全球最大煤基乙醇项目“中国造”

  7月的榆林，骄阳似火。位于榆神工业园区的50万吨/年煤基乙醇项目现场，管廊纵横，塔基高耸，有工人忙着给管道包裹隔热材料，有人员顶着烈日指挥吊装设备运转。跟随工作人员爬上一座接近50米的“高塔”，记者汗流浃背，一路歇了好几次。

  “这叫羰基化反应装置，整个工程的核心之一。我们巡检人员每天都要仔细检查，爬上去是家常便饭了。”陕西延长石油榆神能源化工有限公司（以下简称“榆神能化”）总经理郭尊礼介绍，继6月30日建成中交后，项目将在9月打通全流程、正式投入生产。“距离目标越近，大伙儿越是丝毫不敢放松。”

  全球最大、完全自主——该项目标志着乙醇生产将迈入大规模工业化时代。除了制油制气，生产烯烃、乙二醇等产品，煤炭在我国多了一个清洁高效利用的新途径。

  乙醇即无水酒精，作为公众接受度最高的基础化学品，被大范围的应用于工业、医疗及日常生活中，长期以来主要是通过粮食发酵制取。既然已有成熟工艺，为何又要研究新路线？

  中国工程院院士、中科院大连化物所所长刘中民和记者说，传统靠谷物、蔗糖、薯类发酵制乙醇，存在与人争粮、与人争地风险，以粮食为原料的路线并不适合在我国大范围推广。“比如，乙醇是世界公认的清洁环保燃料、油品质量改良剂。早在2017年，国家便提出普及乙醇汽油，至今未能大面积使用，主要就是产量受限。按照2021年全国汽油表观消费量1.4亿吨，乙醇添加比例10%计算，需要燃料乙醇1400万吨，当年实际产量仅有约300万吨。”

  缺口只能以“非粮”路线填补。但据记者了解，利用秸秆等生物质资源制乙醇，尚处于研发阶段；乙烯水合法成本比较高，还会增加石油对外依存度。基于我国以煤为主的能源结构，煤基路线被寄予厚望。

  固体燃料如何变成透明液体？简单说，煤先经气化制合成气，然后转化为甲醇，再通过脱水、羰基化、加氢等步骤合成乙醇。“合成气直接制乙醇前期不是没人研究，但反应过程需要贵金属催化剂，成本高、产物选择性低，设备易腐蚀，煤基乙醇一直是世界级难题。”刘中民称，新路线使用分子筛催化剂和铜基催化剂，突破贵金属催化剂的制约。“已有路线的产物基本是乙醇和水的混合物，两者分离困难，能耗高。而新反应体系的关键步骤不产生水，分离后直接得到无水乙醇，环境友好且成本低。”

  榆神能化总工程师高有智算了一笔账：年产乙醇50万吨，即每年转化低阶煤150万吨。“按照3吨粮食生产1吨乙醇测算，一年相当于节约原料粮150万吨，这是榆林市粮食全年产量的65%。”

  一项新技术想从“幕后”走到“台前”，面临着工业化过程中的重重挑战，该过程一般不少于10年。“从2010年展开基础研究，到2017年实现工业示范，我们用了6年多时间。”项目核心成员、大连化物所研究员朱文良称，完成实验室中试后，设计和建设了一个年产10万吨的煤基乙醇工业示范项目。

  “中试试验相当于在实验室模拟工业化全流程，但真正进入实践阶段，不只是放大这么简单。”朱文良举例，从小试到中试，催化剂装填量由1克增至100克，再到10万吨乙醇装置单个反应器需30吨催化剂，足足放大30万倍。从实验室到工业化，催化剂的形状、规模及反应条件等均发生明显的变化。没有成熟经验可参考，研究组决定自己做，5位科研人员带着15位工人一干就是4个多月。“2017年1月11日，具有我国自主知识产权技术的全球首套工业示范项目打通全流程。一次投产成功，无水乙醇产品纯度达到99.71%，我国率先拥有了设计和建设百万吨级大型煤基乙醇工厂的能力。”

  在10万吨项目的基础上，正在开发的50万吨煤基乙醇项目已是当前全球规模最大。“若使用国外成熟设备，过程或许容易，但始终受制于人。”郭尊礼表示，除了具有完全自主知识产权技术，整套装置也要国产化。“比如气化装置是乙醇项目的工艺龙头，采用国际领先的航天炉粉煤加压气化技术。在1380摄氏度高温下，煤炭经过气化，成为后系统所需的粗煤气，碳转化率高达99%。”

  站在羰基化装置顶上俯瞰全厂，整洁的道路旁绿树郁郁葱葱。“工业废气回收后脱硫、脱硝处理，达到超低排放标准；建成污水零排放系统，特别是难处理的含盐污水，通过蒸发、结晶、分盐实现环保处置。”高有智称，“用煤不见煤、用水不排水”成为现实。

  对此，中科院大连化物所和榆神能化做了反复测算分析：按照粮食发酵法，即使不考虑原料涨价因素，生产所带来的成本也在5000元/吨左右。实现大型化的煤基乙醇工作，成本约为3500元/吨。“乙醇便于运输储存，能够方便灵活地生产高纯乙烯，进一步向下游生产精细化工品。该路线的中间产物乙酸甲酯也是大宗化学品，可以按市场需求及时作出调整产品结构。利用该技术，还能将大量过剩的甲醇厂改造成乙醇工厂，调整产业体系、释放产能。”朱文良称。

  来自市场的认可是最好证明。记者通过调查了解到，全国范围内目前已签订10套技术许可合同，乙醇产能累计达到295万吨/年。除了榆林，拟建项目分布在安徽、新疆、河南、山东等地。据保守预估，“十四五”期间，乙醇技术的许可合同累计产能可达到400万吨/年，对应产值达250亿元。

  在多位业内人士看来，其更是开辟了第四条煤基化学品生产路线。以煤为原料，继当前生产烯烃、芳烃及乙二醇等主产品之外，一个年产值超百亿元的新型细分产业正在形成。“出于自身特性，煤炭最适合用来生产含氧化合物，乙醇恰恰属于这类理想产品。这样也是发挥煤炭自身所长，与石油化学工业形成互补，共同保障供应链安全。”刘中民表示，在煤基乙醇生产的全部过程中，二甲醚、乙酸甲酯等中间产品，均能够准确的通过需要直接投放市场，也能更加进一步加工利用，反应生成其他精细化学品。技术链、产业链不断丰富，符合煤化工产业走向高端化、多元化、低碳化的发展要求。“保障国家粮食安全、能源安全，带动煤炭清洁高效利用，可以说煤基乙醇起到一举三得的作用。”

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