煤基燃料乙醇迎來春天

文 | 本刊記者 王高峰

乙醇，是一種國際公認的清潔燃料，也是一種優秀的油品質量改良劑。由于乙醇分子中含氧量較高，有助于汽油燃燒更加充分，因此，對于改善空氣質量和減少污染物排放能起到較好的作用。

正是由于乙醇的上述特性，燃料乙醇在很多國家被廣泛使用，尤其是在美國、巴西等農業大國，燃料乙醇更是占到汽油消費的相當份額。

基于燃料乙醇的清潔、低碳等優勢，我國對燃料乙醇的發展也非常重視。2017年9月，國家發展改革委、國家能源局、財政部等十五部委下發了《關于擴大生物燃料乙醇生產和推廣使用車用乙醇汽油的實施方案》。方案提出，到2020年，要在全國范圍內推廣使用車用乙醇汽油。

然而，燃料乙醇的推廣并沒有達到規劃的預期。除黑龍江、河南等部分省市進行封閉推廣之外，目前燃料乙醇并未能在全國鋪開。數據顯示，2020年，我國燃料乙醇的產量僅為350萬噸，與美國4500萬噸的產量有著巨大的差距。

燃料乙醇推廣的最大障礙在于其價格的居高不下。當前我國所生產的燃料乙醇，幾乎全部來自于生物發酵法，即多數來自陳糧、木薯等植物發酵生產而成。目前，由于糧食價格持續高位，因此不斷抬高乙醇的生產成本。以當前玉米價格2600元/噸計算，生產一噸乙醇需要三噸玉米，那么一噸生物乙醇的成本就高達7800元，這一價格高于汽油的市場價格近1000元/噸。

而生物乙醇短期內還看不到價格回落的可能。面對國內超過1000萬噸的燃料乙醇缺口，以煤炭、鋼鐵行業尾氣等為原料合成法制乙醇的技術路線，讓國內燃料乙醇重新燃起了希望。2017年，中科院大連化物所研發的煤基乙醇路線在陜西興化集團落地，這個年產量10萬噸的全球首套煤基乙醇工業示范裝置的投運成功，為我國大范圍推廣環保乙醇汽油提供了可能。

工藝新突破

陜西省西安市向西50公里處，是陜西興化集團所在地。這是一家老牌的國有企業，建廠于1965年，近年來由于產業結構轉型升級等問題，公司經營一度陷入虧損狀態。2017年，采用中國科學院大連化學物理研究所與陜西延長石油集團聯合開發的以合成氣、甲醇為原料制備無水乙醇（DMTE技術）的工藝技術，由北京石油化工工程公司（下稱“北油工程”）負責完成從實驗室小試到工業化裝置的工程化實現，在全球范圍內首次建成了10萬噸/年新型煤基無水乙醇裝置，裝置投產后，興化集團迎來了重要轉折，不僅業績一舉扭虧為盈，而且成為省市扭虧的標桿企業。據興化集團副總經理、總工程師張歲利介紹，受益于乙醇項目，2021年第一季度，公司實現利潤幾千萬元，是公司近年來同期最好的業績。

DMTE技術是由甲醇生產二甲醚，二甲醚與一氧化碳經羰基化反應生成醋酸甲酯，再經加氫生產無水乙醇。該過程無醋酸產生，對設備材質要求較低，裝置投資低，同時不需要貴金屬催化劑，運營成本低，具有較強的經濟競爭力，被國內多家企業看好。2017年1月，延長中科（大連）能源科技股份公司（下稱“延長中科”）成立，致力于DMTE技術推廣，“北油工程”開展工程設計和EPC服務，據“北油工程”總經理田偉介紹，北油工程一直致力于煤基乙醇的工程化實現，已經先后承接了6個DMTE生產乙醇的項目，年產能接近200萬噸，完成項目咨詢的乙醇總產能更是高達1200萬噸。

而在距離興化集團600公里外的陜西省榆林市，一個占地面積2700多畝，規模5倍于興化項目的榆神能化公司的年產50萬噸煤基乙醇項目正在緊張的施工當中，計劃于2022年建成投產，年利潤將超過10億元人民幣。

