煤制乙醇讓煤炭由“黑”轉(zhuǎn)“綠”
一塊煤炭如何由“黑”轉(zhuǎn)“綠”？今年在安徽淮北全面建成投產(chǎn)的碳鑫科技甲醇綜合利用項(xiàng)目，給出了一個(gè)煤炭清潔高效利用的可行方案。
這是全球最大煤制乙醇項(xiàng)目，每年可產(chǎn)出無水乙醇60萬噸。項(xiàng)目由淮北礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司全資子公司——安徽碳鑫科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱“碳鑫科技”）建設(shè)，相關(guān)技術(shù)由中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所等單位開發(fā)。
圖為碳鑫科技甲醇綜合利用項(xiàng)目。淮北礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司供圖
項(xiàng)目采用潔凈煤技術(shù)，生產(chǎn)石油替代產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈上下一體化，將資源優(yōu)勢(shì)最大程度轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢(shì)。碳鑫科技黨委副書記、總經(jīng)理李偉近日接受記者采訪時(shí)說：“乙醇作為一種可再生綠色能源，市場(chǎng)潛力巨大。”
在淮北市濉溪縣韓村鎮(zhèn)臨渙工業(yè)園內(nèi)，一座座高聳林立的巨型工業(yè)裝置引人注目。那就是總投資34.8億元，占地445畝的碳鑫科技甲醇綜合利用項(xiàng)目。
今年2月28日，隨著全流程一次開車成功，項(xiàng)目產(chǎn)出第一桶優(yōu)質(zhì)乙醇。
煤是如何變成乙醇的？碳鑫科技的乙醇聯(lián)合生產(chǎn)裝置通過兩個(gè)項(xiàng)目建設(shè)而成——2022年投產(chǎn)的一期焦?fàn)t煤氣綜合利用項(xiàng)目（即甲醇項(xiàng)目），今年投產(chǎn)的二期甲醇綜合利用項(xiàng)目（即乙醇項(xiàng)目）。
碳鑫科技總工程師朱磊介紹，煤制乙醇以煤為原料。來自焦?fàn)t煤氣綜合利用項(xiàng)目的甲醇被送至二甲醚合成單元，經(jīng)過脫水反應(yīng)后生成二甲醚。二甲醚與來自氣體分離裝置的高純一氧化碳，在絲光沸石催化劑中進(jìn)行羰基化反應(yīng)生成乙酸甲酯，乙酸甲酯與高純氫氣在銅基催化劑中進(jìn)行加氫反應(yīng)生成乙醇，最后精餾提純得到乙醇產(chǎn)品。
作為重要化工原料和能源化學(xué)品，乙醇應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。例如，醫(yī)院用消毒劑一般使用濃度為70%—75%的乙醇溶液，這種濃度的乙醇溶液殺菌能力最強(qiáng)；在有機(jī)化工領(lǐng)域，乙醇可以用來制取乙醛、乙醚、醋酸乙酯、乙胺等化工原料，也是制取染料、涂料、洗滌劑等產(chǎn)品的原料。作為工業(yè)溶劑，乙醇還廣泛用于化妝品、油脂等諸多產(chǎn)業(yè)中。更重要的是，乙醇是被廣泛認(rèn)可的環(huán)保清潔燃料，作為汽油添加劑能顯著提升汽油品質(zhì)，減少車輛尾氣排放的污染。
我國乙醇市場(chǎng)需求巨大，但產(chǎn)能嚴(yán)重不足。2022年，我國以陳糧發(fā)酵路線生產(chǎn)的燃料乙醇約270萬噸，但缺口仍達(dá)1000萬噸。而且，由于傳統(tǒng)乙醇生產(chǎn)工藝涉及與人爭(zhēng)糧、與糧爭(zhēng)地的問題，開辟非糧乙醇生產(chǎn)路線對(duì)保障我國能源安全、糧食安全和產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈安全均具有重要戰(zhàn)略意義。
2010年以來，中國工程院院士、中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所所長(zhǎng)劉中民率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研究非糧乙醇生產(chǎn)，提出以合成氣為原料經(jīng)二甲醚羰基化和乙酸甲酯加氫合成無水乙醇（工藝名稱“DMTE”）的技術(shù)新路線，成功實(shí)現(xiàn)煤、天然氣或鋼廠煤氣大規(guī)模制取乙醇。2017年，團(tuán)隊(duì)完成全球首個(gè)10萬噸/年甲醇經(jīng)二甲醚羰基化制乙醇工業(yè)示范項(xiàng)目。此后，團(tuán)隊(duì)持續(xù)創(chuàng)新，進(jìn)行技術(shù)迭代，升級(jí)催化劑并優(yōu)化反應(yīng)工藝，進(jìn)一步提高技術(shù)指標(biāo)，為大規(guī)模工業(yè)化奠定基礎(chǔ)。碳鑫科技甲醇綜合利用項(xiàng)目全面建成投產(chǎn)，驗(yàn)證了DMTE技術(shù)的先進(jìn)性、可靠性，推動(dòng)DMTE技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用。
“煤制乙醇在三方面優(yōu)勢(shì)明顯。”朱磊給記者分析，一是生產(chǎn)成本更低。與傳統(tǒng)的生物乙醇相比，煤制乙醇每噸可降低成本約30%。二是原料來源廣。我國煤炭資源儲(chǔ)量豐富、分布面積廣、煤種齊全，可為乙醇提取提供充足的原料保障。三是生產(chǎn)過程綠色環(huán)保。例如，碳鑫科技采用的核心設(shè)備“神寧爐”碳轉(zhuǎn)化率達(dá)98.5%以上，高于其他氣化技術(shù)，在廢渣殘?zhí)肌⑽矚馀欧诺确矫娴闹笜?biāo)明顯優(yōu)于行業(yè)平均水平。資源利用率得到有效提高，實(shí)現(xiàn)煤炭清潔高效利用。
煤制乙醇技術(shù)對(duì)推動(dòng)鋼廠煤氣高附加值利用，促進(jìn)鋼鐵與能源化工行業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義。朱磊認(rèn)為，該技術(shù)的發(fā)展將有效解決生物燃料乙醇產(chǎn)能不足、工業(yè)無水乙醇價(jià)格偏高等問題，有利于改善我國能源結(jié)構(gòu)。在我國強(qiáng)調(diào)糧食安全、能源安全等大背景下，煤制乙醇技術(shù)價(jià)值將日益凸顯。
未來我國對(duì)基礎(chǔ)化工原料的需求依然旺盛，煤制乙醇技術(shù)仍是需要持續(xù)優(yōu)化的重要技術(shù)。值得一提的是，隨著煤制乙醇技術(shù)大面積推廣，乙醇的上、下游產(chǎn)品，如乙基胺、乙酸甲酯、乙酸乙烯等產(chǎn)品將打開更廣闊市場(chǎng)空間。
李偉介紹，當(dāng)前碳鑫科技生產(chǎn)的乙醇雖能滿足市場(chǎng)基本需要，但仍存在水分、異丙醇及甲醇等雜質(zhì)含量偏高現(xiàn)象，產(chǎn)品指標(biāo)無法滿足部分客戶需求。“未來，公司將加大與中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所等科研機(jī)構(gòu)的合作力度，進(jìn)一步加快推動(dòng)技術(shù)改造，提升產(chǎn)品品質(zhì)。”李偉說。（記者：洪敬譜 通訊員：王盟)
來源：《科技日?qǐng)?bào)》 7月16日 6版