文/龐貝 李慧

高油價(jià)時(shí)代的選擇：煤制乙二醇
——訪中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所副所長姚元根研究員

文/龐貝 李慧

姚元根研究員向與會(huì)領(lǐng)導(dǎo)和專家介紹煤制乙二醇的工業(yè)技術(shù)

隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各國對石油的需求依然強(qiáng)勁，原油價(jià)格在較長時(shí)期內(nèi)仍將維持高位運(yùn)行。鑒于我國“富煤缺油少氣”的能源資源結(jié)構(gòu)，新型煤化工技術(shù)前景廣闊。同時(shí)，國內(nèi)長期存在對乙二醇的需求缺口，煤制乙二醇等新型煤化工技術(shù)既能保障國家的能源安全，又充分利用了我國的煤炭資源，是未來煤化工產(chǎn)業(yè)最現(xiàn)實(shí)的選擇。

姚元根，中國科學(xué)院煤制乙二醇及相關(guān)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任兼福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所煤制乙二醇攻關(guān)組組長，從2005年起，專注于煤制乙二醇技術(shù)的研發(fā)和工業(yè)化生產(chǎn)，為推動(dòng)我國煤制乙二醇技術(shù)的進(jìn)步費(fèi)盡心力。

2009年5月7日，中科院“世界首創(chuàng)萬噸級煤制乙二醇工業(yè)化示范”新聞發(fā)布會(huì)在北京人民大會(huì)堂隆重舉行，時(shí)任中國科學(xué)院院長的路甬祥興奮地表示：“該技術(shù)的工業(yè)化將會(huì)大大緩解我國乙二醇的對外進(jìn)口依存度，也將對國家的能源和化工產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生重要且積極的影響?！边@或許最能解釋中科院福建物構(gòu)所煤制乙二醇技術(shù)攻關(guān)組人員的情感維系之所在。

路線抉擇——為什么是煤制乙二醇

中科院物構(gòu)所和姚元根為什么會(huì)選擇煤制乙二醇技術(shù)來作為自己攻堅(jiān)的對象？

這一抉擇首先是由我國對于乙二醇的迫切需求決定的。

乙二醇是國家重要的化工原料和戰(zhàn)略物資，用于制造聚酯(可進(jìn)一步生產(chǎn)滌綸、PET瓶子、薄膜)、炸藥、乙二醛，并可作為防凍劑、增塑劑、水力流體和溶劑等，國際上主要采用石油路線制備。

目前，我國的乙二醇由中石油、中石化、中海油三大公司生產(chǎn)，產(chǎn)能只有200萬噸/年左右。資料顯示，2006年，我國乙二醇的消費(fèi)量為564萬噸，2007年為668萬噸，2008年增長至714萬噸。但同時(shí)期乙二醇的產(chǎn)量沒有太大的增長，2006年為158萬噸，2007年188萬噸，2008年195萬噸，占全球乙二醇產(chǎn)量的不足10％。乙二醇生產(chǎn)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國內(nèi)聚酯產(chǎn)業(yè)的需求，僅2008年我國乙二醇進(jìn)口就已超過了500萬噸。

據(jù)姚元根介紹，一方面因?yàn)橐悦捍媸鸵蚁┥a(chǎn)乙二醇適合中國富煤缺油的能源結(jié)構(gòu)；另一方面，這個(gè)項(xiàng)目也將有力提升我國乙二醇的自給能力。基于以上兩種考慮，姚元根做出了自己的路線抉擇——攻堅(jiān)煤制乙二醇技術(shù)。

姚元根與他的同事們創(chuàng)立的煤制乙二醇技術(shù)遵循這樣一條技術(shù)路線：以煤制成合成氣，再以合成氣中的一氧化碳(CO)和氫氣(H2)為原料制取乙二醇。這也是當(dāng)今世界普遍關(guān)注的一項(xiàng)技術(shù)。姚元根說，國外技術(shù)未能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的原因，在于尚未完善核心催化劑的關(guān)鍵制備技術(shù)和相應(yīng)的催化反應(yīng)工藝技術(shù)，以及關(guān)鍵工藝單元的技術(shù)集成?！拔覀兂晒?shí)現(xiàn)了工業(yè)化的煤制乙二醇自主技術(shù)，具有成本低、能耗低、水耗低、排放低等特點(diǎn)，十分適合我國缺油、少氣、煤炭資源相對豐富的資源國情?！?/p>

