环球规模最大的60万吨/年乙醇生产装置在我国启动试生产，产出合格无水乙醇，开辟了非粮乙醇生产新路线……日前，中国科学院公布的一则引起了业界的关注。乙醇是天下公认的优秀汽油添加剂，也是主要的根本化学品。由于传统乙醇生产工艺涉及与人争粮、与粮争地的问题，因此，开辟非粮乙醇生产路线对付一个国家而言具有计策意义，其技能开拓也是天下范围内共同面临的长期寻衅。
2023年10月，位于安徽省的60万吨/年乙醇生产装置培植现场。
本日，我们请中国科学院大连化学物理研究所副研究员房旭东来说说非粮乙醇的生产技能，及其对国家能源安全、低碳发展的科学意义。
乙醇生产开辟新技能路线
要理解非粮乙醇，我们先要知晓什么是乙醇及乙醇的浸染。乙醇是一种有机化合物，俗称酒精，在常态下为一种易燃、易挥发的无色透明液体，独具分外喷鼻香味。乙醇的用场广泛，我国每年用于酒精类饮品生产的乙醇超过200万吨，它在日常生活中也可作为溶剂、消毒剂存在，用于清漆、扮装品、油墨、脱漆剂等制造过程。更主要的是，乙醇是被广泛认可的环保清洁燃料，作为汽油添加剂能显著提升汽油品质，减少车辆尾气排放的污染。除此之外，乙醇还可转化为乙烯，用于下贱风雅化学品的生产。
乙醇合成一贯是各国技能研发的热点。我国乙醇的制造历史悠久，经历了多个发展阶段。在20世纪50年代之前，乙醇紧张依赖于农产品，采取发酵法生产，以玉米、甘蔗等为紧张质料。这一传统方法相对环保，但生产速率较慢，须要大量的农作物和韶光。随着科学技能的进步，我国逐渐引入了化学合成法，丰富了乙醇生产的技能路线，其范例代表是利用石油化工过程将乙烯转化为乙醇，虽然生产速率快，但由于乙烯的生产严重依赖石油资源，缺少经济性，目前已经很少利用。
现阶段，我国正在积极发展新型煤化工（以煤为质料，经化学加工使煤转化为气体、液体和固体燃料及化学品的过程）技能，推动煤炭的高效清洁转化。个中,以合成气为媒介制造乙醇是目前新型煤化工研究的主要方向。合成气是指以一氧化碳和氢气为紧张组分，用作化工质料的一种质料气，它可由煤或焦炭等固体燃料气化产生，也可由天然气和生物质气化制取，还可由我国丰富的钢厂尾气分离生产。
这次引发关注的非粮乙醇生产项目，其文章就做在了“高效清洁转化”上面。官方中“环球规模最大的60万吨/年乙醇生产装置”所采取的正是中国科学院大连化学物理研究所（以下简称大连化物所）和陕西延长集团共同开拓的具有自主知识产权的合成气制乙醇工艺技能（DMTE技能）。大略地说，这种技能成功将焦炉煤气转化为甲醇，并进一步将其转化为乙醇，不仅大幅提高了附加值，还为钢铁与石化行业低碳化领悟发展供应了可行路子。利用这种技能路线生产出的无水乙醇（常日指纯度高达99.5%以上的乙醇产品），由于其纯度高、溶解性强，在化工、制药等领域有着广泛运用。
这是一条全新的非粮乙醇合成路线，采取全新的分子筛催化剂和铜基催化剂，反应过程中的产物紧张为醇和酯，无堕落性，具有较大的经济效益和开拓前景。该技能路线的成功开拓，对我国石油化工质料替代、保障国家能源安全、优化生态环境和做事国民经济培植具有主要的计策意义。
为什么要研究非粮乙醇
在世界上，传统乙醇常日采取玉米、甘蔗等粮食作物作为质料进行生产，非粮乙醇则采取生物质（指通过光合浸染而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物）、煤、天然气等非粮食资源生产。
美国爱荷华州依赖农作物进行燃料乙醇生产。资料图
研究非粮乙醇与我国乙醇市场的现状有关。中国工程院院士、大连化物所研究员刘中民先容，“我国乙醇市场需求大、产能严重不敷，2022年，我国以陈粮发酵路线生产的燃料乙醇约270万吨，缺口达1000万吨。”因此，发展非粮乙醇生产技能，能够扩大可用质料范围，降落能源生产对有限资源的过度依赖。
粮食安全是环球面临的另一个巨大寻衅。以玉米、小麦、甘蔗等为质料的传统乙醇生产方法对粮食作物有较大需求，而这些作物也是人类紧张的食品来源。过度利用粮食作物用于生产燃料会对食品供应造成影响，进而影响环球粮食安全。目前，环球约90%的乙醇依然采取农作物发酵生产，尤其是作为燃料乙醇生产和消费大国的美国和巴西，他们分别采取玉米和甘蔗为质料生产乙醇。然而，随着环球对燃料乙醇的需求不断扩大，美国、巴西等国也将面临“与人争粮”的问题。
显而易见，研究非粮乙醇的生产对付避免与人争粮、减少对粮食作物的依赖、保障国家粮食安全具有主要意义，并且能为可持续能源的发展供应更多可能性。
