日前，CCIN 從華東理工大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱為華東理工）獲悉，繼在大型煤氣化技術(shù)、大型甲醇技術(shù)領(lǐng)域取得突破之后，該校自主開發(fā)的煤基合成氣制乙二醇技術(shù)又取得重要進(jìn)展，在成功進(jìn)行30噸/年模擬試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，正在積極組織實(shí)施1000噸/年規(guī)模中試。  

　　我國(guó)油氣資源缺乏，煤炭資源豐富，開發(fā)“煤代油”技術(shù)已成為國(guó)內(nèi)化工界的熱潮。煤基合成氣制乙二醇已成為世界普遍關(guān)注的一項(xiàng)技術(shù)。以化工特色聞名的華東理工，在煤基合成氣制乙二醇技術(shù)研發(fā)過程中有哪些側(cè)重點(diǎn)？解決了哪些關(guān)鍵問題？對(duì)該技術(shù)領(lǐng)域的走勢(shì)有哪些預(yù)判……帶著這些問題，CCIN 近日走訪了華東理工，采訪了該課題組的幾位關(guān)鍵人物。
    　 
　　以國(guó)家需求為己任
    　　  
　　據(jù)業(yè)內(nèi)專家介紹，在“煤代油”技術(shù)的眾多研究方向中，以煤氣化制合成氣作為進(jìn)一步合成燃油和石化產(chǎn)品原料的技術(shù)被稱為碳一(C1)化學(xué)技術(shù)，是自上世紀(jì)70 年代石油危機(jī)以來，化學(xué)化工學(xué)術(shù)和工業(yè)界的熱門研究領(lǐng)域之一。尤其是近一二十年來，由于石油進(jìn)口快速增加，C1化學(xué)在我國(guó)發(fā)展很快。
  
　　煤基合成氣制乙二醇技術(shù)是C1化學(xué)的一個(gè)重要課題，上世紀(jì)八九十年代在我國(guó)得到了廣泛的重視，并被列入“八五”重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目，先后有國(guó)內(nèi)幾家著名研究單位開展了煤基合成氣經(jīng)草酸二甲酯合成乙二醇的研究，初步顯示了良好的應(yīng)用前景。
  
　　談到華東理工為什么會(huì)選擇煤基合成氣制乙二醇技術(shù)作為一個(gè)重要的研究課題，華東理工大學(xué)教授、化工學(xué)院博士生導(dǎo)師，國(guó)家碳一化學(xué)工程研究中心技術(shù)委員會(huì)委員房鼎業(yè)表示，“立足重大、立足前沿、立足國(guó)家需求、立足企業(yè)需要，一直是華東理工選擇科研方向的重要原則”。
  
　　他介紹，乙二醇是一種重要的有機(jī)化工原料。目前我國(guó)乙二醇的年生產(chǎn)能力為240萬噸，但年需求量在700萬噸以上，進(jìn)口量達(dá)500萬噸。傳統(tǒng)的乙二醇生產(chǎn)方法是走石油化工路線，雖然技術(shù)成熟，應(yīng)用面廣，但缺點(diǎn)也十分明顯，依賴石油資源、水耗大、成本高。隨著世界石油資源的日漸減少，開辟新的工藝路線成為當(dāng)務(wù)之急。
  
　　他認(rèn)為，非石油路線生產(chǎn)大宗化學(xué)品是一個(gè)趨勢(shì)，在醋酸、烯烴、乙二醇等領(lǐng)域，煤化工路線如果取代石油化工，將是一次重要的革命�？紤]到我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)是煤多油少，發(fā)展以C1化合物為原料制取乙二醇的路線，對(duì)于我國(guó)能源的合理利用、減少對(duì)石油的依賴、解決乙烯供應(yīng)量不足都具有極其深遠(yuǎn)的意義。
  
