2.3.3　煤基制燃料乙醇工藝路線

煤制乙醇路線與傳統生物質制乙醇完全不同，而我國作為煤炭儲備大國，長期來看發展煤制乙醇具有巨大優勢。煤經合成氣制乙醇的工藝路線又可以分為直接法和間接法兩種，如圖2-7所示。

（1）直接法

將合成氣直接通過生物發酵或催化劑催化得到乙醇，再加以分離得到無水乙醇，工藝可細分為生物法和貴金屬催化法兩種（圖2-7中①生物法、②貴金屬催化法）。由于生物法對原料要求（工業廢氣）的特殊性，目前只有唐鋼和首鋼百噸級項目設計成功并投產，區別于其他工業化路線；貴金屬催化法需要采用銠等貴金屬催化劑，可通過合成氣一步制得乙醇，目前仍處于探索階段，江蘇索普集團已有1萬噸級項目成功投產，但其產品的選擇性和轉化率仍有待提高。

（2）間接法

是指以煤制合成氣為源頭通過甲醇、二甲醚、乙酸、乙酸酯等中間產物，再通過催化加氫得到乙醇，并最終提純為無水乙醇的工藝路線（圖2-7中③二甲醚路線、④乙酸路線、⑤乙酸酯路線）。二甲醚催化路線：目前有研究指出可通過特定催化劑選擇性氧化二甲醚直接得到乙醇，但該方法轉化率太低暫無法滿足工業化需求，目前主流方法仍是通過羰基化二甲醚得到乙酸酯，再催化加氫合成乙醇，代表性企業有延長石油興化集團；乙酸加氫路線：屬于煤制乙醇中較為常見的方法，目前該技術處于全球領先的是美國塞拉尼斯公司；乙酸酯加氫路線：乙酸酯可以由乙酸加氫、二甲醚羰基化或其他工藝路線副產得到，再進一步加氫催化可以得到低碳醇混合物，提純分離后即可得到無水乙醇，該方法較乙酸直接加氫法有腐蝕性小、分離能耗低的優點，也是目前煤制乙醇研究的新方向，中溶科技即采用此種工藝。

對各種可實現工業化或商業化的不同類型煤制乙醇路線進行了研究與測算，并對其成本進行拆分，匯總結果如下。

① 合成氣直接制乙醇　煤經合成氣直接制乙醇工藝由于工藝流程短，理論上煤耗、能耗、投資成本均較低，目前其主要的影響因素是定向轉化催化劑。國內在這方面主要的研究機構有中國科學院大連化學物理研究所（大連化物所）和中科院山西煤炭化學研究所（山西煤化所），大連化物所研發的貴金屬銠基催化劑對C2+醇的選擇性能達到80%；而山西煤化所銅鐵基催化劑對C2+醇的選擇性只有50%，但催化劑成本具有優勢，目前上述兩項研究均已實現中試平穩運行。從全球來看法國IFP（法國石油研究院）技術較為領先，按照其技術測算，乙醇的生產成本約為4070元/噸。

② 二甲醚經乙酸甲酯合成乙醇　2013年，陜西興化集團有限責任公司已經擁有生產規模30萬噸/年的甲醇成熟生產線，其主要采用的是煤制合成氣再制甲醇的生產工藝，生產出來的甲醇50%供給甲胺裝置作為原料，剩余外售。在甲醇價格低迷的情況下，該公司又以合成氣和甲醇為原料，采用二甲醚羰基化經乙酸甲酯加氫制乙醇的工藝，規劃建設了10萬噸/年的合成氣制乙醇的項目。2017年1月11日延長石油10萬噸合成氣制乙醇工業示范項目在陜西興化集團一次投料成功，生產出純度為99.71%合格無水乙醇，目前該項目試生產運行穩定，產品質量合格，各項工藝指標正常。若以93#汽油價格6500元/噸測算燃料乙醇價格為5921元/噸，以10%三費率測算該公司無水乙醇凈利約為900元/噸。