發(fā)展有中國特色的社會(huì)主義，就是要符合現(xiàn)階段我國的基本國情。那么，我國在能源的現(xiàn)狀和基本國情是什么？

根據(jù)國際能源機(jī)構(gòu)2010年7月最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，中國已經(jīng)超過美國成為世界第一大能源消費(fèi)國。相應(yīng)的，我國石油對外依存度也不斷飆升，從1993年的6％，陡增至2007年的46.6％，2008年則突破了49％，2009年我國石油對外依存度首次明確超過50％，突破了工業(yè)國家公認(rèn)的“能源安全預(yù)警線”，能源安全風(fēng)險(xiǎn)加劇。中國地質(zhì)科學(xué)院報(bào)告估算，到2020年我國將進(jìn)口石油5億噸左右，進(jìn)口依存度將達(dá)到70％左右。無疑，石油供給已成為中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸和能源安全的核心。

在我國的自然資源中，基本特點(diǎn)是富煤、缺油、少氣，這就決定了煤炭在一次能源中的重要地位。與石油和天然氣比較而言，我國煤炭的儲(chǔ)量相對比較豐富，建國以來，煤炭在一次性能源生產(chǎn)和消費(fèi)中的比例長期占70％以上。專家預(yù)測，在本世紀(jì)前30年內(nèi)，煤炭在我國一次性能源構(gòu)成方面仍占主體地位。

據(jù)測算，用石油路線每生產(chǎn)1噸乙二醇約耗原油2.5噸。目前全世界用乙烯生產(chǎn)的2000多萬噸乙二醇，若都以煤為原料進(jìn)行生產(chǎn)，那么，節(jié)省下來的石油相當(dāng)于新開發(fā)一個(gè)年產(chǎn)5000萬噸原油的大慶油田。據(jù)專家預(yù)測，未來油價(jià)仍將呈現(xiàn)上漲趨勢，在這種情況下，煤制乙二醇的發(fā)展就更顯得正當(dāng)其時(shí)。其次，與煤制油、煤制天然氣相比，煤制乙二醇不僅具有更高的附加值，而且在合成氣利用方面的原子經(jīng)濟(jì)性更高，經(jīng)濟(jì)效益更好。

此外，在環(huán)保方面，由于采用潔凈煤技術(shù)，煤制乙二醇不存在高度污染的問題。其顯著特點(diǎn)還在于全部采用工業(yè)CO、NO、H2、O2和醇類為原料，在生產(chǎn)過程中不會(huì)產(chǎn)生二氧化硫和二氧化氮，而這兩種氣體是造成污染的“罪魁禍?zhǔn)住?。煤制乙二醇完全符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)三原則，即“減量化、再利用和再循環(huán)”，比傳統(tǒng)工藝更加綠色和環(huán)保。

“如果我們的煤制乙二醇工業(yè)化推廣能夠成功，將對我國能源安全和聚酯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生重要、積極的影響。”姚元根如是說。

技術(shù)攻關(guān)——怎樣實(shí)現(xiàn)煤制乙二醇

煤制乙二醇，即以煤代替石油乙烯生產(chǎn)乙二醇，是國家“八五”、“九五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目。

自從1965年美國人Fenton首次提出醇類氧化羰化制備草酸酯后，各國都在研發(fā)以合成氣為原料制備乙二醇的工藝，也就是煤制乙二醇技術(shù)。1978年日本宇部興產(chǎn)公司建成了一套6000噸/年草酸二丁酯的高壓液相試驗(yàn)裝置，其后又與美國UCC合作開發(fā)了常壓氣相合成草酸酯工藝，完成了中試和模試，但沒有實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。國內(nèi)一些研究機(jī)構(gòu)也開展了這方面的研究，但都處于實(shí)驗(yàn)室技術(shù)和中試階段，尚未見工業(yè)化試驗(yàn)成功的報(bào)道。

上世紀(jì)80年代初，中科院福建物構(gòu)所加入了這一科研攻關(guān)行列。

隨著時(shí)間推移，項(xiàng)目科研隊(duì)伍出現(xiàn)了青黃不接：許多有經(jīng)驗(yàn)的老研究人員退休，年輕骨干大多數(shù)轉(zhuǎn)入其他研究領(lǐng)域。這個(gè)傾注了科研人員極大心血的項(xiàng)目出路何在？

