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10万吨/年合成气制乙醇工业示范项目,这是陕西

文章作者:4858美高梅网址 上传时间:2019-09-26

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全球首套煤基乙醇工业化项目——陕西延长石油集团10万吨/年合成气制乙醇工业示范项目。

10万吨/年合成气制乙醇工业示范项目

近日,采用我国自主知识产权的全球首套煤基乙醇工业化项目投产成功,引发大量关注。这是陕西延长石油集团10万吨/年合成气制乙醇工业示范项目,由中科院大连化学物理研究所和延长石油集团共同研发,于今年1月11日打通全流程,生产出合格的无水乙醇,装置已平稳运行了两个多月。

2017年1月,陕西延长石油有限责任公司10万吨/年合成气制乙醇工业示范项目生产出合格无水乙醇,标志着全球首套煤经二甲醚羰基化制乙醇工业示范项目一次投产成功。该示范项目由中国科学院大连化学物理研究所(以下简称大连化物所)和延长石油共同合作开发,拥有自主知识产权。

乙醇俗称酒精,煤基乙醇就是以煤为原料制备无水酒精,这个化“煤”为“酒”的奇迹如何酿成?又具有哪些重大意义呢?请看《经济日报》记者采写回来的报道。

目前,该工业示范装置已平稳运行两年多。大连化物所所长、煤基乙醇工业化项目首席科学家刘中民在近日接受《中国科学报》采访时指出:“煤制乙醇可以替代以粮食为原料制备乙醇,实现了‘不与人争粮’的新局面,是新型煤化工产业化技术应用的又一次重大突破。”

意义何在

尊重国情 寻找新技术

让乙醇和粮食脱钩

无水乙醇可以作为汽油添加剂,即燃料乙醇使用,可以有效改善汽油品质,大幅减少车辆污染物排放。刘中民介绍,乙醇是世界上公认的环保清洁燃料,全球66%的乙醇被作为燃料乙醇添加到汽油中,为各国所接受和推广。此外,乙醇还可以方便地转化为乙烯,促进下游精细化工行业的发展。

“这个示范项目的成功投产,在世界范围内首开先河,占领了技术制高点,奠定了我国煤制乙醇技术及工业化的国际领先地位。”中科院院长白春礼院士说,这一新技术的应用,将有效弥补石油资源不足、缓解我国燃料乙醇对粮食的依赖,为我国能源安全和粮食安全提供有力保障。

目前,全世界乙醇产量约一亿吨,主要由美国和巴西利用粮食和甘蔗等生物原料生产。而我国乙醇产量只有700万吨,其中燃料乙醇250万吨,主要利用陈化粮进行生产。

乙醇与石油和粮食有啥关系?

来自石油化工市场的研究报告显示,2016年,中国汽油表观消费量12000万吨,按国内E10乙醇汽油标准,燃料乙醇可替代1200万吨燃油。“在国家石油对外依存度大于70%的情况下,燃料乙醇对国家的能源安全具有重大影响。”刘中民指出。

“全世界66%的乙醇都被用作燃料乙醇,燃料乙醇可以兑入汽油做乙醇汽油。与其他汽油添加剂相比,乙醇是世界公认的绿色环保的优良汽油添加剂,可以将车辆污染物综合排放量降低三分之一以上。”中科院大连化物所刘中民院士介绍说,从原理上讲,汽油分子中不含氧,而乙醇含35%的氧,在汽油中添入乙醇,有助于充分燃烧,减少污染物排放。

根据国家发改委《可再生能源中长期发展规划》给出的目标,到2020年我国生物燃料乙醇的年利用量将达到1000万吨。然而,我国的国情是地少人多,粮食安全是国家头等大事,以粮食为原料制备燃料乙醇并不适合在我国大范围推广。

汽车尾气排放是雾霾天气形成的重要因素之一,推广乙醇汽油显然也有利于减轻雾霾,缓解大气污染。

“如何有效生产燃料乙醇,避免出现‘与人争粮’的局面,我们急需开发非粮燃料乙醇制备技术。”刘中民团队开始了新的尝试。

此外,乙醇可以替代或部分替代汽油作发动机燃料,减少原油消耗,从而减轻对石油的依赖,有利于国家能源安全。中国自1993年成为石油净进口国之后,石油对外依存度逐年提高,从1995年7.6%上升到2015年65.4%,对外依存度已超过国际公认的警戒线,这严重影响到国家的能源安全。2016年,中国汽油表观消费量11983万吨,按国内E10乙醇汽油标准(用90%的普通汽油与10%的燃料乙醇调和而成),需燃料乙醇1198万吨。燃料乙醇对国家的能源安全具有重大影响。

