來(lái)源：《中國(guó)科學(xué)報(bào)》
發(fā)布時(shí)間：2021-01-04
坐落在陜西省興平市興化集團(tuán)廠區(qū)內(nèi)的10萬(wàn)噸/年合成氣制乙醇科技示范項(xiàng)目。 王輝供圖
■本報(bào)記者 卜葉
乙醇作為一種重要的化工原料，工業(yè)上常通過(guò)糧食發(fā)酵或石油裂解來(lái)制取。然而這兩種方法都不完美：糧食發(fā)酵面臨“與人爭(zhēng)糧”的尷尬，石油裂解成本較高且會(huì)加劇我國(guó)石油對(duì)外依存度。因此，“煤制乙醇”對(duì)我國(guó)具有重要意義。
2014年，中國(guó)工程院院士、中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所（以下簡(jiǎn)稱大連化物所）所長(zhǎng)劉中民團(tuán)隊(duì)在煤制乙醇領(lǐng)域取得重大突破，研究成果具備工業(yè)化示范條件。
以此為起點(diǎn)，煤制乙醇技術(shù)成果轉(zhuǎn)化落地的大幕漸啟。
一個(gè)年產(chǎn)值百億元的創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)
“近幾年，團(tuán)隊(duì)分頭到全國(guó)各地推廣煤制乙醇技術(shù)，總計(jì)為企業(yè)做過(guò)200多個(gè)項(xiàng)目建議方案。” 延長(zhǎng)中科（大連）能源科技股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱延長(zhǎng)中科）總經(jīng)理王輝告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，在各方的支持和努力下，今明兩年將有6個(gè)煤基乙醇項(xiàng)目陸續(xù)開(kāi)工建設(shè)，并有望實(shí)現(xiàn)向“一帶一路”沿線國(guó)家技術(shù)輸出。
2017年，全球首套煤基乙醇工業(yè)示范裝置——10萬(wàn)噸/年乙醇項(xiàng)目在陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱延長(zhǎng)石油集團(tuán)）下屬的興化公司一次性投產(chǎn)成功；同年，延長(zhǎng)石油集團(tuán)啟動(dòng)全球最大規(guī)模煤基乙醇項(xiàng)目——50萬(wàn)噸/年煤基乙醇項(xiàng)目的建設(shè)。自此后，煤制乙醇技術(shù)逐漸在全國(guó)“遍地開(kāi)花”。
王輝介紹，受甲醇行業(yè)持續(xù)低迷、乙醇市場(chǎng)行情走高、新冠疫情導(dǎo)致消毒酒精緊缺及煤制乙醇技術(shù)認(rèn)知度不斷提高等因素提振，目前，煤基乙醇工業(yè)項(xiàng)目在建產(chǎn)能已達(dá)到200萬(wàn)噸/年，一個(gè)年產(chǎn)值過(guò)百億元的新型煤化工創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)正在我國(guó)形成。
建一套“打樣兒”裝置
2014年，劉中民團(tuán)隊(duì)的煤制乙醇技術(shù)取得突破后，相關(guān)成果沒(méi)有成為裝點(diǎn)檔案室的文件夾。
成果通過(guò)中國(guó)石化聯(lián)合會(huì)鑒定后，延長(zhǎng)石油集團(tuán)與大連化物所簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，共同致力于煤制乙醇技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用。同年，延長(zhǎng)石油集團(tuán)啟動(dòng)全球首套煤基乙醇工業(yè)示范項(xiàng)目——10萬(wàn)噸/年工業(yè)示范裝置的建設(shè)。
正是在此之際，雙方謀劃成立了延長(zhǎng)中科，作為推廣煤制乙醇專利技術(shù)及生產(chǎn)配套催化劑的“根據(jù)地”，全力保障打通煤制乙醇技術(shù)到產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的“最后一公里”。
2017年1月，世界首套10萬(wàn)噸/年煤制乙醇工業(yè)示范裝置一次開(kāi)車(chē)成功。
“工業(yè)裝置靜設(shè)備、動(dòng)設(shè)備、管線、閥門(mén)及儀表繁多，一次開(kāi)車(chē)成功非常難得。至今回憶起來(lái)，參與研發(fā)和開(kāi)工的團(tuán)隊(duì)成員還很興奮?！毖娱L(zhǎng)中科技術(shù)研發(fā)部部長(zhǎng)裴仁彥說(shuō)。
“實(shí)驗(yàn)室做出的成果僅僅是樣機(jī)或樣品，如何完成批量化生產(chǎn)，如何保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性、一致性，標(biāo)準(zhǔn)如何建立，如何運(yùn)輸、交付，售前、售后……幾乎每一步都有難題需要解決?！蓖踺x說(shuō)，而且，項(xiàng)目是否成功，除了看技術(shù)上的可行性，還要關(guān)注投資成本，衡量投入是否為企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益。
為此，所企雙方共同設(shè)立了“工藝包設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)”。該團(tuán)隊(duì)主要結(jié)合示范裝置運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)煤制乙醇工藝包進(jìn)行修改、優(yōu)化和完善。
經(jīng)過(guò)一系列的節(jié)能技術(shù)應(yīng)用，煤基乙醇技術(shù)各項(xiàng)消耗指標(biāo)大幅下降，技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性更加凸顯。近4年來(lái)，10萬(wàn)噸/年煤制乙醇工業(yè)示范裝置運(yùn)行平穩(wěn)，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)水平。