2005年，中科院物構(gòu)所所長洪茂椿院士決定重組煤制乙二醇項(xiàng)目攻關(guān)組，由時(shí)任副所長的姚元根領(lǐng)銜，進(jìn)行重點(diǎn)攻關(guān)?！安还苓@個(gè)項(xiàng)目經(jīng)歷了多少波折，但它契合國家戰(zhàn)略需求的大方向是沒錯(cuò)的，特別是在我國乙二醇缺口日益擴(kuò)大，國際石油價(jià)格持續(xù)大漲的情形下，更顯示出這個(gè)項(xiàng)目的重大價(jià)值，所以我們堅(jiān)持做了下去。”

重任在肩的姚元根帶領(lǐng)攻關(guān)組的同仁們，在總結(jié)梳理以往科研成果的基礎(chǔ)上，針對存在的各種技術(shù)問題，再次啟動(dòng)了該項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)，并得到了科技部、中科院、福建省和技術(shù)合作方的大力支持。他們重點(diǎn)攻克了脫氫催化劑的選擇性和飛溫的危險(xiǎn)性、合成催化劑的效率提高和成本降低、加氫催化劑的選擇性和壽命、乙二醇產(chǎn)品能否達(dá)到聚酯級乙二醇標(biāo)準(zhǔn)等幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題。

姚元根研究員

隨著技術(shù)的成熟，煤制乙二醇的產(chǎn)業(yè)化大幕徐徐拉開。

2005年6月，物構(gòu)所開始與上海金煤化工新技術(shù)有限公司合作，上海金煤共投資1.8億元，相繼建成年產(chǎn)100噸中試和1萬噸工業(yè)化試驗(yàn)兩套裝置。

2007年夏天，內(nèi)蒙古科爾沁草原腹地，中國國內(nèi)生產(chǎn)能力最大的120萬噸煤制乙二醇生產(chǎn)基地落地西遼河畔。

2009年3月18日，在該成套技術(shù)的實(shí)施地江蘇省丹陽，中國科學(xué)院召開了“萬噸級CO氣相催化合成草酸酯和草酸酯催化加氫合成乙二醇成套工藝技術(shù)”(簡稱“煤制乙二醇”)成果鑒定會(huì)，鑒定委員會(huì)專家一致認(rèn)為，該項(xiàng)成果標(biāo)志著我國在世界上率先實(shí)現(xiàn)了全套煤制乙二醇技術(shù)路線和工業(yè)化應(yīng)用，具備了進(jìn)一步建設(shè)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)裝置的條件，是一項(xiàng)擁有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的世界首創(chuàng)技術(shù)。

2009年12月上旬，備受業(yè)界矚目的全球首套工業(yè)化示范裝置——內(nèi)蒙古通遼金煤化工公司“煤制乙二醇項(xiàng)目”一期工程、年產(chǎn)20萬噸煤制乙二醇項(xiàng)目順利打通全線工藝流程，生產(chǎn)出合格乙二醇產(chǎn)品。

2011年7月，由姚元根研究員任首席科學(xué)家的國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“煤制乙二醇的工業(yè)技術(shù)”順利通過專家驗(yàn)收，專家組認(rèn)為該項(xiàng)目是產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的典范，為我國煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展作出了積極的貢獻(xiàn)。

這項(xiàng)歷經(jīng)20多年研發(fā)的技術(shù)終獲成功，對我國能源化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著重要的戰(zhàn)略意義，并標(biāo)志著我國采用自主技術(shù)在世界范圍內(nèi)率先開創(chuàng)了工業(yè)化煤制乙二醇的先河。

姚元根介紹說，通遼金煤化工煤制乙二醇工業(yè)技術(shù)主要包括七個(gè)工藝單元：第一是氨與空氣在氨氧化爐內(nèi)高溫氧化得到氨氧化物；第二是氨氧化物與甲醇、氧氣氧化酯化生成亞硝酸甲酯；第三是工業(yè)一氧化碳原料氣體的催化脫氫凈化；第四是亞硝酸甲酯與一氧化碳氧化偶聯(lián)生成草酸二甲酯；第五是草酸二甲酯催化加氫生成乙二醇；第六是乙二醇混合物的精餾；第七是尾氣循環(huán)使用和消除污染排放。其技術(shù)的獨(dú)到之處有兩方面：一是全部采用工業(yè)原料，切實(shí)解決了工業(yè)化應(yīng)用問題；二是該技術(shù)是一項(xiàng)覆蓋了脫氫、合成、加氫三種催化劑技術(shù)的系統(tǒng)技術(shù)。

