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煤基乙醇产业化前景可期

2021/6/9  来源:中国能源报  
 
 
  我国“第十四个五年规划和2035年远景目标纲要”指出,推进能源革命,建设清洁低碳、安全高效的能源体系,提高能源供给保障能力。我国富煤贫油少气的资源禀赋特征,决定了煤基乙醇等新型煤化工符合我国能源结构转型方向,是国家能源安全的重要保障之一。

  综合优势突出

  乙醇属有机化合物,俗称酒精,可由多种方法制作。2000年以前,医药、工业、食用酒精的生产均采用发酵法,即粮食发酵生产。当时生产1千吨乙醇需要4-5千吨粮食,再按10%比例添加到汽油中。乙醇是世界上公认的环保、清洁和油品质量高的添加剂,美国、巴西都在推广乙醇汽油,并得到社会认可。

  2017年9月,经国务院同意,国家发改委、国家能源局等十五部门联合印发《关于扩大生物燃料乙醇生产和推广使用车用乙醇汽油的实施方案》,推广生物燃料乙醇。后在7省(市)独立封闭运行,实行定点生产、定向流通、价格锁定、封闭销售,同时,为鼓励生产,政府还实行定额补贴政策。但2018年后,随着补贴取消,生物制乙醇成本增高,生产乙醇的工厂基本没有利润甚至亏损。而且,生物制乙醇原料主要有玉米、木薯,在消耗掉陈化粮后,原料出现短缺。

  目前,燃料乙醇在我国至少有1000万吨的市场缺口。而且,乙醇下游衍生品众多,主要有乙烯、乙醛、乙酸、乙胺、乙酸酯、乙苯等,随着下游产品工艺技术不断成熟,乙醇为原料生产化工品的需求不断增大,将成为新的市场增长点,预计未来下游产品对乙醇的需求量每年约2000万吨。

  基于我国富煤贫油少气的能源资源禀赋,建设高端能源化工基地、自主开发煤基乙醇工艺技术不仅是社会发展的需要,也是化工技术发展到一定阶段的产物。煤基乙醇无论做为燃料乙醇还是做为化工原料,都可以降低国家对石油的依赖程度,有利于提高能源安全。而且,煤基乙醇替代粮食法乙醇可以提高粮食安全水平,按照粮食法乙醇在工业上每年400万吨的用量,被煤基乙醇替代后,每年最少能节约1200万吨粮食。同时,煤基乙醇单位成本较生物法乙醇低2000元左右,能够创造良好的经济效益。

  加快扩容示范

  中国科学院大连化学物理研究所与陕西延长石油集团通过开展产学研强强合作,经过多年努力,在世界上首次开发了合成气、甲醇制无水乙醇技术(DMTE),依托该技术建设的全球首套10万吨/年煤基乙醇工业示范装置于2016年底在陕西兴化建成,并于2017年1月产出合格无水乙醇产品,纯度达99.71%。

  DMTE技术是原料煤经气化、变换、净化变成合成气,一部分合成气用于生产甲醇,一部分合成气经气体分离装置分离出CO和H2。甲醇脱水后生成二甲醚,二甲醚与CO羰基化反应生成乙酸甲酯,乙酸甲酯加氢生成乙醇。该技术替代粮食发酵的传统工艺路线,为化学法制乙醇提供了新的可行路径。

  10万吨/年煤基乙醇项目于2017年1月开车成功,至今稳定运行。项目证明了DMTE技术路线的可行性并为该技术的工程放大提供了现场数据。同时,项目运行以来进行了大量改造,各类技术问题和工程问题得到解决,起到了工业示范作用。从2020年初至今,该项目每月净利润在1000万元以上,为企业赢得了效益,为此,陕西兴化股份公司(延长石油集团、兴化集团是股东)还在厂区规划了第二套10万吨/年乙醇装置,目前已完成基础工程设计,计划2022年投产。

