2.3.1　化學合成制乙醇

乙烯水合法分為間接水合法和直接水合法。間接水合法由美國聯碳公司開發，反應分兩步進行，先將乙烯在一定溫度、壓力條件下通入濃硫酸中，生成硫酸酯，再將硫酸酯在水解塔中加熱水解而得乙醇，同時有副產物乙醚生成。間接水合法設備腐蝕嚴重，生產流程長，已被直接水合法取代。直接水合法由殼牌公司最先開發應用，該工藝是在一定條件下，乙烯通過固體酸催化劑直接與水反應生成乙醇，工業上采用負載于硅藻土上的磷酸催化劑。乙烯水合法缺乏經濟性，已經很少應用。

合成氣化學法合成乙醇已經具有很長的歷史，1920年就已經出現了利用化學催化的方法將CO和H₂合成乙醇的方法。制備合成氣是該過程的重要步驟之一，合成氣可來源于天然氣轉化、煤氣化或生物質氣化裝置，也可以來自鋼廠廢氣，城市生活垃圾也可以經氣化制備合成氣，城市垃圾中有機物占25%～30%，是可再生資源的一種，每燃燒5t垃圾可獲得相當1t標煤的熱量。

目前普遍研究的合成氣化學法生產乙醇有2種方法，一種是甲醇羰基化，美國聯碳公司利用Co（OAc）-12催化劑，甲醇與合成氣反應制取乙醇，獲得了較高的轉化率和產品選擇性；殼牌公司用甲醇和合成氣在CoI₂、CoBr₂的催化作用下反應，甲醇轉化率可達51.1%，乙醇選擇性63.8%。另一種方法是合成氣在催化劑的作用下直接合成乙醇，美國聯碳公司開發的Rh系催化劑、德國Hoechst公司開發的Rh-Mg系催化劑和法國IFP開發的Co-Cu-Cr-堿系催化劑，都取得了一定進展。雖然國內外已在該領域開展了大量研究工作，但在目標產物轉化率和收率方面還有待進一步提高，因此該方法目前尚未得到工業應用。

美國塞拉尼斯（Celanese）公司基于其甲醇羰基合成乙酸工藝，開發了TCX乙醇生產技術，該技術使用合成氣和氫氣為原料，在合成乙酸后，乙酸和氫氣在鉑/錫催化劑的作用下發生加氫反應制備乙醇，具有生產成本低、占地面積小和裝置規模大（110萬噸/年）等特點，其全生命周期水耗比傳統生物燃料水耗要低。該工藝與生物質氣化技術結合可低成本生產生物燃料乙醇。2012年4月，塞拉尼斯公司獲準在南京建設27.5萬噸/年工業乙醇項目，該公司同時計劃在珠海、內蒙古、美國德克薩斯州和印度尼西亞建設乙醇生產裝置。加拿大Enerkem公司開發了以城市垃圾為原料，經氣化、合成氣凈化、甲醇羰基化生產乙醇的成套技術，如圖2-4所示，該工藝每10t垃圾可生產3t乙醇。Enerkem公司在加拿大的魁北克已經建成一座130萬加侖/年的工業示范裝置，目前與GreenField乙醇公司合作在加拿大埃德蒙頓建設其10萬加侖/年的商業生產裝置，并計劃在美國Pontotoc和加拿大Varennes另建2座10萬加侖/年的生產裝置。

圖2-4　Enerkem燃料乙醇生產工藝流程圖