科技视点推进煤炭清洁高效利用 _经验知识

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位于陕西榆林榆神工业园的50万吨/年煤基乙醇工业装置全景。王晓亮摄（人民视觉）
乙醇作为一种重要的化工原料，工业上可以通过粮食发酵或源于石油的乙烯进行水合反应来制取。然而这两种方法都不完美：前者“与人争粮”，后者成本较高且依赖石油资源。除了这两种方法，还有没有其他途径规模化制造乙醇？2010年起，中国工程院院士、中国科学院大连化学物理研究所（以下简称“大连化物所”）所长刘中民团队在煤制乙醇领域开辟新路线，经过多年技术攻关和放大验证，为技术的大规模工业化奠定了坚实的基础。
日前，在陕西榆林榆神工业园，基于刘中民团队研究成果的全球规模较大的50万吨/年煤基乙醇工业化项目正式建成。这一项目有哪些重大意义？采访人员进行了采访。
利用化石能源生产乙醇，符合实现“双碳”目标的客观要求
乙醇，不仅是重要的基础化学品，也与人们的日常生活息息相关，可用于制造饮料、香精、消毒剂等。无水乙醇可以作为汽油添加剂即燃料乙醇来使用，能够有效改善汽油品质，大幅减少车辆污染物排放。
“传统乙醇生产技术主要以粮食为原料进行发酵。”刘中民介绍，“目前，全世界乙醇产量约1亿吨，主要利用粮食和甘蔗等生物原料生产。2020年，我国乙醇产量为987万吨，其中燃料乙醇约274万吨，主要利用陈粮进行生产。”
据悉，当前我国燃料乙醇产量无法满足需求。刘中民算了笔账：“2021年，我国汽油表观消费量为1.4亿吨，需燃料乙醇1400万吨。因此，提高燃料乙醇产量，对保障我国能源安全具有重要意义。”
与此同时，我国地少人多，粮食安全是头等大事，以粮食为原料制备燃料乙醇，并不适合大范围推广。刘中民认为，从生物质发展的角度来看，用秸秆纤维素制乙醇是一个研究方向，尽管该技术取得了一些进展，但由于经济性问题，目前还处于研发阶段。
而利用化石能源生产乙醇，是科学家们努力的目标。我国能源资源的特点为“富煤、贫油、少气”，推进煤炭清洁高效利用，是实现碳达峰、碳中和目标的重要途径。“我国煤炭资源量占化石能源的比例达到95%，因此，开发具有自主知识产权的煤基乙醇成套技术符合我国的实际国情。”刘中民带领团队开始了新的尝试。
一条全新的技术路线，以煤基合成气为原料，经甲醇、二甲醚羰基化、加氢合成乙醇
煤制乙醇，方向明确，做起来却非常艰难。传统煤制乙醇的路线一般有两条：一是煤经合成气直接制乙醇，二是煤经乙酸制乙醇。
长期以来，煤经合成气直接制乙醇是个世界性难题，主要是因为它需要用贵金属做催化剂，效率低、腐蚀严重、设备成本高，一直停留在研究开发阶段。“这条路线的催化剂要用到贵金属铑，它比铂金还贵几倍，不利于推广，难以实现工业化。”刘中民说。
而煤经乙酸制乙醇是基于乙酸产能过剩的背景，因乙酸存在腐蚀性，需采用耐腐蚀的设备，装置投资大、成本较高，也没有大规模应用。
经过多年努力，大连化物所提出了全新的技术路线：以煤基合成气为原料，经甲醇、二甲醚羰基化、加氢合成乙醇。该路线采用非贵金属催化剂，可以直接生产无水乙醇，是一条环境友好型技术路线。
这条技术路线并不好走。“二甲醚转化反应非常复杂，用不同的催化剂有完全不同的反应，生成完全不同的产物。”刘中民说，为了找出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和筛选，就历经多年艰辛探索。

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