近日，由中國科學院大連化學物理研究所、陜西延長石油(集團)有限責任公司和延長中科(大連)能源科技股份有限公司共同開發的二甲醚經乙酸甲酯制乙醇技術，獲得了2024年度中國石油和化學工業聯合會科學技術獎唯一的技術發明特等獎。
項目團隊從實驗室基礎研究到工業應用技術開發再到實現大規模工業化，讓二甲醚經乙酸甲酯制乙醇技術實現了“從0到1再到100”的突破，開辟了煤制乙醇新的發展方向，促進了乙醇戰略新興產業快速形成，為中國產業結構低碳化轉型和“雙碳”目標實現提供了有力的技術支撐。
創新非糧乙醇合成路線
乙醇是重要的基礎化學品和公認的優良汽油添加劑，長期依賴糧食和糖類生產。因涉及糧食安全問題，目前我國燃料乙醇產量僅占全球產量的3.3%左右；而在我國化石能源資源儲量中，煤炭占比達95%。故而開辟煤制乙醇技術路線對保障我國能源安全、糧食安全和化工產業鏈穩定具有重要意義。
乙醇以玉米、甘蔗、薯類等農產品為主要原料、采用發酵法生產。我國人多地少，會造成與人爭糧、與糧爭地的問題。而以石油為原料的乙烯水合制乙醇路線，由于當前原料和產品價格倒掛，無法實現工業化。
為了讓乙醇生產與糧食脫鉤，大連化物所劉中民團隊于2010年開始致力于全新非糧乙醇合成路線的研究。通過大量的創新性研究和攻關，他們開發了一條以煤基合成氣為原料，經二甲醚羰基化、乙酸甲酯加氫制乙醇的工藝路線；研制出可工業化生產的二甲醚羰基化催化劑和乙酸甲酯加氫催化劑；設計開發了相應的反應器，編制了工藝包，形成了具有自主知識產權的成套技術，完成了世界首次10萬噸/年乙醇工業示范和大規模工業化生產。
關鍵催化劑相繼獲突破
長期以來，煤經合成氣直接制乙醇是個全球性挑戰，因難以回避貴金屬催化劑效率低、腐蝕嚴重、設備成本高等問題，一直難以實現工業化生產。
大連化物所提出以煤基合成氣為原料，經甲醇、二甲醚羰基化、加氫合成乙醇的工藝路線，采用非貴金屬催化劑，可以直接生產無水乙醇，是一條環境友好型新技術路線。
在二甲醚羰基化過程中，研究團隊發展了絲光沸石(MOR)分子篩定向合成技術，成功實現酸中心在MOR分子篩八元環孔道中的優先落位控制，提高了催化活性；通過對十二元環孔道酸中心的化學修飾，避免副反應的發生，解決了MOR分子篩穩定性難題。在此基礎上，他們成功開發出性能優異的二甲醚羰基化催化劑，并首次實現分子篩催化劑在氣固相反應體系中的長壽命運行，進一步發展了催化劑工業制備技術，實現了規模化生產。
在乙酸甲酯加氫制乙醇過程中，研究團隊采用全新方法解決了銅基催化劑在共沉淀制備過程中局部過熱和物料偏析的難題，實現了對前驅體物相和組成及銅物種晶粒尺寸的精準調控，成功開發溫和條件下高活性高穩定性、可有效抑制副反應的乙酸甲酯加氫銅基催化劑，也實現了工業放大和規模化生產。
與此同時，研究團隊針對二甲醚羰基化反應和乙酸甲酯加氫反應放熱強、對反應溫度敏感的特征，開發出專用列管式固定床反應器和相應的溫度精確調控方法，在工業示范和工業化裝置上實現了平穩運行。
促進乙醇產業快速興起
在此基礎上，大連化物所和陜西延長石油集團聯合開展合成氣制乙醇整套工藝技術研發工作，于2013年完成了項目中試研究，并系統研究了分離、循環、換熱和材質等關鍵因素，編制了工藝包，形成了二甲醚經乙酸甲酯制乙醇成套技術。
2017年，具有自主知識產權的全球首套10萬噸/年煤基乙醇工業示范項目打通全流程，生產出合格無水乙醇，實現了世界首次工業示范。2022年后，榆神50萬噸/年煤基乙醇項目和安徽淮北礦業60萬噸/年乙醇生產裝置相繼建成投產，成為分子篩催化醚類羰基化生產含氧化合物的工業化實例。
值得關注的是，這套60萬噸/年乙醇生產裝置與以往大不相同，除了規模更大、難度更高、面臨的問題更為復雜之外，還以焦爐煤氣制取的甲醇和以混煤及焦粉制取的合成氣為原料，實現了焦爐煤氣和煤炭的共同利用。這條非糧乙醇生產路線的成功實現了由鋼廠尾氣到清潔燃料乙醇的大規模生產，降低了鋼廠、煉焦廠污染廢氣的排放，促進了鋼鐵、能源、環境等行業的低碳化融合發展。
除煤、鋼廠煤氣和天然氣外，該技術也可以采用生物質或二氧化碳為原料制備乙醇，具有廣泛的原料適應性。目前，該技術已簽訂了14套技術許可合同，涉及年產能455萬噸，并已經實現商業化運行5套。可以預見的是，隨著非糧乙醇生產裝置的陸續投產，一個新興的乙醇戰略產業正在快速興起。未來，非糧乙醇作為重要的可再生清潔燃料，有望被應用于汽車燃料和其他工業領域，為推動清潔能源的發展和可持續化帶來更多可能。
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