼廠(chǎng)煤氣大規模制取乙醇，是一條獨特的環(huán)境友好型的新技術(shù)路線(xiàn)。他們進(jìn)一步與陜西延長(cháng)集團合作，開(kāi)發(fā)出DMTE工藝技術(shù)，其核心是二甲醚在分子篩催化劑上的羰基化反應。

“厘清分子篩催化劑對反應網(wǎng)絡(luò )的控制原理具有復雜性與挑戰性，同時(shí)還要精準合成羰基化分子篩催化劑，設計并優(yōu)化二甲醚羰基化反應器，難度很大。”團隊成員、大連化物所研究員朱文良說(shuō)。

經(jīng)過(guò)團隊十余載的協(xié)力攻堅，最終該技術(shù)打破了以金屬為催化劑的傳統羰基化反應理念。然而，盡管分子篩催化二甲醚反應作為一個(gè)新反應在科學(xué)界和工業(yè)界受到較多關(guān)注，但催化劑的低活性和低穩定性成為工業(yè)應用的瓶頸。

針對此問(wèn)題，劉中民團隊通過(guò)大量的創(chuàng )新性研究和攻關(guān)，于2013年成功開(kāi)發(fā)出具有高活性和高穩定性的分子篩羰基化催化劑，在二甲醚羰基化研究方面取得重大突破，為其進(jìn)一步工業(yè)化奠定了堅實(shí)基礎。

從實(shí)驗室到工廠(chǎng)，團隊用了6年時(shí)間。2017年，團隊聯(lián)合陜西延長(cháng)集團完成了全球首個(gè)10萬(wàn)噸/年甲醇經(jīng)二甲醚羰基化制乙醇工業(yè)示范項目，表明我國率先擁有設計和建設百萬(wàn)噸級大型乙醇工廠(chǎng)的能力。隨后，團隊繼續創(chuàng )新，不斷進(jìn)行技術(shù)迭代，升級催化劑并優(yōu)化反應工藝，進(jìn)一步提高了技術(shù)指標，為大規模工業(yè)化奠定了堅實(shí)基礎。

截至目前，DMTE工藝技術(shù)已簽訂13套工業(yè)裝置技術(shù)實(shí)施許可合同。

試生產(chǎn)，未來(lái)目標是什么?

此次60萬(wàn)噸/年乙醇生產(chǎn)裝置試生產(chǎn)的啟動(dòng)，驗證了DMTE工藝技術(shù)的先進(jìn)性、可靠性，將有力推動(dòng)DMTE工藝技術(shù)大規模應用。

隨著(zhù)多個(gè)裝置的陸續投產(chǎn)，一個(gè)新興的乙醇戰略產(chǎn)業(yè)正在快速興起。

DMTE工藝技術(shù)已經(jīng)簽訂技術(shù)許可合同的累計產(chǎn)能達395萬(wàn)噸，完全投產(chǎn)后，可節約糧食約1200萬(wàn)噸，有效解決“與人爭糧、與糧爭地”問(wèn)題，同時(shí)可解決國內燃料乙醇短缺問(wèn)題，有效保障國家糧食安全和能源安全。

同時(shí)，該技術(shù)實(shí)現了由鋼廠(chǎng)尾氣到清潔燃料乙醇的大規模生產(chǎn)，降低鋼廠(chǎng)、煉焦廠(chǎng)污染廢氣排放，促進(jìn)了鋼鐵、能源、環(huán)境等行業(yè)的低碳化融合發(fā)展。

“2022年，全國粗鋼產(chǎn)量超過(guò)10億噸，如果大量的鋼廠(chǎng)尾氣利用該技術(shù)生成乙醇，將會(huì )實(shí)現清潔燃料乙醇的大規模生產(chǎn)，滿(mǎn)足社會(huì )對燃料乙醇的需求，在保證經(jīng)濟效益的前提下，帶動(dòng)一個(gè)新產(chǎn)業(yè)。”劉中民告訴《中國科學(xué)報》。

“未來(lái)我們將重點(diǎn)關(guān)注煤化工、石油化工等融合發(fā)展方向，同時(shí)我們也希望能夠將整套裝置出口，而不單單是出口技術(shù)。”劉中民說(shuō)。