秀出于林——為什么是姚元根

姚元根出生于蘇南水鄉(xiāng)一個(gè)普通的農(nóng)民家庭，因?yàn)榧彝ヘ毨?，少年時(shí)期遍嘗生活與求學(xué)的艱難。

“家長是孩子最好的老師”，姚元根自小就勤奮好學(xué)，聰明懂事，而母親給了他最好的人生一課。母親的言傳身教，以及母親身上那種吃苦耐勞、熱愛生活的品質(zhì)，造就了姚元根勤奮向上、堅(jiān)忍不拔、樂觀自信的精神?？恐@種精神，姚元根終于學(xué)有所長。

1982年，姚元根畢業(yè)于廈門大學(xué)化學(xué)系，后于1988年獲南京大學(xué)化學(xué)系博士學(xué)位。1991年，姚元根到英國Newcastle 大學(xué)化學(xué)系做訪問學(xué)者。一年之后，到日本岡山理科大學(xué)化學(xué)系日本國立分子科學(xué)研究所做博士后研究。幾經(jīng)輾轉(zhuǎn)，終于在1993年回國，到中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所工作。

學(xué)成歸國的姚元根在研究上也并非一帆風(fēng)順，然而憑著堅(jiān)毅樂觀的性格，他總能找到突破口。他初回國時(shí)，研究方向是鉬硫金屬簇合物，雖然勤耕苦作，但收效甚微。面對挫折，他不焦躁、不氣餒，終于找到了新的解決思路，并指導(dǎo)自己的研究生成功地解決了合成中存在的關(guān)鍵問題。

姚元根身兼數(shù)任，在擔(dān)任福建物構(gòu)所副所長期間，分管科研和支持系統(tǒng)工作，自己還帶領(lǐng)著一個(gè)十幾人的課題組，同時(shí)擔(dān)任農(nóng)工黨福建省委常委、農(nóng)工黨物構(gòu)所總支主任等職。白天他必須處理所里的行政事務(wù)，科研工作很大一部分是放在晚上，工作到凌晨兩三點(diǎn)是常有的事。

姚元根說：“科學(xué)研究工作要追求創(chuàng)新，不能步人后塵。只有在前人研究的基礎(chǔ)上加以創(chuàng)新，探索出新路子、新方法，這樣的研究才有生命力，不然便是死水一潭?！?/p>

或許正是由于姚元根具備這種追求卓越、“取法乎上”的境界，才使自己被煤制乙二醇這個(gè)項(xiàng)目選中，也才使煤制乙二醇這個(gè)項(xiàng)目從實(shí)驗(yàn)室最終走向工業(yè)化。

從某種意義上，與其說中科院福建物構(gòu)所選擇了煤制乙二醇，選擇了姚元根，不如說是我國的國情與能源安全戰(zhàn)略選擇了他們。

有關(guān)專家評價(jià)：煤制乙二醇成套工藝技術(shù)的開發(fā)運(yùn)用是科技成果、工程化技術(shù)、資本力量、資源優(yōu)勢有機(jī)結(jié)合和共贏發(fā)展的過程，開創(chuàng)了我國技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的新模式。該技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用的成功將有效緩解我國乙二醇產(chǎn)品供需矛盾，對國家能源和化工產(chǎn)業(yè)將產(chǎn)生積極影響，具有重要的科學(xué)價(jià)值、突出的技術(shù)創(chuàng)新性和顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

路甬祥在談及乙二醇項(xiàng)目的合作模式時(shí)強(qiáng)調(diào)：在學(xué)習(xí)實(shí)踐科學(xué)發(fā)展觀、建設(shè)創(chuàng)新型國家的進(jìn)程中，中科院物構(gòu)所實(shí)施創(chuàng)新工程，構(gòu)建了知識創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新和工程產(chǎn)業(yè)化的“金三角”。

2010年初，以姚元根為代表的福建物構(gòu)所煤制乙二醇研究集體被中科院授予“2009年度杰出科技成就獎(jiǎng)”；2010年1月20日，500多位兩院院士的投票結(jié)果揭曉，煤制乙二醇項(xiàng)目被評為“2009年度中國十大科技進(jìn)展之一”。