革新工艺 攻关催化剂

那要怎么制备乙醇呢?乙醇俗称酒精,而酒一般用粮食酿造。

长期以来,利用化石资源生产乙醇是全世界努力的目标。基于我国以煤炭为主的能源结构,开发具有自主知识产权的煤基燃料乙醇成套技术符合我国的实际国情。

美国和巴西于上世纪80年代开始大力发展燃料乙醇,为其国家能源独立作出了重要贡献。为了解决陈化粮问题,我国也探索发展了燃料乙醇及乙醇汽油。

同时,煤经合成气直接制乙醇是一项世界性的挑战,因难以回避贵金属催化剂、效率较低及设备腐蚀等问题,一直还停留在研究开发阶段。而煤经乙酸制乙醇是基于乙酸产能过剩的背景,因设备腐蚀、装置投资大而没有大规模应用。

鉴于我国以全球7%的耕地养活全球20%的人口,以粮食为原料制备燃料乙醇并不适合在我国大范围推广。为避免出现“与人争粮”的局面,进而威胁粮食安全,2006年国家收回粮食制备燃料乙醇项目审批权。目前,我国燃料乙醇缺口巨大,“十二五”期间,我国燃料乙醇目标为500万吨/年;至2020年,目标为1000万吨/年,而2015年国内燃料乙醇产量仅为250万吨。经过多年试点后,目前只有部分省份推广使用乙醇汽油。

为此,刘中民团队提出以煤基合成气为原料,经甲醇、二甲醚羰基化、加氢合成乙醇的工艺路线。“该路线核心为二甲醚在分子筛催化剂上的羰基化反应,可以直接生产无水乙醇,是一条独特的环境友好型新技术路线。”

“必须突破传统作物发酵制备乙醇的方法,让乙醇和粮食脱钩。”刘中民说,“我国煤炭资源丰富,用煤做乙醇,是出于能源安全和粮食安全的考虑”。

此反应打破了以金属为催化剂的传统羰基化反应理念,在科学界和工业界受到了极大关注,但因其催化剂活性低、稳定性差,一直难以工业应用。刘中民团队通过多年攻关,成功开发出具有高活性和高稳定性的分子筛羰基化催化剂,为其进一步工业化奠定了坚实基础。

“牛”在哪里

所企合作 深化产学研

工业化解世界难题

2012年大连化物所和延长石油开始联合开展“合成气制乙醇整套工艺技术”项目研发工作,2014年双方合作启动了10万吨/年合成气制乙醇工业示范项目,项目于2017年年初产出合格无水乙醇产品,纯度达到99.71%。

用煤做乙醇,这思路顺理成章,做起来却非常艰难。

对于此项工作,中科院院长白春礼曾给予评价:煤基乙醇工业化示范项目成功投产,在世界范围内首开先河。这一新技术的应用,将有效弥补石油资源不足,缓解我国燃料乙醇对粮食的依赖,为我国的能源安全和粮食安全提供有力保障。

长期以来,利用化石资源生产乙醇一直是全世界努力的目标。而我国能源结构以煤炭为主,显然应开发具有自主知识产权的煤基燃料乙醇成套技术。但煤经合成气直接制乙醇是一项世界性的挑战,它需要贵金属催化剂,效率较低,还会造成设备腐蚀,过去一直停留在研究开发阶段。“传统制备路线中,催化剂要用到贵金属铑,它比白金还贵几倍,不利于推广,无法实现工业化。”刘中民说。

该项目也是大连化物所和延长石油深化产学研合作的一项重大成果。2017年4月,大连化物所和延长石油出资成立延长中科能源科技股份有限公司。延长中科依托大连化物所合成气制乙醇技术,进行技术推广和催化剂的配套生产销售。

但是这个煤基乙醇不能工业化的难题,被中国人解决了。

2017年9月,国家发展改革委、国家能源局、财政部等15部门联合印发了《关于扩大生物燃料乙醇生产和推广使用车用乙醇汽油的实施方案》。根据方案,到2020年,全国范围内将推广使用车用乙醇汽油,基本实现全覆盖。

大连化物所提出以煤基合成气为原料,经甲醇、二甲醚羰基化、加氢合成乙醇的工艺路线。该路线采用非贵金属催化剂,可以直接生产无水乙醇,是一条独特的环境友好型新技术路线。

“国家一直支持燃料乙醇的发展,开发先进的乙醇生产技术是利国利民的大事。”项目负责人、大连化物所研究员朱文良告诉《中国科学报》,煤基乙醇的成本(大型化后全成本约3500元/吨)远优于粮食乙醇成本,同时,该技术还可以用于将现有甲醇厂改造成乙醇工厂,对于国家调整产业结构,释放产能有积极意义。

但这条技术路线并不好走。“二甲醚转化反应非常复杂,有上万种反应产物,上百种反应路径。”刘中民说,为了找出最合适的有工业应用价值的技术路径,仅二甲醚羰基化催化剂的研究,就历经多年艰辛。

