2.3.3　煤基制燃料乙醇工艺路线

煤制乙醇路线与传统生物质制乙醇完全不同，而我国作为煤炭储备大国，长期来看发展煤制乙醇具有巨大优势。煤经合成气制乙醇的工艺路线又可以分为直接法和间接法两种，如图2-7所示。

图2-7　煤基制燃料乙醇工艺路线

（1）直接法

将合成气直接通过生物发酵或催化剂催化得到乙醇，再加以分离得到无水乙醇，工艺可细分为生物法和贵金属催化法两种（图2-7中①生物法、②贵金属催化法）。由于生物法对原料要求（工业废气）的特殊性，目前只有唐钢和首钢百吨级项目设计成功并投产，区别于其他工业化路线；贵金属催化法需要采用铑等贵金属催化剂，可通过合成气一步制得乙醇，目前仍处于探索阶段，江苏索普集团已有1万吨级项目成功投产，但其产品的选择性和转化率仍有待提高。

（2）间接法

是指以煤制合成气为源头通过甲醇、二甲醚、乙酸、乙酸酯等中间产物，再通过催化加氢得到乙醇，并最终提纯为无水乙醇的工艺路线（图2-7中③二甲醚路线、④乙酸路线、⑤乙酸酯路线）。二甲醚催化路线：目前有研究指出可通过特定催化剂选择性氧化二甲醚直接得到乙醇，但该方法转化率太低暂无法满足工业化需求，目前主流方法仍是通过羰基化二甲醚得到乙酸酯，再催化加氢合成乙醇，代表性企业有延长石油兴化集团；乙酸加氢路线：属于煤制乙醇中较为常见的方法，目前该技术处于全球领先的是美国塞拉尼斯公司；乙酸酯加氢路线：乙酸酯可以由乙酸加氢、二甲醚羰基化或其他工艺路线副产得到，再进一步加氢催化可以得到低碳醇混合物，提纯分离后即可得到无水乙醇，该方法较乙酸直接加氢法有腐蚀性小、分离能耗低的优点，也是目前煤制乙醇研究的新方向，中溶科技即采用此种工艺。

对各种可实现工业化或商业化的不同类型煤制乙醇路线进行了研究与测算，并对其成本进行拆分，汇总结果如下。

① 合成气直接制乙醇　煤经合成气直接制乙醇工艺由于工艺流程短，理论上煤耗、能耗、投资成本均较低，目前其主要的影响因素是定向转化催化剂。国内在这方面主要的研究机构有中国科学院大连化学物理研究所（大连化物所）和中科院山西煤炭化学研究所（山西煤化所），大连化物所研发的贵金属铑基催化剂对C2+醇的选择性能达到80%；而山西煤化所铜铁基催化剂对C2+醇的选择性只有50%，但催化剂成本具有优势，目前上述两项研究均已实现中试平稳运行。从全球来看法国IFP（法国石油研究院）技术较为领先，按照其技术测算，乙醇的生产成本约为4070元/吨。

② 二甲醚经乙酸甲酯合成乙醇　2013年，陕西兴化集团有限责任公司已经拥有生产规模30万吨/年的甲醇成熟生产线，其主要采用的是煤制合成气再制甲醇的生产工艺，生产出来的甲醇50%供给甲胺装置作为原料，剩余外售。在甲醇价格低迷的情况下，该公司又以合成气和甲醇为原料，采用二甲醚羰基化经乙酸甲酯加氢制乙醇的工艺，规划建设了10万吨/年的合成气制乙醇的项目。2017年1月11日延长石油10万吨合成气制乙醇工业示范项目在陕西兴化集团一次投料成功，生产出纯度为99.71%合格无水乙醇，目前该项目试生产运行稳定，产品质量合格，各项工艺指标正常。若以93#汽油价格6500元/吨测算燃料乙醇价格为5921元/吨，以10%三费率测算该公司无水乙醇净利约为900元/吨。

