开辟煤制乙醇发展新方向——记技术发明特等奖项目二甲醚经乙酸甲酯制乙醇技术

　　近日，由中国科学院大连化学物理研究所、陕西延长石油(集团)有限责任公司和延长中科(大连)能源科技股份有限公司共同开发的二甲醚经乙酸甲酯制乙醇技术，获得了2024年度中国石油和化学工业联合会科学技术奖唯一的技术发明特等奖。

　　项目团队从实验室基础研究到工业应用技术开发再到实现大规模工业化，让二甲醚经乙酸甲酯制乙醇技术实现了“从0到1再到100”的突破，开辟了煤制乙醇新的发展方向，促进了乙醇战略新兴产业快速形成，为中国产业结构低碳化转型和“双碳”目标实现提供了有力的技术支撑。

刘中民院士团队正在探讨项目进度。(大化所供图)

　　创新非粮乙醇合成路线

　　乙醇是重要的基础化学品和公认的优良汽油添加剂，长期依赖粮食和糖类生产。因涉及粮食安全问题，目前我国燃料乙醇产量仅占全球产量的3.3%左右；而在我国化石能源资源储量中，煤炭占比达95%。故而开辟煤制乙醇技术路线对保障我国能源安全、粮食安全和化工产业链稳定具有重要意义。

　　乙醇以玉米、甘蔗、薯类等农产品为主要原料、采用发酵法生产。我国人多地少，会造成与人争粮、与粮争地的问题。而以石油为原料的乙烯水合制乙醇路线，由于当前原料和产品价格倒挂，无法实现工业化。

　　为了让乙醇生产与粮食脱钩，大连化物所刘中民团队于2010年开始致力于全新非粮乙醇合成路线的研究。通过大量的创新性研究和攻关，他们开发了一条以煤基合成气为原料，经二甲醚羰基化、乙酸甲酯加氢制乙醇的工艺路线；研制出可工业化生产的二甲醚羰基化催化剂和乙酸甲酯加氢催化剂；设计开发了相应的反应器，编制了工艺包，形成了具有自主知识产权的成套技术，完成了世界首次10万吨/年乙醇工业示范和大规模工业化生产。

　　关键催化剂相继获突破

　　长期以来，煤经合成气直接制乙醇是个全球性挑战，因难以回避贵金属催化剂效率低、腐蚀严重、设备成本高等问题，一直难以实现工业化生产。

　　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，采用非贵金属催化剂，可以直接生产无水乙醇，是一条环境友好型新技术路线。

　　在二甲醚羰基化过程中，研究团队发展了丝光沸石(MOR)分子筛定向合成技术，成功实现酸中心在MOR分子筛八元环孔道中的优先落位控制，提高了催化活性；通过对十二元环孔道酸中心的化学修饰，避免副反应的发生，解决了MOR分子筛稳定性难题。在此基础上，他们成功开发出性能优异的二甲醚羰基化催化剂，并首次实现分子筛催化剂在气固相反应体系中的长寿命运行，进一步发展了催化剂工业制备技术，实现了规模化生产。

　　在乙酸甲酯加氢制乙醇过程中，研究团队采用全新方法解决了铜基催化剂在共沉淀制备过程中局部过热和物料偏析的难题，实现了对前驱体物相和组成及铜物种晶粒尺寸的精准调控，成功开发温和条件下高活性高稳定性、可有效抑制副反应的乙酸甲酯加氢铜基催化剂，也实现了工业放大和规模化生产。

　　与此同时，研究团队针对二甲醚羰基化反应和乙酸甲酯加氢反应放热强、对反应温度敏感的特征，开发出专用列管式固定床反应器和相应的温度精确调控方法，在工业示范和工业化装置上实现了平稳运行。

　　促进乙醇产业快速兴起

　　在此基础上，大连化物所和陕西延长石油集团联合开展合成气制乙醇整套工艺技术研发工作，于2013年完成了项目中试研究，并系统研究了分离、循环、换热和材质等关键因素，编制了工艺包，形成了二甲醚经乙酸甲酯制乙醇成套技术。

　　2017年，具有自主知识产权的全球首套10万吨/年煤基乙醇工业示范项目打通全流程，生产出合格无水乙醇，实现了世界首次工业示范。2022年后，榆神50万吨/年煤基乙醇项目和安徽淮北矿业60万吨/年乙醇生产装置相继建成投产，成为分子筛催化醚类羰基化生产含氧化合物的工业化实例。

　　值得关注的是，这套60万吨/年乙醇生产装置与以往大不相同，除了规模更大、难度更高、面临的问题更为复杂之外，还以焦炉煤气制取的甲醇和以混煤及焦粉制取的合成气为原料，实现了焦炉煤气和煤炭的共同利用。这条非粮乙醇生产路线的成功实现了由钢厂尾气到清洁燃料乙醇的大规模生产，降低了钢厂、炼焦厂污染废气的排放，促进了钢铁、能源、环境等行业的低碳化融合发展。

　　除煤、钢厂煤气和天然气外，该技术也可以采用生物质或二氧化碳为原料制备乙醇，具有广泛的原料适应性。目前，该技术已签订了14套技术许可合同，涉及年产能455万吨，并已经实现商业化运行5套。可以预见的是，随着非粮乙醇生产装置的陆续投产，一个新兴的乙醇战略产业正在快速兴起。未来，非粮乙醇作为重要的可再生清洁燃料，有望被应用于汽车燃料和其他工业领域，为推动清洁能源的发展和可持续化带来更多可能。