用煤“燒”酒

蘇更林

早在先秦時期，我國就出現了人工釀酒。“若作酒醴，爾惟曲蘗。”如果要釀造酒和醴，就必須有曲和蘗。人們一般把發霉的谷物叫作曲，把發芽的谷物叫作蘗。由于用曲釀出的酒要比用蘗釀出的醴酒度數高，后來就形成了“用曲釀酒”的傳統。從本質上說，曲是一種多菌多酶的生物制品，利用曲發酵制酒包含了糖化和酒化兩個過程，這也是我國傳統釀酒工藝的一大特色。

我們知道，酒的主要成分是乙醇（俗稱酒精）。雖然人類飲酒的歷史十分悠久，對酒精的認識卻經歷了一個漫長的過程。1784年，法國著名科學家拉瓦錫通過酒精燃燒實驗，首先確定了酒精的化學元素組成—碳、氫、氧，由此打開了酒精的化學大門。1807年，瑞士化學家索緒爾完成了乙醇的元素組成分析，確定了乙醇的化學式。1858年，英國化學家庫珀提出了乙醇最初的結構式。1892年，在日內瓦國際化學命名法會議上，乙醇被正式確定為酒精的化學名稱。

汽車也“嗜酒”

乙醇的沸點較低，為78.5℃，易燃燒，具有作為動力燃料的潛質，所以很早就作為照明燃料而被廣泛應用。伴隨著機動運輸車的發展，乙醇的應用范圍逐步擴大。1896年，福特汽車公司率先將乙醇應用于汽車燃料。約從20世紀30年代起，我國開始將乙醇作為汽車燃料，當然，它并不是現在廣泛使用的乙醇汽油。

乙醇汽油是普通汽油和 燃料乙醇按照一定比例混配而成的，它可以完全替代汽油作為點燃式內燃機汽車的燃料。按照中國國家標準，乙醇汽油由90%的普通汽油和10%的燃料乙醇調和而成。作為一種清潔燃料，乙醇汽油的環保性令人稱道，它是可再生能源的發展重點，符合中國能源替代戰略和可再生能源發展方向，具有較好的經濟效益和社會效益。

生物基燃料乙醇

現階段，我國燃料乙醇消費的主要來源仍是生物基燃料乙醇。所謂生物基燃料乙醇，就是用含淀粉（玉米、小麥、薯類等）、纖維素（秸稈、林木等）或糖質（甘蔗、糖蜜等）等的原料經發酵蒸餾而制成的燃料乙醇。第一代燃料乙醇以陳化糧（如玉米、小麥等）為原料，或者以非糧作物（如木薯、甜高粱等）為原料，通過生物酶的發酵作用把淀粉質轉化為乙醇。第二代燃料乙醇以廢棄的玉米秸稈、干草、樹葉和其他類型的植物纖維材料為原料，通過生物發酵的方式制取乙醇。第三代燃料乙醇以微藻中含有的淀粉、纖維素、半纖維素等碳水化合物為原料來制取乙醇。

目前，第三代微藻乙醇尚處于研發階段，第二代纖維素乙醇的產能建設尚不足；而以玉米等糧作物和木薯等非糧作物為原料的第一代燃料乙醇的制取技術已十分成熟，其產能在我國生物基燃料乙醇中居于主導地位。

以煤代糧—燃料乙醇制取新突破

目前，我國乙醇汽油中燃料乙醇的添加標準為10%，如果所有汽油都添加燃料乙醇，那么對燃料乙醇的需求量將會是一個龐大的數字。

在我國玉米消費占比中，飼用用糧約占60%，深加工用糧約占30%，其余為口糧及其加工食品。如果擴大以玉米為原料生產加工燃料乙醇的規模，勢必會擠壓口糧和飼用用糧的空間，最終受影響的是人們的“米袋子”和“菜籃子”。對此，我國明確提出嚴格控制以玉米為原料的燃料乙醇加工規模。這一政策也體現了國家促進玉米產銷平衡、保障國家糧食安全的發展導向。發展燃料乙醇，不能與人爭糧，不能與糧爭地。

能源是人類社會的命脈，也是極其珍貴的戰略資源。對于中國這樣一個“富煤少油”的國家，發展燃料乙醇產業，除了在纖維素資源制取乙醇方面尋求突破外，在煤基乙醇領域推進工業化步伐無疑具有更為重要的意義。

然而，用煤制酒談何容易！傳統的煤基乙醇技術主要有合成氣微生物發酵制乙醇、合成氣一步法制乙醇、醋酸直接加氫法制乙醇以及醋酸酯化加氫法制乙醇四種。不過，這四種技術或多或少都存在提純過程能耗高、難以連續生產、分離較困難、建設投資大等缺點。有沒有更先進的用煤制酒技術呢？

用煤制酒的“黑科技”