鉴于此背景，刘中民院士团队于2010年开始研究煤制乙醇技能关键催化剂，致力于开拓一条全新的非粮乙醇合成路线。2013年，项目取得打破性进展，各项工艺指标达到工业化运用的哀求。2014年，团队联合陕西延长集团开展“煤基乙醇成套工艺技能的开拓”。该技能采取来源广泛（如煤、天然气、生物质、钢厂煤气等）的合成气为质料，经二甲醚羰基化、加氢合成乙醇的工艺路线，并采取非贵金属催化剂，可以直接生产无水乙醇。2017年，环球首个10万吨/年合成气经二甲醚羰基化/加氢制乙醇工业示范项目一次投产成功，表明我国在世界上率先拥有了设计和培植百万吨级大型乙醇工厂的能力。
干系资料显示，2022年，我国燃料乙醇产量约270万吨，而我国汽油表不雅观消费量约1.3亿吨，若按10%的比例添加乙醇，燃料乙醇需求量约为1300万吨，市场缺口高达1000万吨。如今，60万吨/年乙醇生产装置试生产的启动，验证了合成气制乙醇工艺技能，即DMTE技能的前辈性和可靠性，为将来大规模运用打了一剂强心针，同时有望办理海内燃料乙醇短缺的问题。
推动钢铁焦化家当低碳化转型
值得关注的是，这次60万吨/年DMTE技能的工业运用与以往大不相同，除了规模更大、难度更高、面临的问题更为繁芜之外，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质料，实现了焦炉煤气和煤炭的共同利用。因此，这次DMTE技能的运用不仅为煤炭的清洁、低碳、高效转化供应了技能支撑，对付推动钢厂煤气高附加值利用，促进钢铁与能源化工行业折衷发展，助力中国能源和家当构造低碳化转型也具有重大意义。
我国是钢铁生产大国，2022年全国粗钢产量超过10亿吨，钢铁、焦化等行业二氧化碳排放量较大，减排难度也不小。在国家“双碳”目标的大背景下，打破现有的工艺流程，重塑钢铁、焦化等家当的发展模式是一项紧迫的关键任务。以钢铁家当为例，生产钢铁的同时会产生大量尾气，俗称钢厂尾气，其紧张身分为一氧化碳、氢气。目前，钢厂尾气紧张通过燃烧用于加热和发电，从而实现资源的再利用，但存在热能利用效率低且天生大量二氧化碳等缺陷，亟需探求新的技能实现资源再利用。
“如果大量的钢厂尾气利用DMTE技能天生乙醇，那将会实现清洁燃料乙醇的大规模生产，知足社会对燃料乙醇的需求，在担保经济效益的条件下，带动一个新家当。”刘中民院士说。我国现有超1000亿Nm3（Nm3为体积单位，指在0℃时1个标准大气压下的气体体积）的钢厂尾气，如果把这个气体量转化为水体积，相称于可以填满几千个标准奥运拍浮池。也便是说，非粮乙醇生产路线的研发可实现由钢厂尾气到清洁燃料乙醇的大规模生产，降落钢厂、炼焦厂污染废气的排放，促进钢铁、能源、环境等行业的低碳化领悟发展。
提升清洁能源领域国际影响力
可以说，关于非粮乙醇生产的科研探索具有能源供应、粮食安全、环境保护、经济发展等多重意义。这不仅是对国家的贡献，更是对环球可持续进步的一种贡献。
对付我国而言，这次60万吨/年乙醇生产装置试生产项目以焦炉煤气制取的甲醇和以混煤及焦粉制取的合成气为质料，代替粮食制取乙醇，这项成果已经成功实现了高附加值乙醇的大规模生产，显著降落了乙醇生产对粮食的需求。截至目前，DMTE工艺技能已经签订技能容许条约13套，累计产能达395万吨，产值达250亿元。完备投产后，相称于可以节约粮食约1200万吨，能有效办理“与人争粮、与粮争地”的问题。同时，基于焦炉煤气制甲醇，也将为清洁燃料乙醇的大规模商业化生产铺平道路，并有效降落钢厂和炼焦厂的污染废气排放，实现钢铁、能源、环境的共赢。
总之，采取非粮乙醇生产路线是中国燃料乙醇发展的一定选择。首先，它有助于保障粮食安全，减少对粮食作物的需求，确保粮食供应充足；其次，可促进能源多元化发展，降落对传统能源的依赖，提高能源安全水平；第三，以非粮物质生产乙醇有助于保护生态环境，减少对环境的污染；第四，此举也将带动家当链发展，推动经济增长，并提升中国在清洁能源领域的环球影响力。
综上所述，便不难明得为何说非粮乙醇生产路线是对粮食安全、能源安全和环境保护的主要计策举措。当然也应理性认识到，打破催化剂技能、质料多样性和本钱效益、技能工艺完善、家当化和商业化运用、环境可持续性等关键瓶颈至关主要，顺利应对这些寻衅须要跨学科的互助、技能创新和持续的投入。
可以预见的是，随着多个非粮乙醇生产装置的陆续投产，一个新兴的乙醇计策家当正在快速兴起。未来，非粮乙醇作为主要的可再生清洁燃料，在科技领域具有巨大的发展潜力，将被广泛运用于汽车燃料和其他工业领域，为能源转型和环境保护，以及推动清洁能源的发展和可持续化带来更多的可能。
（供图：视觉中国）