　　華東理工科技處副處長(zhǎng)、潔凈煤技術(shù)研究所副主任劉海峰接受采訪時(shí)表示：高校要爭(zhēng)當(dāng)國(guó)家自主創(chuàng)新的排頭兵，不但要瞄準(zhǔn)學(xué)術(shù)前沿，也要圍繞國(guó)家和社會(huì)重大需求開展科技創(chuàng)新和技術(shù)轉(zhuǎn)移，直接服務(wù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)。目前，華東理工已經(jīng)在煤氣化技術(shù)領(lǐng)域和煤基合成氣制甲醇技術(shù)領(lǐng)域取得了突破，接下來重點(diǎn)要突破的就是煤基合成氣制乙二醇技術(shù)。他相信，在國(guó)內(nèi)兄弟科研單位的共同努力下，最終將實(shí)現(xiàn)煤基能源與石油能源的耦合，這對(duì)我國(guó)的能源和化工產(chǎn)業(yè)將產(chǎn)生積極的影響。
    　　  
　　技術(shù)轉(zhuǎn)化是出發(fā)點(diǎn)
    　  
　　李偉教授是華東理工煤基合成氣制乙二醇技術(shù)研究室的主要負(fù)責(zé)人之一。說起10多年來科研道路的艱辛，她的話不多，“一路走來，我們總是遇到問題，解決問題。資金不足，我們就從其他課題中擠，人員不足，我們就自己培養(yǎng)。10多年來，先后有8位博士和20多位碩士研究生投入該項(xiàng)目的研究中”。
  
　　談到煤基合成氣制乙二醇技術(shù)，李偉卻似乎有說不完的感受。她這樣概括研發(fā)經(jīng)歷：整個(gè)研究過程就是在不斷反饋，不斷深化，不斷完善。在華東理工，每一個(gè)科研課題的開設(shè)和實(shí)施都是為了一個(gè)目標(biāo)——實(shí)現(xiàn)科研成果的工業(yè)化，服務(wù)國(guó)家的建設(shè)和企業(yè)的需求。
  
　　1998年，煤基合成氣制乙二醇技術(shù)被華東理工聯(lián)合化學(xué)反應(yīng)工程研究所確立為重點(diǎn)研究方向之一，煤基合成氣制乙二醇技術(shù)研究室應(yīng)運(yùn)而生。研究室成立之初，校方和研究所就在實(shí)驗(yàn)條件和人員配備方面給與了全力支持，課題組得以迅速投入到基礎(chǔ)理論研究階段，并確立了將化學(xué)工程與化學(xué)工藝相結(jié)合的研究方法，在單獨(dú)研究煤基合成氣制乙二醇關(guān)鍵技術(shù)的同時(shí)，也展開對(duì)全工藝流程的研究。
  
　　2003年，在總結(jié)梳理以往科研成果的基礎(chǔ)上，經(jīng)過近5年的潛心研究，課題組終于在實(shí)驗(yàn)室打通了流程，成功制備出乙二醇產(chǎn)品。然而，喜悅的心情并沒有逗留太久，因?yàn)榇蠹仪宄�，一個(gè)更值得探索的難題還擺在面前，“我們的技術(shù)離工業(yè)化還有多遠(yuǎn)”？
  
　　李偉告訴CCIN ，工程試驗(yàn)是檢驗(yàn)理論研究最好的途徑，符合用實(shí)踐檢驗(yàn)理論的方法論。把理論研究的結(jié)果應(yīng)用到工程試驗(yàn)中，再將工程試驗(yàn)反映出來的問題反饋回理論研究，不僅是對(duì)理論研究的深化，有助于進(jìn)一步優(yōu)化工藝流程，而且可以對(duì)工業(yè)放大中的問題進(jìn)行更確切地認(rèn)識(shí)和分析，為工業(yè)化提供了進(jìn)一步改進(jìn)的理論依據(jù)。
  
　　于是，打通實(shí)驗(yàn)流程的第二年，研究室就開始策劃和實(shí)施工業(yè)化模擬試驗(yàn)。劉海峰副主任回憶了工業(yè)化模擬試驗(yàn)的經(jīng)過。他說，為了縮短開發(fā)周期，節(jié)約研發(fā)成本，提高產(chǎn)業(yè)化成功率，2005年華東理工通過產(chǎn)學(xué)研合作模式與上海焦化達(dá)成合作開發(fā)協(xié)議。2006年，通過校方和企業(yè)的共同努力，在上海焦化進(jìn)行了煤基合成氣制乙二醇30噸/年的工業(yè)化模擬試驗(yàn)，并成功產(chǎn)出了乙二醇。實(shí)踐證明，工程數(shù)據(jù)為理論研究提供了很多啟發(fā)。
  