在乙酸酯催化加氢的路线中，源头基本都是合成气制甲醇，二甲醚路线首先利用合成气中的一氧化碳用于羰基化二甲醚得到乙酸甲酯，在利用合成气中的氢气催化合成乙醇。该工艺路线相比乙酸源路线的优点在于几乎不需要使用防腐性能高的反应釜，在工业化生产中具有较大的成本优势。同时乙酸甲酯和甲醇也可以作为副产品销售，方便企业在乙醇盈利不佳时转型其他产品。根据延长石油兴化集团的工艺路线进行测算，乙醇生产成本约为4201元/吨，其中乙酸甲酯按照外购价计算，如果考虑生产过程中企业的产业链优势，乙酸甲酯价格将更低。

③ 乙酸加氢制乙醇　中溶科技于2009年开始研发乙酸制乙醇项目，在2013年7月建成1.5万吨国内首套乙酸加氢制乙醇工业装置，比当时同行粮食发酵法制乙醇有巨大的成本优势，并稳定运行超过2年。根据2016年的财报显示，2016年该公司生产无水乙醇20643t，销售量为20540t，无水乙醇销售收入为9588万元，毛利率为24.89%。据此测算该公司无水乙醇平均售价为4668元/吨，单吨毛利为1162元，以10%的三费率测算公司无水乙醇净利约为700元/吨。2016年12月24日，中溶科技自主研发的“高效利用焦炉煤气、乙酸制乙醇关键技术研究及产业化应用”项目通过科技成果评价。评价结论为：项目技术具有自主知识产权，综合技术达到国内领先水平。经济和社会效益显著，应用前景广阔。产品质量符合《化学试剂乙醇（无水乙醇）》（GB/T 678—2002）分析纯标准和《变性燃料乙醇》（GB 18350—2013）标准。该公司于2015年8月开始动工建设年产30万吨乙酸加氢制乙醇项目的一期10万吨生产线，2016年下半年竣工投产。而二期将建设两条个年产10万吨无水乙醇生产线，计划2018年5月竣工投产。

该工艺路线主要由煤经合成气制得甲醇，甲醇羰基化得到乙酸，乙酸再加氢制得乙醇。该工艺是目前比较适于大规模生产的方法之一，其工艺核心部分主要为反应催化剂及其选择性和转化率，此外由于产物中有水存在，后期的分离能耗也将增加部分成本（生产过程中的乙酸乙酯、乙醛等副产物可以不用分离，其加氢后产物也为乙醇），目前浦景化工即采用此种工艺，并将其中副产物分离并另行销售，根据此工艺测算无水乙醇的生产成本约为4084元/吨。

④ 乙酸酯化加氢制乙醇　该工艺主要由乙酸经酯化后加氢制乙醇，中间产物可以是乙酸甲酯或乙酸乙酯，乙酸甲酯后续路线与二甲醚路线类似，而乙酸乙酯催化加氢后产物中没有甲醇和水，可以减少后期分离提纯的能耗，同时采用适当的催化剂可以将转化效率提升至97%～98%。目前中溶科技已经投产的乙醇装置主要采用该工艺，根据测算得该工艺无水乙醇的成本约为4105元/吨。此处乙酸按照外购价计算，若考虑大部分企业都拥有乙酸产业链，其实际成本将更低。

总之，煤制乙醇成本优势明显。其中，与生物质燃料乙醇相比，煤制乙醇的生产成本显著低于各代生物发酵乙醇，即使考虑生物质乙醇补贴和煤制乙醇5%消费税以后（生物质乙醇免消费税），我国煤制乙醇仍然具有成本优势，其中各路线中成本最高的乙酸酯加氢路线也要比生物质乙醇中成本最低的玉米乙醇更加便宜。此外，考虑未来生物质乙醇补贴下行、玉米去库存的大趋势，煤制乙醇的成本优势将更为明显。因此，不同燃料乙醇生产技术工艺各自的理论方法、成套装备、工程科技等，尚需要国际国内的市场竞争进行选择。