中科院姚元根： 煤制乙二醇技术的发展方向
2019-06-28 23:05:03
摘要：中科院福建物质结构研究所应化研究中心主任、研究员、博士生导师姚元根在论坛上作了题为“煤制乙二醇技术的发展方向”的主题演讲。
以下为姚元根发言文字实录：
姚元根：首先，感谢这次大会的邀请，使我能有机会在这里跟大家分享我的发言。
我想中央把能源革命综合改革试点放在山西，之所以放在山西，是因为山西是我们国家的能源大省，之所以是能源大省，我们很清楚就是因为煤炭，不是因为其他的原因，所以我们就是要做好煤炭这个文章。那么煤炭的清洁、高效和绿色的利用，就是我们现在煤化工，就是我们做好煤炭这篇文章重要的一个章节。所以我今天的发言主要是围绕着新型煤化工技术，也就是煤制乙二醇技术，在这个方面跟大家进行分享。
下面我们这样从几个方面来进行我的发言：
乙二醇是非常重要的战略性的大宗化工基本原材料，市场容量仅次于乙烯和丙稀，我国消费量占全世界50%以上，2018年已经突破1300万吨，我们国家有非常巨大的技术，我国产能很有限，长期以来进口依存度是67%。乙二醇目前的价格也是要引起大家的注意，目前价格只有4500元/吨，乙二醇人都很明白，为什么8000块钱降到4500？
乙二醇的主要生产路线。第一条路线走的是原油、石脑油、乙烯，第二条路线是伴生气、乙烷、乙烯、环氧乙烯、乙二醇；第三条路线是煤（天然气、合成气、甲醇、烯烃。
所有路线里，目前只有石油路线和煤制乙二醇路线是工业生产的一个路线。那么这一条路线怎么得来？第一是煤变化、分离，区别于合成油、区别于甲醇，这几条路线都是经过甲醇的，而煤制是不经过甲醇的。
这是2015年的时候有东方证券对石油路线和煤质乙二醇的成本对比。在生产成本方面，煤制乙二醇比石油路线具有明显的优势。
除了石油路线相比，煤制乙二醇可以跟同类的煤化工路线相比，第一个合成天然气、甲醇、乙二醇、烯烃，经济效益好，每吨产品排放的二氧化碳也是最少的。这个技术我们国家长期重视煤制乙二醇技术开发，我们是利用我们国家相对丰富煤炭资源，生产我们国家供不应求的乙二醇。一直以来，这几年国务院和发改委、工信部出了一系列的文件，鼓励、发展煤制乙二醇的技术，这一系列煤化工，我们国家提出来要采用先进的技术、加工手段，生产替代石化产品和清洁燃料，推动现代化煤化工协调发展，煤制乙二醇技术契合我们国家发展的特点。
我总结煤制乙二醇的特点，第一个特点在国际上率先实现了工业化。第二，煤制乙二醇切合我国资源特点。第三，需求量大，5年内可新增40套生产装置，填补800万吨需求缺口。
第二方面，我们技术和产业的发展历程。这个技术是在1965年的时候，由美国的专利，乙二醇和一氧化碳可以合成，是革命性的，变成碳增加的反应，这个反应在高的压力下面反应的，后来日本人发明了氮氧化物的液体，叫MeONO，Org进化，使得我们一氧化碳和乙醇能够在常压情况下发生反应，把这个技术大大了提升了一步，这方面是日本人提出来的。目前煤制乙二醇，是一个两步法的煤制乙二醇技术路线，第一步是由一氧化碳、甲醇、氧气。第二部分氢气发生反应，也是目前主要的供应路线。
这个技术原理是在上个世纪90年代提出来的路线，有草酸酯合成催化剂、甲醇催化剂等这些催化剂。
我们所在80年代，我们小试、模试，2005年与企业合作，2008年实现了万吨级工业试验，中试完成以后，我们在通辽建了20万吨级，2010-至今，我们在河南已建成了五套装置。
这是统计到2016年年底时候的一个情况，我们装置已经建成了120万吨。我们的技术引发了全世界煤制乙二醇研发和产业化热情，市场上有多种煤制乙二醇技术，但是我们是第一家实现了产业化，这个是我们工业化以后煤制乙二醇技术正式开发起来。
