华东理工煤制乙二醇技术获重要进展

日前，CCIN 从华东理工大学（以下简称为华东理工）获悉，继在大型煤气化技术、大型甲醇技术领域取得突破之后，该校自主开发的煤基合成气制乙二醇技术又取得重要进展，在成功进行30吨/年模拟试验的基础上，正在积极组织实施1000吨/年规模中试。

我国油气资源缺乏，煤炭资源丰富，开发“煤代油”技术已成为国内化工界的热潮。煤基合成气制乙二醇已成为世界普遍关注的一项技术。以化工特色闻名的华东理工，在煤基合成气制乙二醇技术研发过程中有哪些侧重点？解决了哪些关键问题？对该技术领域的走势有哪些预判……带着这些问题，CCIN 近日走访了华东理工，采访了该课题组的几位关键人物。
　
以国家需求为己任
　　
据业内专家介绍，在“煤代油”技术的众多研究方向中，以煤气化制合成气作为进一步合成燃油和石化产品原料的技术被称为碳一(C1)化学技术，是自上世纪70年代石油危机以来，化学化工学术和工业界的热门研究领域之一。尤其是近一二十年来，由于石油进口快速增加，C1化学在我国发展很快。

煤基合成气制乙二醇技术是C1化学的一个重要课题，上世纪八九十年代在我国得到了广泛的重视，并被列入“八五”重点攻关项目，先后有国内几家著名研究单位开展了煤基合成气经草酸二甲酯合成乙二醇的研究，初步显示了良好的应用前景。

谈到华东理工为什么会选择煤基合成气制乙二醇技术作为一个重要的研究课题，华东理工大学教授、化工学院博士生导师，国家碳一化学工程研究中心技术委员会委员房鼎业表示，“立足重大、立足前沿、立足国家需求、立足企业需要，一直是华东理工选择科研方向的重要原则”。

他介绍，乙二醇是一种重要的有机化工原料。目前我国乙二醇的年生产能力为240万吨，但年需求量在700万吨以上，进口量达500万吨。传统的乙二醇生产方法是走石油化工路线，虽然技术成熟，应用面广，但缺点也十分明显，依赖石油资源、水耗大、成本高。随着世界石油资源的日渐减少，开辟新的工艺路线成为当务之急。

他认为，非石油路线生产大宗化学品是一个趋势，在醋酸、烯烃、乙二醇等领域，煤化工路线如果取代石油化工，将是一次重要的革命。考虑到我国的能源结构是煤多油少，发展以C1化合物为原料制取乙二醇的路线，对于我国能源的合理利用、减少对石油的依赖、解决乙烯供应量不足都具有极其深远的意义。

华东理工科技处副处长、洁净煤技术研究所副主任刘海峰接受采访时表示：高校要争当国家自主创新的排头兵，不但要瞄准学术前沿，也要围绕国家和社会重大需求开展科技创新和技术转移，直接服务国民经济主战场。目前，华东理工已经在煤气化技术领域和煤基合成气制甲醇技术领域取得了突破，接下来重点要突破的就是煤基合成气制乙二醇技术。他相信，在国内兄弟科研单位的共同努力下，最终将实现煤基能源与石油能源的耦合，这对我国的能源和化工产业将产生积极的影响。
　　
技术转化是出发点
　
李伟教授是华东理工煤基合成气制乙二醇技术研究室的主要负责人之一。说起10多年来科研道路的艰辛，她的话不多，“一路走来，我们总是遇到问题，解决问题。资金不足，我们就从其他课题中挤，人员不足，我们就自己培养。10多年来，先后有8位博士和20多位硕士研究生投入该项目的研究中”。

谈到煤基合成气制乙二醇技术，李伟却似乎有说不完的感受。她这样概括研发经历：整个研究过程就是在不断反馈，不断深化，不断完善。在华东理工，每一个科研课题的开设和实施都是为了一个目标——实现科研成果的工业化，服务国家的建设和企业的需求。

1998年，煤基合成气制乙二醇技术被华东理工联合化学反应工程研究所确立为重点研究方向之一，煤基合成气制乙二醇技术研究室应运而生。研究室成立之初，校方和研究所就在实验条件和人员配备方面给与了全力支持，课题组得以迅速投入到基础理论研究阶段，并确立了将化学工程与化学工艺相结合的研究方法，在单独研究煤基合成气制乙二醇关键技术的同时，也展开对全工艺流程的研究。

2003年，在总结梳理以往科研成果的基础上，经过近5年的潜心研究，课题组终于在实验室打通了流程，成功制备出乙二醇产品。然而，喜悦的心情并没有逗留太久，因为大家清楚，一个更值得探索的难题还摆在面前，“我们的技术离工业化还有多远”？

李伟告诉CCIN ，工程试验是检验理论研究最好的途径，符合用实践检验理论的方法论。把理论研究的结果应用到工程试验中，再将工程试验反映出来的问题反馈回理论研究，不仅是对理论研究的深化，有助于进一步优化工艺流程，而且可以对工业放大中的问题进行更确切地认识和分析，为工业化提供了进一步改进的理论依据。

于是，打通实验流程的第二年，研究室就开始策划和实施工业化模拟试验。刘海峰副主任回忆了工业化模拟试验的经过。他说，为了缩短开发周期，节约研发成本，提高产业化成功率，2005年华东理工通过产学研合作模式与上海焦化达成合作开发协议。2006年，通过校方和企业的共同努力，在上海焦化进行了煤基合成气制乙二醇30吨/年的工业化模拟试验，并成功产出了乙二醇。实践证明，工程数据为理论研究提供了很多启发。

