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【中国科学报】煤制乙醇“转”出一片新天地

  来源:《中国科学报》

  发布时间:2021-01-04

  坐落在陕西省兴平市兴化集团厂区内的10万吨/年合成气制乙醇科技示范项目。 王辉供图

  ■本报记者 卜叶

  乙醇作为一种重要的化工原料,工业上常通过粮食发酵或石油裂解来制取。然而这两种方法都不完美:粮食发酵面临“与人争粮”的尴尬,石油裂解成本较高且会加剧我国石油对外依存度。因此,“煤制乙醇”对我国具有重要意义。

  2014年,中国工程院院士、彩神vlll下载(以下简称大连化物所)所长刘中民团队在煤制乙醇领域取得重大突破,研究成果具备工业化示范条件。

  以此为起点,煤制乙醇技术成果转化落地的大幕渐启。

  一个年产值百亿元的创新产业

  “近几年,团队分头到全国各地推广煤制乙醇技术,总计为企业做过200多个项目建议方案。” 延长中科(大连)能源科技股份有限公司(以下简称延长中科)总经理王辉告诉《中国科学报》,在各方的支持和努力下,今明两年将有6个煤基乙醇项目陆续开工建设,并有望实现向“一带一路”沿线国家技术输出。

  2017年,全球首套煤基乙醇工业示范装置——10万吨/年乙醇项目在陕西延长石油(集团)有限责任公司(以下简称延长石油集团)下属的兴化公司一次性投产成功;同年,延长石油集团启动全球最大规模煤基乙醇项目——50万吨/年煤基乙醇项目的建设。自此后,煤制乙醇技术逐渐在全国“遍地开花”。

  王辉介绍,受甲醇行业持续低迷、乙醇市场行情走高、新冠疫情导致消毒酒精紧缺及煤制乙醇技术认知度不断提高等因素提振,目前,煤基乙醇工业项目在建产能已达到200万吨/年,一个年产值过百亿元的新型煤化工创新产业正在我国形成。

  建一套“打样儿”装置

  2014年,刘中民团队的煤制乙醇技术取得突破后,相关成果没有成为装点档案室的文件夹。

  成果通过中国石化联合会鉴定后,延长石油集团与大连化物所签订战略合作协议,共同致力于煤制乙醇技术工业化应用。同年,延长石油集团启动全球首套煤基乙醇工业示范项目——10万吨/年工业示范装置的建设。

  正是在此之"际,双方谋划成立了延长中科,作为推广煤制乙醇专利技术及生产配套催化剂的“根据地”,全力保障打通煤制乙醇技术到产业应用的“最后一公里”。

  2017年1月,世界首套10万吨/年煤制乙醇工业示范装置一次开车成功。

  “工业装置静设备、动设备、管线、阀门及仪表繁多,一次开车成功非常难得。至今回忆起来,参与研发和开工的团队成员还很兴奋。”延长中科技术研发部部长裴仁彦说。

  “实验室做出的成果仅仅是样机或样品,如何完成批量化生产,如何保证产品质量的稳定性、一致性,标准如何建立,如何运输、交付,售前、售后……几乎每一步都有难题需要解决。”王辉说,而且,项目是否成功,除了看技术上的可行性,还要关注投资成本,衡量投入是否为企业带来经济效益。

  为此,所企双方共同设立了“工艺包设计团队”。该团队主要结合示范装置运行数据,对煤制乙醇工艺包进行修改、优化和完善。

  经过一系列的节能技术应用,煤基乙醇技术各项消耗指标大幅下降,技术的经济性更加凸显。近4年来,10万吨/年煤制乙醇工业示范装置运行平稳,各项指标达到或超过设计水平。

  “该装置的设计、建设具有示范作用。”王辉说。

  不过王辉也表示,改进是否达到预期目标,都要进行长期的工业验证。从示范到更广泛的工业应用,需要不断查找现有工艺流程和装置的不足,并加以改进,一刻都不能放松。

  摸透催化剂的“脾气”

  催化剂研发是煤制乙醇技术的核心。从实验室的“克级”制备到工业的“吨级”生产,放大过程中的每个参数都会影响催化剂结构,最终影响反应性能。研究人员都希望催化剂性能呈现“正效应”,但很多时候事与愿违,会出现“负效应”,导致催化剂性能达不到工业装置设计要求。

  在装置可行性论证过程中,延长中科团队发现,催化剂失活速度太快,与预期严重不符。

  “当时,团队里每个成员都非常着急,集体决定放弃春节假期,坚守在岗位做实验,寻找原因和改进办法。”裴仁彦告诉《中国科学报》,实验失败了一次又一次,大家谁也没有轻言放弃。

  “任何催化剂都有独特的‘脾气’,温度、压力、空速、进料组成及生产条件都会对催化剂效果产生影响。”裴仁彦说,相较实验室,催化剂的生产过程步骤多,条件更难控制。这就要求研发团队要不断优化工艺,批量生产出符合工业化要求的催化剂。

  为了加快催化剂的量产步伐,煤制乙醇技术团队核心成员之"一、大连化物所副研究员刘勇主动请缨来到延长中科,与公司其他部门一起协力完成催化剂生产设备的安装、调试、运行,帮助解决技术难题。

  刘勇告诉《中国科学报》,按照目前的进度,年产1000吨催化剂的建设项目有望2021年春天投产——这将保证为全国煤基乙醇装置提供高品质的催化剂。

  “催化剂的开发,直到最终能够在反应装置高效平稳运行,是研发人员无数个日夜、不断尝试的结果。”裴仁彦说,一项科研成果从实验室最终走向工业化从来不可能一蹴而就,科研和工程人员必须踏踏实实、一步一个脚印地解决每一个问题,任何的轻慢和疏忽大意都可能导致之"前的努力付之"东流。

  转化有困难,科研来帮忙。技术研究与成果转化团队亲如一家的联动模式,和他们展现出的“逢山开路、遇水架桥”的劲头,为成果落地奠定了坚实基础。

  不仅是技术转化公司

  跟延长中科成果转化团队频繁打交道的刘勇,对他们印象深刻。

  “这支队伍跟其他成果转化队伍很大的不同是,他们有很强的科研能力,彼此间的交流沟通很通畅。”刘勇说:“这与延长中科技术团队长期身负技术攻关任务有关。”

  “延长中科不仅是一个技术转化公司,更是一个技术研发公司。”提及此,王辉举了个例子:在技术推广过程中,不同客户的需求并不完全相同,因此工艺包就不能完全复制;这样一来,团队就要不断在技术实现上重新设计、调整,根据客户需要按需定制。

  裴仁彦对此感受颇深。“团队给客户承诺生产出乙醇,但每个客户的生产条件并不一样,客户提供的原料不完全相同,工艺包团队就必须帮客户设计合适的工艺方案。”

  目前,延长中科已与十余家企业达成合作意向,6套煤制乙醇项目将陆续开工建设。此外,延长中科还实施探索性研发项目2个、中试及产业化项目2个。他们希望通过一系列项目的落地,能够为保障国家能源安全、粮食安全、实现煤炭清洁化利用提供新的途径,守护国家绿色发展的未来。

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