低碳混合醇是指C1～C5的醇類混合物，以煤為原料生產(chǎn)混合醇可以在一套生產(chǎn)裝置上同時(shí)生產(chǎn)甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇等醇類混合物，有的還含有烴類，經(jīng)過分離也可以得到上述各種醇類的單醇。當(dāng)前，在國內(nèi)形成的煤化工熱潮，以及國際油價(jià)上漲、國內(nèi)成品油價(jià)格不斷跟漲的助推下，我國研究開發(fā)了20多年的煤制低碳混合醇技術(shù)，正開始加速推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
目前，神華集團(tuán)5000噸/年煤制低碳混合醇裝置正在建設(shè)之中，最快年底投產(chǎn)；合肥天焱綠色能源開發(fā)有限公司建設(shè)的1000噸/年合成氣制低碳混合醇裝置正在建設(shè)，預(yù)計(jì)下半年投產(chǎn)；兗礦集團(tuán)啟動(dòng)煤制混合醇項(xiàng)目開發(fā)工作，并且與技術(shù)所有方簽訂了相關(guān)合作協(xié)議；廈門大學(xué)在完成催化劑單管實(shí)驗(yàn)后，將在四川、新疆建設(shè)千噸級(jí)實(shí)驗(yàn)裝置……
這種煤制混合醇市場(chǎng)前景怎么樣？相比單一醇生產(chǎn)具有什么優(yōu)勢(shì)？技術(shù)上還需要完善哪些環(huán)節(jié)？
市場(chǎng)前景逐漸顯現(xiàn)
企業(yè)靠產(chǎn)品，產(chǎn)品靠市場(chǎng)。作為一個(gè)煤化工新產(chǎn)品，混合醇應(yīng)用市場(chǎng)在哪里？如果市場(chǎng)不明確、使用不方便，就會(huì)重蹈二甲醚由于應(yīng)用問題，導(dǎo)致開工嚴(yán)重不足的覆轍，使整個(gè)產(chǎn)業(yè)遭遇發(fā)展困境。
業(yè)內(nèi)專家告訴記者，混合醇可以提取出單醇使用，也可以用作燃油添加劑，還可以直接用于生產(chǎn)化工產(chǎn)品。
“先把混合醇里面的乙醇、丙醇、丁醇、戊醇提取，少量不好分離的作為混合醇使用，這樣經(jīng)濟(jì)效益更好些。”廈門大學(xué)教授張鴻斌告訴記者。據(jù)中國科技大學(xué)教授莊叔賢介紹，美國陶氏化學(xué)公司上世紀(jì)就開發(fā)出了鉬基催化劑混合醇生產(chǎn)藝，通過與美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室合作，把合成出來的混合醇中的甲醇分離后，可以完全替代甲基叔丁基醚(MTBE)作為汽油添加劑。
據(jù)了解，按美國環(huán)保署的測(cè)定，現(xiàn)行的燃油添加劑MTBE因不能被生物降解而污染地下水，已經(jīng)開始被逐步淘汰。混合醇具有很高的辛烷值，其防爆、抗震性能優(yōu)越，可與汽油摻混可替代已有環(huán)保爭議的MTBE。低碳混合醇已經(jīng)在美國環(huán)保署注冊(cè)為燃油添加劑，其辛烷值比乙醇高出10%。目前，我國MTBE的需求量約為300萬噸，隨著我國油品質(zhì)量的不斷升級(jí)及進(jìn)口高硫原油加工量的增加，對(duì)汽油添加劑的消費(fèi)量和添加比例也在逐步提高，作為汽油添加劑使用是混合醇一個(gè)主要市場(chǎng)。
此外，混合醇還可以直接作為燃料使用。專家介紹，混合醇雖然熱值略低于汽柴油，但是由于醇中氧原子的存在，其燃燒比汽柴油充分，尾氣排放中有害物較少，是環(huán)境友好的優(yōu)質(zhì)動(dòng)力燃料，可以替代汽油、柴油等。目前，國內(nèi)外都在尋找替代燃料，替代品很多，但終因種種原因未能大規(guī)模推廣：電、氫燃料成本太高；二甲醚單燒要改造燃料供給系統(tǒng)；乙醇汽油因原料、成本、熱值問題，無法大規(guī)模推廣；煤制油資源消耗量大，投資過高，大規(guī)模開展煤液化已被國家否定。而混合醇恰恰消除了上述產(chǎn)品的缺陷，具有推廣潛力。
混合醇除了作為燃料以及汽油添加劑，還有多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。我國近幾年一直在進(jìn)口低碳混合醇，那么進(jìn)口的混合醇究竟用于什么領(lǐng)域？
“國內(nèi)現(xiàn)有的煤制混合醇成分與進(jìn)口的成分不一樣。”寧波奉化高科化工有限公司生產(chǎn)經(jīng)理唐志良告訴記者。據(jù)他介紹，進(jìn)口的混合醇是南非沙索集團(tuán)煤制油的副產(chǎn)品，分為混丙醇、混丁醇、混戊醇三種，混丁醇、混戊醇用來直接替代正丁醇，混丙醇替代異丁醇，也可以根據(jù)用戶需要用混合醇生產(chǎn)混合酯；而煤制混合醇中的主要成分是乙醇，其次是丙醇、丁醇。