2017年年底,大连化物所与延长石油签署50万吨/年煤基乙醇工业化装置合同,已经开始施工。2018年11月,大连化物所与新疆天业集团签署年产120万吨合成气制乙醇项目一期——60万吨/年合成气制乙醇专利技术实施许可合同。目前还有30多家企业正在与大连化物所洽谈合作。

从2007年至2011年,该催化剂寿命一直停留在100小时,这样短的寿命完全无法实现工业化应用。在科研人员的努力下,2011年该催化剂寿命达到300小时,2012年达到1150小时,2013年达到6400小时……具有高活性和高稳定性的分子筛羰基化催化剂终于被研制出来,为实现工业化奠定了坚实基础。

大连化物所副研究员刘红超主要负责“二甲醚羰基化制乙酸甲酯”催化剂和工艺的研发,他希望团队多年研发的技术能够得到国家推广,为国家和社会的发展做出贡献。

有了工业化应用前景的技术,转化并不是难题。因为早在2010年,中科院大连化物所就与延长石油集团签订了全面战略合作协议,双方合作的重点就是技术开发和成果转化。

2018年8月25日,天津市内有10座加油站进行汽油置换,并从当日起供应乙醇汽油。此前,黑龙江、吉林、辽宁等11个试点省份已开始推广使用车用乙醇汽油,并取得积极的成果,后续将进一步在北京、天津、河北等15个省份推广。

2012年,大连化物所和延长石油联合开展“合成气制乙醇整套工艺技术”项目研发工作,2013年完成项目中试。2015年9月,国家能源局委托中国石油和化学工业联合会对该项目中试成果进行成果鉴定,鉴定委员会认为:技术指标先进、应用性强,与国际同类技术相比,主要指标达到国际领先水平。

刘中民也指出,煤基乙醇技术也可以用作天然气原料生产乙醇,该技术也有潜力助推“一带一路”倡议在沿线富有天然气资源的国家的实施。

2014年大连化物所与延长石油启动了“10万吨/年合成气制乙醇工业示范”项目,2016年10月装置建成,2016年12月开始装置联动试车,2017年1月11日产出合格无水乙醇产品,纯度达到99.71%,主要指标均达到或优于设计值。

(原载于《中国科学报》 2019-03-07 第5版 转移转化)

10万吨工业示范装置的投产和稳定运行证明了技术的先进性和可靠性。以此为基础,可以建设百万吨级大型工业化乙醇装置。延长石油集团董事长贺久长就透露,“目前,延长石油已经完成了50万吨工业化装置的可行性研究,并启动了工艺包的设计开发工作”。

4858美高梅ag,好处几何

绿色环保低成本

在近日举行的该项目新闻发布会上,中科院副院长张涛院士对这个技术不惜赞美之词:“这是煤清洁利用这个大题目下的一个成功应用,是领跑性的技术。如果再多一点这样的技术,我们就能早日迈入科技强国行列。”

这个技术也确实值得骄傲,与传统的乙醇合成技术相比,该成果好处多多:

首先是成本低且节能环保。该技术仅使用分子筛催化剂和铜基催化剂,无贵金属;工艺过程中无乙酸产生,避免了抗腐蚀特殊材料的使用,减少了设备投资;反应体系无水,可直接分离得到无水乙醇产品,节能环保;羰基化过程中只需富一氧化碳气体即可,加氢过程中只需富氢气体即可,由于反应过程中不需高纯度气体,这降低了气体分离能耗,节约了生产成本。“这些特点使我国大范围推广乙醇汽油成为可能,尤其是在我国中西部煤炭资源丰富而粮食资源有限的地区。”刘中民说。

其次,该技术的反应器、工艺条件与合成气制甲醇工艺基本一致,可用以改造现有甲醇厂为乙醇厂。刘中民介绍,“目前,国内甲醇工厂的开工率只有58%,该技术可将现有大量过剩的甲醇厂改造成乙醇工厂,调整产业结构,释放产能”。

此外,该技术的经济性也非常好。产品乙醇成本低于其他现有技术,有市场竞争力;中间产物乙酸甲酯也是大宗化学品,可以按市场的需求及时调整产品结构;乙醇便于运输和储存,简单脱水后即可得到高纯乙烯,是基础的化工原料,可促进下游精细化工行业发展。

另外,从原理上讲,天然气和煤一样,均可以通过合成气,进而合成乙醇,所以煤基乙醇技术也可以用作天然气原料生产乙醇,助推“一带一路”战略在沿线富有天然气资源的国家实施。

“3月8日,我们10万吨示范装置的首批乙醇产品已经外销出厂。”延长石油集团兴化公司副总经理、总工程师张岁利高兴地告诉记者,该项目的成功运行为今后大规模工业化装置的建设、生产和运行提供了关键技术数据和宝贵的经验,标志着我国将率先拥有设计和建设百万吨级大型煤基乙醇工厂的能力,奠定了我国煤制乙醇工业化的国际领先地位。

(原载于《经济日报》 2017-03-27 14版)

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