據介紹，DMTE工藝技術主要有三個應用領域，一是以煤炭為原料，通過氣化、變換、凈化制備合成氣，一部分制甲醇，一部分分離出氫氣和一氧化碳，三者為原料生產乙醇；二是利用鋼鐵行業的焦爐氣、轉爐氣和高爐氣為原料，通過提取一氧化碳和氫氣制取乙醇；第三種是現有的甲醇裝置和二甲醚裝置通過改造后轉產乙醇。

“原則上只要有一氧化碳和氫氣都可以通過此新工藝生產乙醇，把工業尾氣中的有效組分分離出來，用于制備乙醇，對于減少二氧化碳排放，實現碳中和具有重要的現實意義”，北油工程總助劉漢英表示。

事實上，乙醇傳統合成法技術存在成本高、環境污染等問題，技術推廣受到限制。“采用DMTE技術生產乙醇，幾乎沒有廢水排放，因此是一種綠色環保的工藝”，榆神能化公司總經理郭尊禮稱。

據介紹，煤基乙醇的生產成本約3000-4000元/噸，大大低于生物發酵法制乙醇，具備較強市場競爭力的同時，還有效解決了生物乙醇與糧爭地的問題。新冠疫情下，從去年起很多國家的糧食生產一度受到較大影響，全球范圍內甚至掀起了一輪糧食危機的大討論。

甲醇裝置改造后轉產乙醇，可以有效改善甲醇產業嚴重過剩的難題。過去幾年，隨著我國甲醇項目不斷上馬，甲醇產業出現嚴重過剩，價格也因此一落千丈。數據顯示，當前我國甲醇價格約為1800元/噸，多數甲醇企業處于微利或虧損狀態。

“中小甲醇裝置轉產乙醇，可以短期內實現企業效益的大幅提升”，延長中科總經理王輝表示，采用DMTE技術，一個75萬噸的甲醇項目，通過技術改造可以實現年產50萬噸乙醇，按照當前7500元/噸的乙醇價格，改造前年產值約15億人民幣，改造后年產值約35億人民幣，經濟效益顯著提升。

乙醇產品不僅有較好的經濟價值，還具備較高的環保價值。權威機構的測試結果表明：采用DMTE技術生產的無水乙醇用于調和E-10汽油，各項指標達到GB18351-2017乙醇汽油標準；其中E10（ 95# ）在3000r/min條件道路試驗，與市售95#汽油相比：HC、CO排放下降17%，NOX排放濃度下降6%，PM2.5排放濃度下降51%，超細顆粒物排放濃度下降了13%，這對于污染嚴重的城市交通而言無疑將大有裨益。

標準待突破

具有經濟和環保雙重效益的煤基乙醇技術，毫無疑問未來發展空間巨大，但還需要政策呵護。

當前，我國所執行的燃料乙醇標準為2001年制定的《車用乙醇汽油（E10）》，自2002年起，國內已經分階段、分地區逐步推廣使用E10乙醇汽油，目前在11個省或局部城市銷售使用，乙醇汽油年消費量占同期汽油消費總量不到1/4。近年來，由于受糧價等制約因素的影響，E10乙醇汽油的推廣工作趨于緩慢。

2020年，由于玉米價格的不斷上漲，生物乙醇生產商多數處于虧損狀態，因此乙醇的供應在部分地區出現了供應緊缺，一些封閉運行的省份甚至出現了斷供現象。

2020年我國汽油消費量約1.4億噸，若按照汽油10%的比例加入乙醇，我國燃料乙醇每年至少存在1000萬噸的市場缺口，而煤基乙醇可以提供一部分補充。

興化集團2018年將其生產的乙醇與汽油混合后進行鑒定，結果顯示，煤基乙醇在品質上完全符合燃料乙醇的添加標準，甚至還優于E10的國家標準。

北油工程總工程師曹堅表示，受限于過去技術發展，只有糧食發酵法這一種工藝，因此也就出現了所謂的“生物乙醇”，作為燃料乙醇進行銷售。隨著煤基乙醇技術日臻成熟和產能的不斷釋放，修改相關政策就變得非常迫切。

興化集團副總經理、總工程師張歲利也表示，合成法生產出來的乙醇，應當盡早進入燃油行業。“這不僅可以減少汽車尾氣排放，還有助于增加我國的能源安全”。張歲利說。