坐落在陜西省榆林市榆神工業區的年產50萬噸煤基乙醇工業化項目，采用了全新的環境友好型工藝技術路線。該工藝以煤基合成氣（主要成分為一氧化碳和氫氣）為原料，經過合成甲醇、二甲醚羰基化以及加氫等步驟來制取無水乙醇及其他化工產品。其工藝路線為：合成氣—甲醇—二甲醚—乙酸甲酯—乙醇。該工藝由中國科學院大連化學物理研究所和陜西延長石油（集團）有限責任公司聯合研發。

與傳統的無水乙醇生產工藝相比，該煤基乙醇工藝分離能耗很低。這是因為該工藝過程基本是在無水條件下進行反應的，分離所得產品即為無水乙醇，產品純度可達99.71%，大大降低了產品的分離能耗。

為什么煤基乙醇如此看重水分含量？原來，我國的無水乙醇標準對水分含量有著嚴格的要求：合格品的水分含量要小于0.50%，一級品的水分含量要小于0.10%，優級品的水分含量要小于0.05%。無論是變性燃料乙醇（添加變性劑后，不能食用、僅供混配汽油的專用乙醇）還是車用乙醇汽油，都對水分含量有著嚴格的要求。

據悉，乙醇汽油中即便是存在少量水分，也很容易發生分層現象，從而影響乙醇汽油的正常燃燒。比如，當乙醇的含水量大于0.75%時，水分子就會與乙醇分子形成復雜的締合體，導致汽油和乙醇的分層；當乙醇的含水量大于1.25%時，這種分層現象就會更明顯。

該煤基乙醇工藝突破了傳統貴金屬催化劑的限制，采用了常規的分子篩催化劑和銅基催化劑。使用不同的催化劑會有完全不同的反應，生成的產物自然也就不同。為了擺脫貴金屬催化劑的束縛，研發人員經過了多年的艱苦探索，終于篩選出了具有工業應用價值的非貴金屬分子篩催化劑。這為煤基乙醇的大規模應用奠定了基礎。

另外，從抗腐蝕的角度來講，該工藝由于無需添加碘甲烷等鹵化物助劑，因此可不使用抗腐蝕特殊材料（如鋯材或哈氏合金），這樣能有效減少設備投資。從產品結構來看，由于中間產物—乙酸甲酯也具有諸多應用場合，因此可以根據市場需求及時調整產品結構。

清潔燃燒 改善生態

我們知道，散煤燃燒是導致霧霾的重要因素之一。散煤指的是電力和工業集中燃煤以外的散燒煤，包括小鍋爐、小窯爐燃煤以及居民生活和服務業分散使用的燃煤等。散煤通常是灰分及硫分含量高的劣質煤，燃燒粗放、低效，缺乏脫硫、脫硝等除塵處理，點多、面廣，污染嚴重。為此，人們花了大力氣來治理散煤燃燒，清潔取暖就是在這樣的背景下提出來的。

當然，治理煤炭污染不能一拒了之，還應在清潔利用上做足文章。推動煤炭從燃料向燃料和原料并重轉變，一直是煤化工的重要任務。實際上，我國在煤化工領域已經取得了許多重要成果，如煤制烯烴、煤制油、煤制天然氣以及煤制乙二醇等。

上述煤基乙醇工藝，無疑是我國煤炭清潔利用的又一重要成果。煤基乙醇工業化項目投產后，每年可節約生物乙醇原料糧約150萬噸，是節約糧食資源的一劑良方。同時，該項目每年可轉化低階煤約150萬噸，這對于加快我國現代煤化工基地建設，形成多種資源循環利用新模式，推動煤炭產業清潔、低碳、安全、高效發展具有重要的意義。

燃料乙醇具有自供氧性，這是其作為乙醇汽油增氧劑的基礎。乙醇汽油由于添加了10%的變性燃料乙醇，所以含氧量增加了3.5%。含氧量提高了，燃燒就會更充分，一氧化碳、碳氧化物、氮氧化物等污染物排放自然也就降低了。有報告稱，使用含10%變性燃料乙醇的乙醇汽油作為車用燃料，汽車尾氣中的一氧化碳和碳氧化物可以分別減少30%和15%；燃料乙醇還有效降低了原汽油添加劑—甲基叔丁基醚對地下水資源的污染（2017年，甲基叔丁基醚被世界衛生組織國際癌癥研究機構列入致癌物清單中）。盡管燃料乙醇的熱值較汽油低，但鑒于其對發動機熱效率和動力性的改善，故其油耗水平與汽油基本持平或僅略有降低。

陜西煤基乙醇工業化項目的投產，標志著我國煤制乙醇工藝已居于國際領先地位。煤制乙醇的大規模生產，一方面可以節約糧食，另一方面又能清潔煤炭，這對于保障國家糧食安全和能源安全以及改善生態環境都具有重要的意義。

【責任編輯】諶 燕