李伟介绍，模拟试验的结果证明了该技术的可行性，流程基本合理，而且获得了聚酯级的乙二醇产品。但同时也暴露出一些问题，包括加氢催化剂寿命、草酸二甲酯与碳酸二甲酯分离、反应器设计和温控、工艺条件优化等方面。为了形成更成熟、更完善的工艺，在随后的两年时间内，课题组有针对性地进行了理论研究和工艺改进，使该技术具备了再次进行工业化试验的条件。
　　
突破核心关键技术
　
据了解，经过几代科研人员近20年的探索，我国已在煤基合成气制乙二醇技术领域取得了一些重要成果。如何才能顺利实现工业化？长期从事煤化工与Ｃ１化工工艺等领域研究工作的房鼎业教授，对此有自己独到的见解。

他介绍，由煤基合成气制乙二醇的工艺路线，其反应过程分为两大步。第一步是煤基合成气一氧化碳氧化偶联得到草酸二甲酯，第二步是草酸二甲酯加氢生成乙二醇。这两步反应从理论上讲是一个原子经济性较高的反应，即在该反应过程中，所用的原材料会尽可能多的转化到最终产物中，符合环境友好的工艺要求。在煤基合成气制乙二醇的工艺路线中，草酸二甲酯气相合成反应与气相加氢工艺互相组合生产乙二醇，收率高，流程简单，生产成本低，已被公认为最有前途的替代乙烯合成乙二醇的工艺路线。

他分析，要实现该技术的工业化，就要注重基础理论研究与应用研究相结合。

首先，要解决几个关键问题，即，3个工艺、两种催化剂、2个分离技术。具体说来，包括确定草酸二甲酯合成、草酸二甲酯加氢的反应器和适宜工艺条件，以及亚硝酸甲酯的反应器和技术；开发醋酸二甲酯合成催化剂及醋酸二甲酯加氢催化剂合成技术，解决催化剂的选择性、环境友好性和长期寿命问题；完善草酸二甲酯和乙二醇的分离和精制技术。

其次，要解决工艺过程中的热力学和动力学问题。在实验的基础上，采用权威的模拟软件设计数学模型，进行模型放大，避免实验条件下的机械累计，为工业放大过程中的反应器设计和产品分离、提纯工艺设计提供理论依据。

此外，还要注重热量、动量、质量等传递过程的研究。该工艺过程中的催化反应都是强烈的放热反应，为了降低飞温的危险性，就要研究传程的导热系数，保证热量稳定、有效地传递给反应介质，这将对介质温度、分离过程中流体分布、催化剂效应等因素产生重要影响。

李伟表示，正是带着这样的学术思想，研究室在开展课题攻关的过程中，重点做到了几个方面的结合，这也正是华东理工煤基合成气制乙二醇技术的特色所在：一是注意化学工程与化学工艺相结合。在单独研究煤基合成气制乙二醇各关键技术的同时也对全工艺流程进行研究。二是实验研究与数学模型相结合。运用化学工程的理论研究主要反应过程，为工业化设计提供理论基础和设计数据。三是催化剂实验室小试与催化剂工程放大相结合。通过反应过程及机理的透彻研究，为催化剂的开发提供依据，制备出反应性能优良，制备成本较低，且贵金属负载量低的羰化偶联反应催化剂。研究了加氢催化剂失活机理，通过改进，制备出反应性能良好、环境友好型加氢催化剂。四是分离技术的实验与模拟计算相结合。针对醋酸二甲酯生产过程副产碳酸二甲酯的特点，开发出特殊的分离技术，同时实现了醋酸二甲酯的分离和副产物碳酸二甲酯的回收。
　　
产业链有望延伸

2009年，华东理工与上海浦景化工技术有限公司、安徽淮化集团达成合作协议，在安徽淮化集团建设煤基合成气制乙二醇1000吨/年的中试装置。据了解，项目已于今年初奠基，目前基建工作基本完成，即将进入设备安装阶段。

李伟表示，该中试装置开车后，将获取工业放大的必要数据，有利于进一步完善和优化包括反应器一维放大、加氢催化剂寿命和环境友好，以及中间产物氧化亚氮的循环再利用等在内的一系列技术和工艺。届时，他们将在工业化的道路上更进一步。华东理工自主开发的煤基合成气制乙二醇技术的工艺路线具有反应条件温和、设备压力等级和材质要求低、催化剂环境友好等优点，因此该技术的工业化应用将带来显著的经济效益和社会效益。

考虑到乙二醇是聚酯合成产业链上的重要原料，房鼎业教授最后强调，实现煤基合成气制乙二醇技术的工业化应用，还应重点关注乙二醇产品的质量问题。在模拟试验中，华东理工煤基合成气制乙二醇技术因加氢催化剂选择性高，且采取特殊的分离技术，已经成功获得了聚酯级乙二醇产品，但煤基合成路线带来的微量杂质是否会影响下游聚酯的生产，还需要进行深入的探索。

此外，房鼎业还指出，凭借优越的催化和分离技术，该工艺路线在第一步反应后，可同时实现产品醋酸二甲酯的分离和副产品碳酸二甲酯的回收，并且可以实现两种产物的比例可控。碳酸二甲酯作为重要的有机合成原料及中间体，可用于生产高附加值的下游产品，这将成为拓展C1化学技术路线产业链的重要方向。