　　李偉介紹，模擬試驗(yàn)的結(jié)果證明了該技術(shù)的可行性，流程基本合理，而且獲得了聚酯級(jí)的乙二醇產(chǎn)品。但同時(shí)也暴露出一些問題，包括加氫催化劑壽命、草酸二甲酯與碳酸二甲酯分離、反應(yīng)器設(shè)計(jì)和溫控、工藝條件優(yōu)化等方面。為了形成更成熟、更完善的工藝，在隨后的兩年時(shí)間內(nèi)，課題組有針對(duì)性地進(jìn)行了理論研究和工藝改進(jìn)，使該技術(shù)具備了再次進(jìn)行工業(yè)化試驗(yàn)的條件。
    　　
    突破核心關(guān)鍵技術(shù)
    　  
　　據(jù)了解，經(jīng)過幾代科研人員近20年的探索，我國(guó)已在煤基合成氣制乙二醇技術(shù)領(lǐng)域取得了一些重要成果。如何才能順利實(shí)現(xiàn)工業(yè)化？長(zhǎng)期從事煤化工與Ｃ１化工工藝等領(lǐng)域研究工作的房鼎業(yè)教授，對(duì)此有自己獨(dú)到的見解。
  
　　他介紹，由煤基合成氣制乙二醇的工藝路線，其反應(yīng)過程分為兩大步。第一步是煤基合成氣一氧化碳氧化偶聯(lián)得到草酸二甲酯，第二步是草酸二甲酯加氫生成乙二醇。這兩步反應(yīng)從理論上講是一個(gè)原子經(jīng)濟(jì)性較高的反應(yīng)，即在該反應(yīng)過程中，所用的原材料會(huì)盡可能多的轉(zhuǎn)化到最終產(chǎn)物中，符合環(huán)境友好的工藝要求。在煤基合成氣制乙二醇的工藝路線中，草酸二甲酯氣相合成反應(yīng)與氣相加氫工藝互相組合生產(chǎn)乙二醇，收率高，流程簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，已被公認(rèn)為最有前途的替代乙烯合成乙二醇的工藝路線。
  
　　他分析，要實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的工業(yè)化，就要注重基礎(chǔ)理論研究與應(yīng)用研究相結(jié)合。
  
　　首先，要解決幾個(gè)關(guān)鍵問題，即，3個(gè)工藝、兩種催化劑、2個(gè)分離技術(shù)。具體說來，包括確定草酸二甲酯合成、草酸二甲酯加氫的反應(yīng)器和適宜工藝條件，以及亞硝酸甲酯的反應(yīng)器和技術(shù)；開發(fā)醋酸二甲酯合成催化劑及醋酸二甲酯加氫催化劑合成技術(shù)，解決催化劑的選擇性、環(huán)境友好性和長(zhǎng)期壽命問題；完善草酸二甲酯和乙二醇的分離和精制技術(shù)。
  
　　其次，要解決工藝過程中的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)問題。在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用權(quán)威的模擬軟件設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行模型放大，避免實(shí)驗(yàn)條件下的機(jī)械累計(jì)，為工業(yè)放大過程中的反應(yīng)器設(shè)計(jì)和產(chǎn)品分離、提純工藝設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。
  
　　此外，還要注重?zé)崃�、�?dòng)量、質(zhì)量等傳遞過程的研究。該工藝過程中的催化反應(yīng)都是強(qiáng)烈的放熱反應(yīng)，為了降低飛溫的危險(xiǎn)性，就要研究傳程的導(dǎo)熱系數(shù)，保證熱量穩(wěn)定、有效地傳遞給反應(yīng)介質(zhì)，這將對(duì)介質(zhì)溫度、分離過程中流體分布、催化劑效應(yīng)等因素產(chǎn)生重要影響。
  