在已有工业化项目，我们所赚的产能占比也是最高的，直到2017年，我们重要的装置，六套装置全面实现了满负荷，全部得到了乙二醇产品。
但是，技术只有不断进步才能保持我们已有的领先地位，我们也看到已经多元化第一代技术还存在着很多问题，在技术方面都有需要值得改进的地方。2008年之后，我们解决了一系列的关键科学和技术问题，继续引领技术的发展方向，实现了完全知识产权的煤制乙二醇技术。
那么，我们对新的催化剂，尤其是三种核心催化剂都进行了模式考察，最短1000个小时，最长将近5000个小时，进行了寿命考察。
随后我们在2013年，我们有上海具有竞争性和商业性推广价值，建议进一步加快技术的中试和工业化。随后我们有飞科组织论证，2015年在洛阳院有了项目设计，在2016年10月成立贵州鑫醇能源科技发展有限公司，技术入股，投资人以现金入股，我们技术占40%，投资人占60%，组建了这家公司。随后在2017年，我们中试项目开始施工，这个9月份，2017年9月份实现了中交，2018年9月份完成了技术标定。
这张图是我们建在贵州的中试装置，这个照片是在2017年11月份照的，总投资是2.1亿元，在2018年9月，我们完成了中试，通过了中试标定。
新一代技术有几个方面的优越性：第一项是三种催化剂。这三种催化剂分别是脱氢净化催化剂、合成催化剂、加氢催化剂，使得我们每吨300块钱到小于100块钱。第二个是我们“精馏+吸附”的技术，在新一代技术中，我们用单独的精馏，就能够得到技术。第三个方面我们现在用新一代技术乙二醇生产成本每吨可以降低到4900元/吨，国际打压了价格，但我们技术利润仍然有空间。
与国内外同类技术相比，新一代技术优点如下：
第一个方面是催化剂、三种催化剂高效稳定、贵金属含量更低，性能更好，制备成本下降60%。
第二个方面是工艺，独特的氧化酯化技术、稀硝酸还原技术，实现氮氧化物等物料的高效利用。
第三个方面是分离技术，采用分离的技术有效提高了乙二醇分离效率。
第四个方面是经济性，在技术优势方面工艺流程更加合理，反应物料得到充分利用，我们实现了比较大幅度的节能降耗，并加强了安全和环保方面的技术优化；在资源优势方面，项目所在地贵州省兴仁县具有丰富的煤炭和水资源，煤炭热值高（平均5500大卡），全国最低的电价大约0.35元/度。
综合这几个方面，结合贵州当地的煤炭资源，贵州煤炭资源肯定没有山西多，我们综合这几个优势，我们新一代技术在市场上面有更好的竞争性。煤制乙二醇技术目前面临的问题和挑战。
2009年后，工业化技术逐步成熟，对照工业乙二醇2018版标准，煤制乙二醇已经大量地应用PET聚酯行业，涌现了一批煤制乙二醇的配套技术。
我们同时看到煤制乙二醇存在很多问题：
第一方面是紫外透过率。经过十年时间比较解决了这个问题，好的技术可以直接经过精馏得到紫外透过率产品，肯定是单独精馏注册的产品，具有更好的竞争优势。
第二个方面是乙二醇价格。在2017年，乙二醇销售价格还在8500块钱/吨，国际上有一些事例影响，肯定是有关系的，对这个技术提出更高要求，在乙二醇销售价格在8000元左右的时候所有的煤制乙二醇都能够，但是现有情况下面，我们可以看到如果乙二醇销售价格在4500元，什么技术可以上？什么技术不能上？这是我们必须要考虑的问题。
第三个方面，我们目前产能扩张非常快，据石化联合会统计，到现在为止，我们已经立项的超过了1500万吨，这个数字非常巨大，煤化工技术通过至少1万吨是1个亿，我们国家在这几年要投入1500亿，做装置这么多，但是我们可以看到2018年我们的乙二醇，尤其是煤制乙二醇开工率只有51%，这里面大家可以分析，开工率为什么这么低？这里面什么原因，大家应该是比较清楚的。
