12月28日，全球规模最大的60万吨/年乙醇生产装置在淮北矿业集团下属安徽碳鑫科技有限公司启动试生产，产出合格无水乙醇。该项目采用了中国科学院大连化学物理研究所（以下简称大连化物所）和陕西延长集团共同开发的具有自主知识产权的合成气制乙醇工艺技术，其主要原料甲醇来源于焦炉煤气，将其进一步转化为乙醇，不仅大幅度提高了附加值，还为钢铁与石化行业低碳化融合发展提供了可行途径。

  乙醇兼有大宗化学品和基础能源产品的双重属性，非粮乙醇的大规模生产，对于保障我国粮食安全、能源安全和化工产业链供应链安全均具有重要意义。

  制乙醇，难点在哪儿？

  乙醇，俗称“酒精”，既是重要的基础化学品，又与人们的生活息息相关。粮食酒精可以勾兑白酒饮用、75%的酒精溶液可用于医用消毒。在工业应用中，酒精既可用作清漆、化妆品、油墨、脱漆剂的溶剂，又可用作农药、橡胶、塑料、人造纤维、洗涤剂等的制造原料。

  乙醇的最大用处是作为汽油添加剂——燃料乙醇使用，是世界上公认的环保清洁燃料。它可以有效改善汽油品质，无毒、可降解，含氧量达35%，是环保的油品质量改良剂，可以和汽油任意比例混合。此外，乙醇可以转化为乙烯，部分替代乙烯用作化工原料，促进下游精细化工行业的发展。

  美国和巴西于上世纪80年代开始大力发展燃料乙醇，主要利用粮食或甘蔗等作物原料生产，为其国家能源独立作出了重要贡献。而中国自1993年成为石油净进口国之后，石油对外依存度逐年提高。

  “我国乙醇市场需求大、产能严重不足，2022年，我国以陈粮发酵路线生产的燃料乙醇约270万吨，缺口达1000万吨。”中国工程院院士、大连化物所研究员刘中民介绍说。

  由于乙醇生产涉及与人争粮问题，威胁国家粮食安全，因此开辟非粮乙醇生产路线对我国具有重要战略意义。“采用非粮乙醇生产路线是中国燃料乙醇发展的必然选择。”刘中民说。

  产业化，为何要做？

  自2010年起，刘中民团队在非粮乙醇生产赛道上持续攻坚，提出了以合成气为原料、经二甲醚羰基化和乙酸甲酯加氢直接合成无水乙醇的技术路线。技术采用非贵金属催化剂，反应条件温和，易于工程放大，可以实现煤、天然气或钢厂煤气大规模制取乙醇，是一条独特的环境友好型的新技术路线。他们进一步与陕西延长集团合作，开发出DMTE工艺技术，其核心是二甲醚在分子筛催化剂上的羰基化反应。

  “厘清分子筛催化剂对反应网络的控制原理具有复杂性与挑战性，同时还要精准合成羰基化分子筛催化剂，设计并优化二甲醚羰基化反应器，难度很大。”团队成员、大连化物所研究员朱文良说。

  经过团队十余载的协力攻坚，最终该技术打破了以金属为催化剂的传统羰基化反应理念。然而，尽管分子筛催化二甲醚反应作为一个新反应在科学界和工业界受到较多关注，但催化剂的低活性和低稳定性成为工业应用的瓶颈。

  针对此问题，刘中民团队通过大量的创新性研究和攻关，于2013年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，在二甲醚羰基化研究方面取得重大突破，为其进一步工业化奠定了坚实基础。

  从实验室到工厂，团队用了6年时间。2017年，团队联合陕西延长集团完成了全球首个10万吨/年甲醇经二甲醚羰基化制乙醇工业示范项目，表明我国率先拥有设计和建设百万吨级大型乙醇工厂的能力。随后，团队继续创新，不断进行技术迭代，升级催化剂并优化反应工艺，进一步提高了技术指标，为大规模工业化奠定了坚实基础。

  截至目前，DMTE工艺技术已签订13套工业装置技术实施许可合同。

  试生产，未来目标是什么？

  此次60万吨/年乙醇生产装置试生产的启动，验证了DMTE工艺技术的先进性、可靠性，将有力推动DMTE工艺技术大规模应用。

  随着多个装置的陆续投产，一个新兴的乙醇战略产业正在快速兴起。

  DMTE工艺技术已经签订技术许可合同的累计产能达395万吨，完全投产后，可节约粮食约1200万吨，有效解决“与人争粮、与粮争地”问题，同时可解决国内燃料乙醇短缺问题，有效保障国家粮食安全和能源安全。

  同时，该技术实现了由钢厂尾气到清洁燃料乙醇的大规模生产，降低钢厂、炼焦厂污染废气排放，促进了钢铁、能源、环境等行业的低碳化融合发展。

  “2022年，全国粗钢产量超过10亿吨，如果大量的钢厂尾气利用该技术生成乙醇，将会实现清洁燃料乙醇的大规模生产，满足社会对燃料乙醇的需求，在保证经济效益的前提下，带动一个新产业。”刘中民告诉《中国科学报》。

  “未来我们将重点关注煤化工、石油化工等融合发展方向，同时我们也希望能够将整套装置出口，而不单单是出口技术。”刘中民说。

登录阅读