  同时,2020年6月6日,延长石油榆神能化公司50万吨/年煤基乙醇项目在榆林能源重化工基地奠基。该项目作为榆林地区十大标杆能化项目之一,是在2017年兴化10万吨/年煤基乙醇项目成功投产后,首套再放大的工业化装置,在行业中具有重要的示范引领作用。

  50万吨/年煤基乙醇项目仍以中科院大连化物所和延长石油共同研究开发的DMTE技术为核心工艺技术,总投资约70亿元,设计年产无水乙醇50万吨,实现年销售收入35亿元以上,年均净利润10亿元以上,解决1000个就业岗位。截至目前,项目混凝土浇筑累计完成64.95%,给排水管道累计完成60%,钢结构安装累计完成19.25%。工艺设备陆续到货并开始安装。

  DMTE技术特点包括:采用非贵金属催化剂;介质腐蚀性小,装置多为普通材质;反应目标产物收率高,物耗低;装置“三废”排放少,绿色环保;成本低。相比之下,乙醇工业合成技术路线及合成气一步法制乙醇、醋酸加氢制乙醇、醋酸乙酯加氢制乙醇存在以下问题:需采用贵金属催化剂;介质易腐蚀,材质要求高;成本高。因此,榆神能化50万吨/年煤基乙醇项目是真正意义上的从煤到乙醇的全厂性项目,具有重要引领作用。北京石油化工工程有限公司(BPE)作为DMTE技术的工程化合作单位,正优化设计,打造精品工程。

  促技术及装备升级

  近年来,随着全球经济形势下行和新冠肺炎疫情爆发双重影响,国内动力煤市场低迷、国际油价持续高位运行,要求我国需更加重视煤炭的高效利用,促使煤化工产业逐步变强,煤制乙醇、煤制芳烃、煤制天然气等各种新型煤化工项目不断涌现和发展。同时,随着疫情席卷全球,口罩、消毒剂、防护服等一系列产品的需求量猛增,从化工角度来看,不论口罩还是消毒剂,都离不开石油、煤化工的原料供应。此外,随着社会经济持续发展,能源化工也在加快复苏。

  政策方面,“互联网+”“智慧能源”等概念提出,为能源化工下一步发展提出了可能。2020年5月,国务院发布的《关于新时代推进西部大开发形成新格局的指导意见》提出,优化煤炭生产与消费结构,推动煤炭清洁生产与智能高效开采,积极推进煤炭分级分质梯级利用,稳步开展煤制油、煤制气、煤制烯烃等升级示范。2021年4月,国家能源局发布的《2021年能源工作指导意见》透露,要研究制定煤炭清洁高效利用关键技术攻关方案,设立专项重点推动。

  这将有力推动榆神能化50万吨/年煤基乙醇项目工程今年全面铺开和实施,标志着我国已具备设计和建造煤基乙醇大型工程的能力,掌握其核心技术。项目不仅在国内外煤化工领域形成技术领先优势,还将带动整个产业发展,影响产业链下游企业和附加产品生产。如改变了部分甲醇厂、二甲醚厂的生产格局,优化了产品方案,释放了产能,有望将亏损降产能企业改造成拥有新产能、新产品的企业。

  同时,项目开辟了煤化工产业研发、服务、生产、建造和管理一条龙全产业链新机制,开辟了多家单位联合生产、联合攻关乙醇产品的新模式,补链增链并提升了经济性,攻克了许多技术难关和“卡脖子”问题,取得了宝贵的研发经验,提升了技术队伍的整体实力。

  总的来说,近年来我国虽然在新型煤化工领域取得一些重大突破,但还不完全具备超大规模产业化的条件,系统集成水平和污染控制技术仍有待提升,生产稳定性和经济性有待验证,行业标准和市场体系有待完善,产业整体仍处于升级示范阶段。通过建设榆神能化50万吨/年煤基乙醇项目,将提升气体净化、大型低压合成等技术及其重大装备水平,有力推动新工艺、新技术生产标准形成。
 
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