第四个方面，煤制乙二醇技术在下游聚酯产业的应用，煤制乙二醇生产企业也是非常负责任，针对这些问题，我们逐项攻关解决了，目前技术厂家已经接受我们的煤制乙二醇技术，但是上、下游企业对我们新标准认知度还是不一样的。为此，今年年初和上个星期，我们工信部组织了一次专门的研讨会，专门对煤制乙二醇技术和煤质乙二醇产品应用展开了研讨，在不久将来，上下游企业将互相配合，一定能够共同解决好这个问题，因为用好煤制乙二醇技术是我们国家的利益所在，这个我们可以利用煤炭可以替代石油，我们不用进那么多石油过来。
最后，我围绕这些问题，我想让大家共同讨论一下我们煤制乙二醇技术和产业发展方向。
首先，是技术层面。在技术层面，作为我们的技术研发方，首先要对技术精益求精，要对催化剂进行不断地优化，对问题比较大的加氢催化剂进行优化，涉及到我们产品产量、产率，还有我们产品程度，加氢催化剂还要进一步加强研究。
第二个方面是我们工艺技术，好多装置开后发生人员死亡的现象，说明我们的分离技术，我们产品供应技术还不够。
第三个产品是分离技术，我们精馏技术及其配套，能效是不是最好？能效是不是最低？这些方面值得我们进一步去探讨。
第四个方面是我们的单元技术。（氧化酯化塔、尾气中N氧化物的回收塔、DMO吸收塔、径向反应器）。
第二个方面是市场层面，尤其要考虑到乙二醇销售价格很低的时候，我们必须要考虑到原料成本，当地煤价是多少，水资源使用成本是多少，运输到生产厂家的运输距离有多远，这些都是重要考虑的因素。
第三个方面，针对厂家的问题，从抵制，到后面逐步地有条件的接受，到后面的降价接受，到现在的参价，上下游联合起来进一步开展试验，确保煤制乙二醇技术在聚酯行业里应用起来，建立应用试验和产品检测国家级或者行业的名片，对乙二醇的杂质逐个进行分析，找出产品到底哪一个杂质在影响我们的质量。
我们在上下游制定适合我们煤制乙二醇的新的国家标准，或者制定完善2018年的国家标准。
举例：煤制乙二醇的技术。一个是精馏，去年9月份我们产品达到了9999的标准，我们可以联合起来进行、开展针对性工作，这是精馏的产品。在乙二醇前后大概有几百种化合物，跟精馏技术比要比石油乙二醇技术来的复杂。
第二个方面，关于能耗问题。我们分析了一下，能耗有两个，一个是动力、一个是蒸汽。最大的蓝色部分是甲醇分离的能耗，因为生产乙二醇时候，甲醇一直在体系里面不消耗，甲醇一直在体系里面转，所以每生产一吨的乙二醇，我有几吨的甲醇在这个体系里面转，肯定是两吨比三吨好，所以我们必须要大大降低在体系里面的甲醇的含量，甲醇循环量大，我们还有精馏，这样能耗大。
第二个方面动力，压缩机，合成压缩机消耗了40%动力，我们的制冷机消耗了46%的动力，还有其他。这样使得我们重新考虑了尾气的吸收利用是不是效益最高了。因为把氮氧化物完全吸收了，你吸收越高温度越低，但是又要有一个国家环保的规定，要达到排放，所以这个方面是我们必须要考虑的一个因素，这是蒸汽和动力消耗方面。
下面是反应器。有多的地方操作简单、容易控制，反应器采用几台并联的方式，我们今后一定采用更好的反应器，把我们反应器的效率进一步提高。
在设备投资方面，从蓝色部分开始，36%的就是我们的反应器，24%是在压缩机的，紫色16%是我们在制冷机的，这个是其他的制备，反应器是我们大头，四台改成一台，我们投资量大幅度降低。
注：本文系能源新闻网整理自中科院福建物质结构研究所应化研究中心主任、研究员、博士生导师姚元根在2019 中国（山西）国际清洁能源高峰论坛上发言文字实录，未经本人审阅。
