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“因為煤,所以美”

——我國新一代煤制乙二醇技術誕生始末

2019-5-28 9:24:33 來源:中國礦業報 本報記者:張繼勇

前不久,記者隨中國石油和化學工業聯合會煤化工專委會專家一行來到貴州黔西南州的巴鈴煤化工工業園區,考察了園區內新一代煤制乙二醇項目。調研會上,中國科學院福建物質結構研究所研究員姚元根介紹,與中石化廣州工程有限公司、貴州鑫醇科技發展有限公司聯合開發的新一代煤制乙二醇技術千噸級中試裝置穩定運行超過1000小時,各項技術和經濟指標顯著優于現有技術。

據介紹,乙二醇是重要的化工原材料,在工業和民用領域具有不可或缺的作用。近些年來,隨著我國經濟的增長以及人民對物質生活的不斷追求,對于乙二醇這種基礎化工原材料的需求也不斷攀升。

據統計,去年我國乙二醇消費量繼續增長,凈進口量約1000萬噸。在生產領域,我國煤制乙二醇已建成了一批示范工程,形成了一定產業規模。2017年新增產能20萬噸,總產能達到270萬噸/年;全年產量達到153.6萬噸。

國家需求在哪,科研陣地在哪

一直以來,石油化工獨占化工原材料的大半個江山,每年有數千萬噸石油成為化工產業的原材料,如果開發出一種可以替代石油的原材料,就相當于發現了一個大型油田。而且,我國又是一個“缺油少氣”的國家。“以煤為原料”——早在上世紀80年代就有學者提出,這不僅符合我國資源稟賦的特點,而且在成本上比石油化工也有所降低。因此,開辟出以煤為原料制乙二醇,成為科學界的“追捧對象”。

姚元根向記者坦言:“我們研究開發煤制乙二醇技術,是將目光瞄準國家重大需求和世界煤化工技術發展前沿,研發煤制乙二醇及其相關共性技術,引領國際煤制乙二醇技術的發展方向,延伸煤制乙二醇的技術和產品,并高效利用我國豐富的煤炭資源,生產高附加值的大宗化學品和精細化學品。”

由此我們不難看出,姚元根正是抓住了我國富煤的這一資源稟賦特征,力爭在煤炭清潔利用和多元化發展方面走出一條新路。

煤制乙二醇是繼石油路線制乙二醇的又一技術創新,對于煤炭清潔高效利用具有不可替代的作用。目前國內已有10多家單位開展了煤制乙二醇技術研發,涌現出一批科研成果,其中掌握產業化核心技術的代表當屬中國科學院福建物質結構研究所(簡稱“福建物構所”)。

去年8月,中國石化聯合會組織專家對貴州省興仁巴鈴工業園區的新一代煤制乙二醇工業試驗進行了連續70多個小時的現場考核。最終確認,新一代煤制乙二醇技術工業試驗成功打通了全部工藝流程,在能耗指標和排放、產品質量等方面均達到了預期目標。

在貴州黔西南州興仁市巴鈴重工業園區內,這個年產數十萬噸的煤制乙二醇產線沒有一絲異味,園區里面樹木成蔭,芳草茵茵。

時光荏苒,歲月如梭。如今巴鈴重工業園區的煤制乙二醇項目已實現60萬噸/年的產能,新一代煤制乙二醇產業項目通過立項、社會穩定風險評估,目前正在準備林地占用、環境影響評價報告、節能評估等項目前期工作。

攻克艱難險阻,開創技術先河

雄關漫道真如鐵,而今邁步從頭越。在這一偉大科技成果背后,是福建物構所煤制乙二醇團隊一步步在科學道路上披荊斬棘、攻克難關的結果。

生于1962年的姚元根是我國著名科學家盧嘉錫先生的學生。作為訪問學者,他到訪過英國Newcastle大學,曾在日本岡山理科大學學習和工作,回國后任中科院福建物質結構研究所副所長,主要研究煤制乙二醇技術及其新型催化劑、重要生物過程中的結構化學,截至目前已發表研究論文200多篇,申請中國發明專利60余項,他領導的團隊開辟了煤制乙二醇技術的先河。