在乙酸酯催化加氫的路線中，源頭基本都是合成氣制甲醇，二甲醚路線首先利用合成氣中的一氧化碳用于羰基化二甲醚得到乙酸甲酯，在利用合成氣中的氫氣催化合成乙醇。該工藝路線相比乙酸源路線的優點在于幾乎不需要使用防腐性能高的反應釜，在工業化生產中具有較大的成本優勢。同時乙酸甲酯和甲醇也可以作為副產品銷售，方便企業在乙醇盈利不佳時轉型其他產品。根據延長石油興化集團的工藝路線進行測算，乙醇生產成本約為4201元/噸，其中乙酸甲酯按照外購價計算，如果考慮生產過程中企業的產業鏈優勢，乙酸甲酯價格將更低。

③ 乙酸加氫制乙醇　中溶科技于2009年開始研發乙酸制乙醇項目，在2013年7月建成1.5萬噸國內首套乙酸加氫制乙醇工業裝置，比當時同行糧食發酵法制乙醇有巨大的成本優勢，并穩定運行超過2年。根據2016年的財報顯示，2016年該公司生產無水乙醇20643t，銷售量為20540t，無水乙醇銷售收入為9588萬元，毛利率為24.89%。據此測算該公司無水乙醇平均售價為4668元/噸，單噸毛利為1162元，以10%的三費率測算公司無水乙醇凈利約為700元/噸。2016年12月24日，中溶科技自主研發的“高效利用焦爐煤氣、乙酸制乙醇關鍵技術研究及產業化應用”項目通過科技成果評價。評價結論為：項目技術具有自主知識產權，綜合技術達到國內領先水平。經濟和社會效益顯著，應用前景廣闊。產品質量符合《化學試劑乙醇（無水乙醇）》（GB/T 678—2002）分析純標準和《變性燃料乙醇》（GB 18350—2013）標準。該公司于2015年8月開始動工建設年產30萬噸乙酸加氫制乙醇項目的一期10萬噸生產線，2016年下半年竣工投產。而二期將建設兩條個年產10萬噸無水乙醇生產線，計劃2018年5月竣工投產。

該工藝路線主要由煤經合成氣制得甲醇，甲醇羰基化得到乙酸，乙酸再加氫制得乙醇。該工藝是目前比較適于大規模生產的方法之一，其工藝核心部分主要為反應催化劑及其選擇性和轉化率，此外由于產物中有水存在，后期的分離能耗也將增加部分成本（生產過程中的乙酸乙酯、乙醛等副產物可以不用分離，其加氫后產物也為乙醇），目前浦景化工即采用此種工藝，并將其中副產物分離并另行銷售，根據此工藝測算無水乙醇的生產成本約為4084元/噸。

④ 乙酸酯化加氫制乙醇　該工藝主要由乙酸經酯化后加氫制乙醇，中間產物可以是乙酸甲酯或乙酸乙酯，乙酸甲酯后續路線與二甲醚路線類似，而乙酸乙酯催化加氫后產物中沒有甲醇和水，可以減少后期分離提純的能耗，同時采用適當的催化劑可以將轉化效率提升至97%～98%。目前中溶科技已經投產的乙醇裝置主要采用該工藝，根據測算得該工藝無水乙醇的成本約為4105元/噸。此處乙酸按照外購價計算，若考慮大部分企業都擁有乙酸產業鏈，其實際成本將更低。

總之，煤制乙醇成本優勢明顯。其中，與生物質燃料乙醇相比，煤制乙醇的生產成本顯著低于各代生物發酵乙醇，即使考慮生物質乙醇補貼和煤制乙醇5%消費稅以后（生物質乙醇免消費稅），我國煤制乙醇仍然具有成本優勢，其中各路線中成本最高的乙酸酯加氫路線也要比生物質乙醇中成本最低的玉米乙醇更加便宜。此外，考慮未來生物質乙醇補貼下行、玉米去庫存的大趨勢，煤制乙醇的成本優勢將更為明顯。因此，不同燃料乙醇生產技術工藝各自的理論方法、成套裝備、工程科技等，尚需要國際國內的市場競爭進行選擇。