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全球最大煤基乙醇項目“中國造”
發布日期: 2022/7/28 11:09:42

7月的榆林,驕陽似火。位于榆神工業園區的50萬噸/年煤基乙醇項目現場,管廊縱橫,塔基高聳,有工人忙著給管道包裹隔熱材料,有人員頂著烈日指揮吊裝設備運轉。跟隨工作人員爬上一座接近50米的“高塔”,記者汗流浹背,一路歇了好幾次。

“這叫羰基化反應裝置,整個工程的核心之一。我們巡檢人員每天都要仔細檢查,爬上去是家常便飯了。”陜西延長石油榆神能源化工有限公司(以下簡稱“榆神能化”)總經理郭尊禮介紹,繼6月30日建成中交后,項目將在9月打通全流程、正式投入生產。“距離目標越近,大伙兒越是絲毫不敢放松。”

全球最大、完全自主——該項目標志著乙醇生產將邁入大規模工業化時代。除了制油制氣,生產烯烴、乙二醇等產品,煤炭在我國多了一個清潔高效利用的新途徑。

破解“煤變酒精”的世界級難題

乙醇即無水酒精,作為公眾接受度最高的基礎化學品,被廣泛應用于工業、醫療及日常生活中,長期以來主要通過糧食發酵制取。既然已有成熟工藝,為何又要研究新路線?

中國工程院院士、中科院大連化物所所長劉中民告訴記者,傳統靠谷物、蔗糖、薯類發酵制乙醇,存在與人爭糧、與人爭地風險,以糧食為原料的路線并不適合在我國大范圍推廣。“比如,乙醇是世界公認的清潔環保燃料、油品質量改良劑。早在2017年,國家便提出普及乙醇汽油,至今未能大面積使用,主要就是產量受限。按照2021年全國汽油表觀消費量1.4億噸,乙醇添加比例10%計算,需要燃料乙醇1400萬噸,當年實際產量僅有約300萬噸。”

缺口只能以“非糧”路線填補。但據記者了解,利用秸稈等生物質資源制乙醇,尚處于研發階段;乙烯水合法成本較高,還會增加石油對外依存度?;谖覈悦簽橹鞯哪茉唇Y構,煤基路線被寄予厚望。

固體燃料如何變成透明液體?簡單說,煤先經氣化制合成氣,然后轉化為甲醇,再通過脫水、羰基化、加氫等步驟合成乙醇。“合成氣直接制乙醇前期不是沒人研究,但反應過程需要貴金屬催化劑,成本高、產物選擇性低,設備易腐蝕,煤基乙醇一直是世界級難題。”劉中民稱,新路線使用分子篩催化劑和銅基催化劑,突破貴金屬催化劑的制約。“已有路線的產物基本是乙醇和水的混合物,兩者分離困難,能耗高。而新反應體系的關鍵步驟不產生水,分離后直接得到無水乙醇,環境友好且成本低。”

榆神能化總工程師高有智算了一筆賬:年產乙醇50萬噸,即每年轉化低階煤150萬噸。“按照3噸糧食生產1噸乙醇測算,一年相當于節約原料糧150萬噸,這是榆林市糧食全年產量的65%。”

有能力建設百萬噸級煤基乙醇工廠

一項新技術想從“幕后”走到“臺前”,面臨著工業化過程中的重重挑戰,該過程一般不少于10年。“從2010年展開基礎研究,到2017年實現工業示范,我們用了6年多時間。”項目核心成員、大連化物所研究員朱文良稱,完成實驗室中試后,設計和建設了一個年產10萬噸的煤基乙醇工業示范項目。

“中試試驗相當于在實驗室模擬工業化全流程,但真正進入實踐階段,不只是放大這么簡單。”朱文良舉例,從小試到中試,催化劑裝填量由1克增至100克,再到10萬噸乙醇裝置單個反應器需30噸催化劑,足足放大30萬倍。從實驗室到工業化,催化劑的形狀、規模及反應條件等均發生變化。沒有成熟經驗可參考,研究組決定自己做,5位科研人員帶著15位工人一干就是4個多月。“2017年1月11日,具有我國自主知識產權技術的全球首套工業示范項目打通全流程。一次投產成功,無水乙醇產品純度達到99.71%,我國率先擁有了設計和建設百萬噸級大型煤基乙醇工廠的能力。”

在10萬噸項目的基礎上,正在開發的50萬噸煤基乙醇項目已是當前全球最大規模。“若使用國外成熟設備,過程或許容易,但始終受制于人。”郭尊禮表示,除了具有完全自主知識產權技術,整套裝置也要國產化。“比如氣化裝置是乙醇項目的工藝龍頭,采用國際領先的航天爐粉煤加壓氣化技術。在1380攝氏度高溫下,煤炭經過氣化,成為后系統所需的粗煤氣,碳轉化率高達99%。”

站在羰基化裝置頂上俯瞰全廠,整潔的道路旁綠樹郁郁蔥蔥。“工業廢氣回收后脫硫、脫硝處理,達到超低排放標準;建成污水零排放系統,特別是難處理的含鹽污水,通過蒸發、結晶、分鹽實現環保處置。”高有智稱,“用煤不見煤、用水不排水”成為現實。

開辟第四條煤基化學品生產路線

技術好不好,最終還得經濟性“說了算”。

對此,中科院大連化物所和榆神能化做了反復測算分析:按照糧食發酵法,即使不考慮原料漲價因素,生產成本也在5000元/噸左右。實現大型化的煤基乙醇工作,成本約為3500元/噸。“乙醇便于運輸儲存,能夠方便靈活地生產高純乙烯,進一步向下游生產精細化工品。該路線的中間產物乙酸甲酯也是大宗化學品,可以按市場需求及時調整產品結構。利用該技術,還能將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。”朱文良稱。

來自市場的認可是最好證明。記者了解到,全國范圍內目前已簽訂10套技術許可合同,乙醇產能累計達到295萬噸/年。除了榆林,擬建項目分布在安徽、新疆、河南、山東等地。據保守預估,“十四五”期間,乙醇技術的許可合同累計產能可達到400萬噸/年,對應產值達250億元。

在多位業內人士看來,其更是開辟了第四條煤基化學品生產路線。以煤為原料,繼當前生產烯烴、芳烴及乙二醇等主產品之外,一個年產值超百億元的新型細分產業正在形成。“出于自身特性,煤炭最適合用來生產含氧化合物,乙醇恰恰屬于這類理想產品。這樣也是發揮煤炭自身所長,與石油化工形成互補,共同保障供應鏈安全。”劉中民表示,在煤基乙醇生產過程中,二甲醚、乙酸甲酯等中間產品,均可以根據需要直接投放市場,也可以進一步加工利用,反應生成其他精細化學品。技術鏈、產業鏈不斷豐富,符合煤化工產業走向高端化、多元化、低碳化的發展要求。“保障國家糧食安全、能源安全,帶動煤炭清潔高效利用,可以說煤基乙醇起到一舉三得的作用。”

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