據了解,一氧化碳催化合成草酸酯技術是煤制乙二醇技術的重要組成部分,上世紀90年代連續兩次被確定為國家重點科研攻關項目。中科院福建物構所經過多年努力,獲得了一系列具有完全自主知識產權的小試技術和模試技術。2005年,中科院福建物構所決定讓時任中科院福建物構所副所長的姚元根研究員擔任煤制乙二醇技術攻關組組長。

貴州省興仁縣巴鈴工業園煤制乙二醇項目裝置

通往成功的道路上,從來都不會一帆風順。2008年,第一代煤制乙二醇技術研發成功,但其貴金屬用量較大,選擇性和穩定性還需進一步提高,同時乙二醇品級率較低,能耗相對較大。針對以上問題,姚元根和他的團隊開發了全新的三種核心催化劑,優化了工藝流程和產品提純方案,大幅度提高了各項技術和經濟指標。

經過多年研發,姚元根和他的團隊不負重望,形成了第一代煤制乙二醇技術,并率先在國際上實現工業化,引領了世界煤制乙二醇技術的發展方向。2009年3月,萬噸級煤制乙二醇成套工藝技術通過了中國科學院組織的技術鑒定并步入工業化。同時,內蒙古通遼金煤化工公司采用中科院福建物構所研發的第一代煤制乙二醇技術,建成了全球第一套年產20萬噸煤制乙二醇示范生產裝置,結束了全球僅靠石油生產乙二醇的歷史。

姚元根和他的團隊沒有躺在過去的成績單上裹足不前,而是繼續勇攀科學高峰。2008年開始,姚元根帶領研發團隊啟動了新一代煤制乙二醇技術研發。經過數年的不懈努力,2013年,新一代煤制乙二醇技術通過專家的技術論證。該項技術具有完全自主知識產權,申請了52項國家發明專利,目前已獲得授權專利15項。

“第一代技術生產一噸乙二醇成本約5000元,新一代煤制乙二醇技術比第一代煤制乙二醇技術每噸節約成本近1000元,年產60萬噸煤制乙二醇每年實現產值近50億元,可實現利稅25億元左右。”姚元根信心滿滿地說。

安全成就當代,科技成就未來

眾所周知,安全是一個不容忽視的話題,也是企業生產中最為重要的環節。據姚元根介紹,新一代煤制乙二醇技術在安全環保方面,加強了對一氧化碳、亞硝酸甲酯、氫氣等危險氣體的安全處理,對于殘余的氫氣和一氧化碳,在充分吸收利用后通過馳放氣系統送到火炬,通過燃燒實現廢氣處理。對于氮氧化物和亞硝酸甲酯等含氮化合物,通過高效的吸收工藝處理后達標排放。

在廢水處理方面,新一代煤制乙二醇對從酯化塔出來的稀硝酸進行還原處理后循環利用。而第一代煤制乙二醇技術是將1%~5%的稀硝酸排出,交給專業的廠家處理,導致含酸廢水的處理成本很高。新一代煤制乙二醇技術則可以將2%的稀硝酸還原成亞硝酸甲酯回到體系里,然后將剩下含0.2%稀硝酸的廢水輸送到自備水處理裝置進行處理后,低于國家標準排放。

在廢渣處理方面,新一代煤制乙二醇技術的廢渣主要有2噸~3噸失效的催化劑。將這部分失效的催化劑交回生產催化劑的廠家進行專業回收處理,回收廢催化劑里的貴金屬以及其他金屬元素。

科技成果最終目的是要轉化為生產,服務于社會,給企業帶來效益。姚元根介紹:“我們充分發揮了不等不靠不要的精神,采取科研、工藝技術和資本互相結合的模式,主動與企業對接。”在技術推廣的工作中,姚元根始終親力親為,到企業一線,了解企業情況和企業需求。

最后,姚元根透露,目前正在籌劃省級工程技術研究中心,未來的目標是把實驗室發展成國家級工程技術研究中心。“在接下來的兩三年時間內,我們將全力推進新一代煤制乙二醇技術的60萬噸工業示范,并在2020年實現投產。”

千淘萬漉雖辛苦,吹盡狂沙始到金。在貴州巴鈴工業園區內,一座座現代化工藝裝置正在高效運轉。頭戴安全帽、身穿工作服的姚元根正在手持繪紙與其他工作者匯聚、交流著思想。這位致力于改變煤炭本身面貌的科學家,正在用自己的實際行動改變著人們對于煤炭的傳統觀點,讓煤炭變得更加清潔、高效。□

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