　　李偉表示，正是帶著這樣的學(xué)術(shù)思想，研究室在開展課題攻關(guān)的過程中，重點(diǎn)做到了幾個(gè)方面的結(jié)合，這也正是華東理工煤基合成氣制乙二醇技術(shù)的特色所在：一是注意化學(xué)工程與化學(xué)工藝相結(jié)合。在單獨(dú)研究煤基合成氣制乙二醇各關(guān)鍵技術(shù)的同時(shí)也對(duì)全工藝流程進(jìn)行研究。二是實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)學(xué)模型相結(jié)合。運(yùn)用化學(xué)工程的理論研究主要反應(yīng)過程，為工業(yè)化設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。三是催化劑實(shí)驗(yàn)室小試與催化劑工程放大相結(jié)合。通過反應(yīng)過程及機(jī)理的透徹研究，為催化劑的開發(fā)提供依據(jù)，制備出反應(yīng)性能優(yōu)良，制備成本較低，且貴金屬負(fù)載量低的羰化偶聯(lián)反應(yīng)催化劑。研究了加氫催化劑失活機(jī)理，通過改進(jìn)，制備出反應(yīng)性能良好、環(huán)境友好型加氫催化劑。四是分離技術(shù)的實(shí)驗(yàn)與模擬計(jì)算相結(jié)合。針對(duì)醋酸二甲酯生產(chǎn)過程副產(chǎn)碳酸二甲酯的特點(diǎn)，開發(fā)出特殊的分離技術(shù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了醋酸二甲酯的分離和副產(chǎn)物碳酸二甲酯的回收。
    　　
    　產(chǎn)業(yè)鏈有望延伸
  
　　2009年，華東理工與上海浦景化工技術(shù)有限公司、安徽淮化集團(tuán)達(dá)成合作協(xié)議，在安徽淮化集團(tuán)建設(shè)煤基合成氣制乙二醇1000噸/年的中試裝置。據(jù)了解，項(xiàng)目已于今年初奠基，目前基建工作基本完成，即將進(jìn)入設(shè)備安裝階段。
  
　　李偉表示，該中試裝置開車后，將獲取工業(yè)放大的必要數(shù)據(jù)，有利于進(jìn)一步完善和優(yōu)化包括反應(yīng)器一維放大、加氫催化劑壽命和環(huán)境友好，以及中間產(chǎn)物氧化亞氮的循環(huán)再利用等在內(nèi)的一系列技術(shù)和工藝。屆時(shí)，他們將在工業(yè)化的道路上更進(jìn)一步。華東理工自主開發(fā)的煤基合成氣制乙二醇技術(shù)的工藝路線具有反應(yīng)條件溫和、設(shè)備壓力等級(jí)和材質(zhì)要求低、催化劑環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，因此該技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用將帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
  
　　考慮到乙二醇是聚酯合成產(chǎn)業(yè)鏈上的重要原料，房鼎業(yè)教授最后強(qiáng)調(diào)，實(shí)現(xiàn)煤基合成氣制乙二醇技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用，還應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注乙二醇產(chǎn)品的質(zhì)量問題。在模擬試驗(yàn)中，華東理工煤基合成氣制乙二醇技術(shù)因加氫催化劑選擇性高，且采取特殊的分離技術(shù)，已經(jīng)成功獲得了聚酯級(jí)乙二醇產(chǎn)品，但煤基合成路線帶來的微量雜質(zhì)是否會(huì)影響下游聚酯的生產(chǎn)，還需要進(jìn)行深入的探索。
  
　　此外，房鼎業(yè)還指出，憑借優(yōu)越的催化和分離技術(shù)，該工藝路線在第一步反應(yīng)后，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品醋酸二甲酯的分離和副產(chǎn)品碳酸二甲酯的回收，并且可以實(shí)現(xiàn)兩種產(chǎn)物的比例可控。碳酸二甲酯作為重要的有機(jī)合成原料及中間體，可用于生產(chǎn)高附加值的下游產(chǎn)品，這將成為拓展C1化學(xué)技術(shù)路線產(chǎn)業(yè)鏈的重要方向。

 來源:中國(guó)投資咨詢網(wǎng)