“該裝置的設(shè)計(jì)、建設(shè)具有示范作用?！蓖踺x說(shuō)。
不過(guò)王輝也表示，改進(jìn)是否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，都要進(jìn)行長(zhǎng)期的工業(yè)驗(yàn)證。從示范到更廣泛的工業(yè)應(yīng)用，需要不斷查找現(xiàn)有工藝流程和裝置的不足，并加以改進(jìn)，一刻都不能放松。
摸透催化劑的“脾氣”
催化劑研發(fā)是煤制乙醇技術(shù)的核心。從實(shí)驗(yàn)室的“克級(jí)”制備到工業(yè)的“噸級(jí)”生產(chǎn)，放大過(guò)程中的每個(gè)參數(shù)都會(huì)影響催化劑結(jié)構(gòu)，最終影響反應(yīng)性能。研究人員都希望催化劑性能呈現(xiàn)“正效應(yīng)”，但很多時(shí)候事與愿違，會(huì)出現(xiàn)“負(fù)效應(yīng)”，導(dǎo)致催化劑性能達(dá)不到工業(yè)裝置設(shè)計(jì)要求。
在裝置可行性論證過(guò)程中，延長(zhǎng)中科團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，催化劑失活速度太快，與預(yù)期嚴(yán)重不符。
“當(dāng)時(shí)，團(tuán)隊(duì)里每個(gè)成員都非常著急，集體決定放棄春節(jié)假期，堅(jiān)守在崗位做實(shí)驗(yàn)，尋找原因和改進(jìn)辦法?！迸崛蕪└嬖V《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，實(shí)驗(yàn)失敗了一次又一次，大家誰(shuí)也沒(méi)有輕言放棄。
“任何催化劑都有獨(dú)特的‘脾氣’，溫度、壓力、空速、進(jìn)料組成及生產(chǎn)條件都會(huì)對(duì)催化劑效果產(chǎn)生影響?！迸崛蕪┱f(shuō)，相較實(shí)驗(yàn)室，催化劑的生產(chǎn)過(guò)程步驟多，條件更難控制。這就要求研發(fā)團(tuán)隊(duì)要不斷優(yōu)化工藝，批量生產(chǎn)出符合工業(yè)化要求的催化劑。
為了加快催化劑的量產(chǎn)步伐，煤制乙醇技術(shù)團(tuán)隊(duì)核心成員之一、大連化物所副研究員劉勇主動(dòng)請(qǐng)纓來(lái)到延長(zhǎng)中科，與公司其他部門(mén)一起協(xié)力完成催化劑生產(chǎn)設(shè)備的安裝、調(diào)試、運(yùn)行，幫助解決技術(shù)難題。
劉勇告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，按照目前的進(jìn)度，年產(chǎn)1000噸催化劑的建設(shè)項(xiàng)目有望2021年春天投產(chǎn)——這將保證為全國(guó)煤基乙醇裝置提供高品質(zhì)的催化劑。
“催化劑的開(kāi)發(fā)，直到最終能夠在反應(yīng)裝置高效平穩(wěn)運(yùn)行，是研發(fā)人員無(wú)數(shù)個(gè)日夜、不斷嘗試的結(jié)果。”裴仁彥說(shuō)，一項(xiàng)科研成果從實(shí)驗(yàn)室最終走向工業(yè)化從來(lái)不可能一蹴而就，科研和工程人員必須踏踏實(shí)實(shí)、一步一個(gè)腳印地解決每一個(gè)問(wèn)題，任何的輕慢和疏忽大意都可能導(dǎo)致之前的努力付之東流。
轉(zhuǎn)化有困難，科研來(lái)幫忙。技術(shù)研究與成果轉(zhuǎn)化團(tuán)隊(duì)親如一家的聯(lián)動(dòng)模式，和他們展現(xiàn)出的“逢山開(kāi)路、遇水架橋”的勁頭，為成果落地奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
不僅是技術(shù)轉(zhuǎn)化公司
跟延長(zhǎng)中科成果轉(zhuǎn)化團(tuán)隊(duì)頻繁打交道的劉勇，對(duì)他們印象深刻。
“這支隊(duì)伍跟其他成果轉(zhuǎn)化隊(duì)伍很大的不同是，他們有很強(qiáng)的科研能力，彼此間的交流溝通很通暢?！眲⒂抡f(shuō)：“這與延長(zhǎng)中科技術(shù)團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期身負(fù)技術(shù)攻關(guān)任務(wù)有關(guān)?！?/p>
“延長(zhǎng)中科不僅是一個(gè)技術(shù)轉(zhuǎn)化公司，更是一個(gè)技術(shù)研發(fā)公司?！碧峒按耍踺x舉了個(gè)例子：在技術(shù)推廣過(guò)程中，不同客戶的需求并不完全相同，因此工藝包就不能完全復(fù)制；這樣一來(lái)，團(tuán)隊(duì)就要不斷在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上重新設(shè)計(jì)、調(diào)整，根據(jù)客戶需要按需定制。
裴仁彥對(duì)此感受頗深。“團(tuán)隊(duì)給客戶承諾生產(chǎn)出乙醇，但每個(gè)客戶的生產(chǎn)條件并不一樣，客戶提供的原料不完全相同，工藝包團(tuán)隊(duì)就必須幫客戶設(shè)計(jì)合適的工藝方案?！?/p>
目前，延長(zhǎng)中科已與十余家企業(yè)達(dá)成合作意向，6套煤制乙醇項(xiàng)目將陸續(xù)開(kāi)工建設(shè)。此外，延長(zhǎng)中科還實(shí)施探索性研發(fā)項(xiàng)目2個(gè)、中試及產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目2個(gè)。他們希望通過(guò)一系列項(xiàng)目的落地，能夠?yàn)楸Ｕ蠂?guó)家能源安全、糧食安全、實(shí)現(xiàn)煤炭清潔化利用提供新的途徑，守護(hù)國(guó)家綠色發(fā)展的未來(lái)。
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