化“煤”為“酒”，這奇跡如何釀成？

佘惠敏

2017年3月，科學界有一個大新聞引發了人們的關注——采用我國自主知識產權的全球首套煤基乙醇工業化項目投產成功。這是陜西延長集團10萬噸/年合成氣制乙醇工業示范項目，由中科院大連化學物理研究所（下簡稱“大連化物所”）和陜西延長石油集團共同研發，于2017年1月11日打通全流程，生產出了合格的無水乙醇。如今，裝置已經平穩運行了幾個月了。

乙醇俗稱酒精，煤基乙醇就是以煤為原料制備無水酒精，這個化“煤”為“酒”的奇跡是如何釀成的？又具有哪些重大意義呢？

煤基乙醇有啥意義？汽車減排、能源安全、糧食安全！

“這個示范項目的成功投產，在世界范圍內首開先河，占據了技術制高點，奠定了我國煤制乙醇技術及工業化的國際領先地位。”中科院院長白春禮院士說，這一新技術的應用，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。那乙醇與石油和糧食有啥關系？

“全世界66%的乙醇都被用作燃料乙醇，燃料乙醇可以兌入汽油做乙醇汽油。與其他汽油添加劑相比，乙醇是世界公認的綠色環保的優良汽油添加劑，可以將車輛污染物綜合排放量降低1/3 以上！”中科院大連化物所劉中民院士介紹說，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，減少污染物排放。

此外，乙醇可以替代或部分替代汽油作發動機燃料，減少原油消耗，從而減輕對石油的依賴，有利于國家的能源安全。

那要怎么制備乙醇呢？乙醇俗稱酒精，而酒一般用糧食釀造。

美國和巴西于20世紀80年代開始大力發展燃料乙醇，為其國家能源獨立做出了重要貢獻。為了解決陳化糧問題，我國也探索發展了燃料乙醇及乙醇汽油。

鑒于我國以全球7%的耕地養活全球20%的人口的現狀，以糧食為原料制備燃料乙醇并不適合在我國大范圍推廣。為避免出現“與人爭糧”的局面，威脅糧食安全，2006年國家收回糧食制燃料乙醇項目審批權。經過多年試點后，目前只有部分省份（11個）推廣使用乙醇汽油。

煤基乙醇“牛”在哪？破解煤基乙醇工業化的世界難題

用煤做乙醇，雖然這思路順理成章，但做起來卻非常艱難。

利用化石資源生產乙醇一直是全世界努力的目標。而我國能源結構以煤炭為主，顯然應開發具有自主知識產權的煤基燃料乙醇成套技術。但煤經合成氣直接制乙醇是一項世界性的挑戰，它需要貴金屬催化劑，效率較低，還會造成設備腐蝕，過去一直停留在研究開發階段。“傳統制備路線中，催化劑要用到貴金屬銠，它比白金還貴幾倍，不利推廣，無法工業化。”劉中民說。

但是這個煤基乙醇不能工業化的難題，被中國人解決了。

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，是一條獨特的環境友好型新技術路線。

但這條技術路線并不好走。“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。”劉中民說，為了找出最合適的，有工業應用價值的技術路徑，僅二甲醚羰基化催化劑的研究，就歷經多年艱辛。

最終，具有高活性和高穩定性的分子篩羰基化催化劑被研制出來，為工業化奠定了堅實基礎。有了工業化應用前景的技術，轉化并不是難題。因為早在2010年，中科院大連化物所就與延長石油集團簽訂了全面戰略合作協議，雙方合作的重點就是技術開發和成果轉化。

2014年大連化物所與延長石油啟動了“10萬噸/年合成氣制乙醇工業示范”項目，2016年10月裝置建設中交，2016年12月開始裝置聯動試車，2017年1月11日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。

10萬噸工業示范裝置的投產和穩定運行證明了技術的先進性和可靠性。以此為基礎，可以建設百萬噸級大型工業化乙醇裝置。延長石油集團董事長賀久長就透露，“目前，延長石油已經完成了50萬噸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。”

煤基乙醇好處多多綠色環保、成本低、生產方便靈活

化“煤”為“酒”的技術值得驕傲，與傳統的乙醇合成技術相比，該成果好處多多：

首先是成本低且節能環保。該技術僅使用分子篩催化劑和銅基催化劑，無貴金屬。工藝過程中無乙酸產生，避免了抗腐蝕特殊材料的使用，減少了設備投資。反應體系無水，可直接分離得到無水乙醇產品，節能環保。羰基化過程中只需富一氧化碳氣體即可，加氫過程中只需富氫氣體即可，由于反應過程中不需高純度氣體，這降低了氣體分離能耗，節約了生產成本。

其次，該技術的反應器、工藝條件與合成氣制甲醇工藝基本一致，可用以改造現有甲醇廠為乙醇廠。劉中民介紹：“目前，國內甲醇工廠的開工率只有58%，該技術可將現有大量過剩的甲醇廠改造成乙醇工廠，調整產業結構，釋放產能。”

此外，該技術的經濟性也非常好。產品乙醇成本低于其他現有技術，有市場競爭力。中間產物乙酸甲酯也是大宗化學品，可以按市場的需求及時調整產品結構。乙醇便于運輸和儲存，簡單脫水后即可得到高純乙烯，是基礎的化工原料，可促進下游精細化工行業發展。

另外，從原理上講，天然氣和煤一樣，均可以通過合成氣，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的國家實施。

“3月8日，我們10萬噸示范裝置的首批乙醇產品已經外銷出廠。”延長石油集團興化公司副總經理、總工程師張歲利告訴記者，該項目的成功為今后大規模工業化裝置的建設、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，奠定了我國煤制乙醇工業化的國際領先地位。