煤制乙醇讓煤炭由“黑”轉“綠”
一塊煤炭如何由“黑”轉“綠”？今年在安徽淮北全面建成投產的碳鑫科技甲醇綜合利用項目，給出了一個煤炭清潔高效利用的可行方案。
這是全球最大煤制乙醇項目，每年可產出無水乙醇60萬噸。項目由淮北礦業（集團）有限責任公司全資子公司——安徽碳鑫科技有限公司（以下簡稱“碳鑫科技”）建設，相關技術由中國科學院大連化學物理研究所等單位開發。
圖為碳鑫科技甲醇綜合利用項目。淮北礦業（集團）有限責任公司供圖
項目采用潔凈煤技術，生產石油替代產品，實現產業鏈上下一體化，將資源優勢最大程度轉化為經濟效益優勢。碳鑫科技黨委副書記、總經理李偉近日接受記者采訪時說：“乙醇作為一種可再生綠色能源，市場潛力巨大。”
在淮北市濉溪縣韓村鎮臨渙工業園內，一座座高聳林立的巨型工業裝置引人注目。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目。
今年2月28日，隨著全流程一次開車成功，項目產出第一桶優質乙醇。
煤是如何變成乙醇的？碳鑫科技的乙醇聯合生產裝置通過兩個項目建設而成——2022年投產的一期焦爐煤氣綜合利用項目（即甲醇項目），今年投產的二期甲醇綜合利用項目（即乙醇項目）。
碳鑫科技總工程師朱磊介紹，煤制乙醇以煤為原料。來自焦爐煤氣綜合利用項目的甲醇被送至二甲醚合成單元，經過脫水反應后生成二甲醚。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行羰基化反應生成乙酸甲酯，乙酸甲酯與高純氫氣在銅基催化劑中進行加氫反應生成乙醇，最后精餾提純得到乙醇產品。
作為重要化工原料和能源化學品，乙醇應用領域十分廣泛。例如，醫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；在有機化工領域，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、洗滌劑等產品的原料。作為工業溶劑，乙醇還廣泛用于化妝品、油脂等諸多產業中。更重要的是，乙醇是被廣泛認可的環保清潔燃料，作為汽油添加劑能顯著提升汽油品質，減少車輛尾氣排放的污染。
我國乙醇市場需求巨大，但產能嚴重不足。2022年，我國以陳糧發酵路線生產的燃料乙醇約270萬噸，但缺口仍達1000萬噸。而且，由于傳統乙醇生產工藝涉及與人爭糧、與糧爭地的問題，開辟非糧乙醇生產路線對保障我國能源安全、糧食安全和產業鏈供應鏈安全均具有重要戰略意義。
2010年以來，中國工程院院士、中國科學院大連化學物理研究所所長劉中民率領團隊研究非糧乙醇生產，提出以合成氣為原料經二甲醚羰基化和乙酸甲酯加氫合成無水乙醇（工藝名稱“DMTE”）的技術新路線，成功實現煤、天然氣或鋼廠煤氣大規模制取乙醇。2017年，團隊完成全球首個10萬噸/年甲醇經二甲醚羰基化制乙醇工業示范項目。此后，團隊持續創新，進行技術迭代，升級催化劑并優化反應工藝，進一步提高技術指標，為大規模工業化奠定基礎。碳鑫科技甲醇綜合利用項目全面建成投產，驗證了DMTE技術的先進性、可靠性，推動DMTE技術大規模應用。
“煤制乙醇在三方面優勢明顯。”朱磊給記者分析，一是生產成本更低。與傳統的生物乙醇相比，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。三是生產過程綠色環保。例如，碳鑫科技采用的核心設備“神寧爐”碳轉化率達98.5%以上，高于其他氣化技術，在廢渣殘碳、尾氣排放等方面的指標明顯優于行業平均水平。資源利用率得到有效提高，實現煤炭清潔高效利用。
煤制乙醇技術對推動鋼廠煤氣高附加值利用，促進鋼鐵與能源化工行業協調發展具有重要意義。朱磊認為，該技術的發展將有效解決生物燃料乙醇產能不足、工業無水乙醇價格偏高等問題，有利于改善我國能源結構。在我國強調糧食安全、能源安全等大背景下，煤制乙醇技術價值將日益凸顯。
未來我國對基礎化工原料的需求依然旺盛，煤制乙醇技術仍是需要持續優化的重要技術。值得一提的是，隨著煤制乙醇技術大面積推廣，乙醇的上、下游產品，如乙基胺、乙酸甲酯、乙酸乙烯等產品將打開更廣闊市場空間。
李偉介紹，當前碳鑫科技生產的乙醇雖能滿足市場基本需要，但仍存在水分、異丙醇及甲醇等雜質含量偏高現象，產品指標無法滿足部分客戶需求。“未來，公司將加大與中國科學院大連化學物理研究所等科研機構的合作力度，進一步加快推動技術改造，提升產品品質。”李偉說。（記者：洪敬譜 通訊員：王盟)
來源：《科技日報》 7月16日 6版