據(jù)記者調(diào)查，這種進(jìn)口煤制油的副產(chǎn)混合醇具有成本優(yōu)勢(shì)，2010年進(jìn)口價(jià)格在6500元/噸，比當(dāng)時(shí)的正丁醇市場(chǎng)價(jià)格低幾千元，在華東、華南市場(chǎng)作為替代品很受青睞，幾個(gè)貿(mào)易商都表示缺現(xiàn)貨。據(jù)他們介紹，國內(nèi)每年進(jìn)口量有幾十萬噸，目前，進(jìn)口的混合醇由于多種原因，已經(jīng)漲價(jià)到9000多元/噸，成本優(yōu)勢(shì)已經(jīng)不明顯，包括唐志良在內(nèi)的不少用戶都在尋求國內(nèi)能生產(chǎn)混合醇的企業(yè)，并開始關(guān)注煤制混合醇。他認(rèn)為，煤制混合醇除了提取出單醇外，混合醇不分離也可以直接用一些化工產(chǎn)品的生產(chǎn)，開發(fā)混丙醇等下游產(chǎn)品。
“盡管煤制的混合醇和煤制油的副產(chǎn)混合醇所含成分不一樣，只要國內(nèi)有企業(yè)生產(chǎn)出煤制混合醇，告訴我們，我們?cè)敢獍N。”唐志良說。
全國煤制混合醇（產(chǎn)業(yè)鏈）協(xié)作聯(lián)盟專家表示，混合醇最大的用途還是在化工上，除了提取單醇外，混合醇還可以直接作為化工原料，生成其他的化工產(chǎn)品，比如可以一步催化合成異丁醛等產(chǎn)品，還可以根據(jù)市場(chǎng)需要有針對(duì)性的利用，比如提取含有乙醇、異丙醇兩種混合醇，用于提取姜黃中的天然藥物姜黃素，要比單一醇的提取效果好，提取率更高。
目前我國甲醇過剩嚴(yán)重，甲醇汽油推廣進(jìn)展緩慢。圖為西安丈八路一延長石油的甲醇汽油加油站。 (CFP 供圖)
加快推廣經(jīng)濟(jì)可行
中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所研究員房克功介紹，煤制混合醇如果不包括氣頭，生產(chǎn)成本在2500～3000元/噸，混合醇分離成單醇的成本在3000～4000元/噸。房克功介紹，20萬～30萬噸/年的混合醇裝置具有經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)，分離后的單醇才具有規(guī)模。中科合成油工程有限公司高工唐宏青表示，從項(xiàng)目工程化的角度講，新建混合醇裝置算上征地、還貸利息、人工工資等，生產(chǎn)出來的混合醇成本5000～6000元/噸，分離單醇的費(fèi)用不會(huì)超過1000元/噸，像乙醇的生產(chǎn)成本不會(huì)超過7000元/噸。
“在現(xiàn)有的甲醇裝置上改產(chǎn)混合醇投資比較低，肯定合算。” 唐宏青告訴記者。他介紹，在現(xiàn)有甲醇裝置上改產(chǎn)混合醇，前面的工序不變，投資也就在變換、催化劑、精餾塔上。改產(chǎn)有兩種形式，一是一部分改造，在現(xiàn)有甲醇裝置的合成氣凈化工段之后引出一股合成氣，增加一套高能復(fù)合醇裝置，同時(shí)生產(chǎn)多碳混合醇和甲醇。二是將現(xiàn)有甲醇裝置全部改產(chǎn)為多碳混合醇。一個(gè)15萬～20萬噸/年甲醇裝置，在前期投資已經(jīng)還完貸款、公用工程能滿足的情況下，后期投資不會(huì)很大，混合醇生產(chǎn)成本能達(dá)到3000～4000元/噸，單醇成本在5000～6000元/噸。
據(jù)中宇資訊價(jià)格分析師柳東遠(yuǎn)介紹，國內(nèi)MTBE主流成交價(jià)格在9000～9300元/噸，無水乙醇主流出廠價(jià)在7200～7400元/噸含稅。正丁醇市場(chǎng)價(jià)格10400～10500元/噸，異丁醇9400～9500元/噸，正丙醇華東地區(qū)國產(chǎn)、進(jìn)口貨商談價(jià)位集中在10300～10500元/噸，異丙醇市場(chǎng)主流成交價(jià)位集中在9400～9500元/噸。
業(yè)內(nèi)專家指出，與單醇以及MTBE相比，顯然混合醇有著得天獨(dú)厚的成本優(yōu)勢(shì)，因此，混合醇無論是直接作為燃料使用，還是代替MTBE用作汽油添加劑都具有經(jīng)濟(jì)性，分離的單醇相比目前的市場(chǎng)價(jià)格也都具有成本優(yōu)勢(shì)。目前我國甲醇產(chǎn)能過剩，去年甲醇裝置開工率不到60%，而且甲醇生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一，綜合盈利和抵御風(fēng)險(xiǎn)能力低。目前在華東地區(qū)甲醇出廠價(jià)在2800～3000元/噸，而50萬噸/年的大型甲醇裝置生產(chǎn)成本在2600～2700元/噸，中小型裝置生產(chǎn)成本在2700～2900元/噸，多數(shù)企業(yè)利潤微薄甚至虧損運(yùn)行。
上海石油化工研究院高級(jí)工程師瞿勇認(rèn)為，在現(xiàn)有甲醇裝置上改產(chǎn)混合醇，不僅節(jié)省投資、降低生產(chǎn)成本，而且對(duì)甲醇企業(yè)來說，這也是條投資少、建設(shè)周期短、提高效益、抗風(fēng)險(xiǎn)的升級(jí)轉(zhuǎn)型之路。上馬混合醇后，就可以根據(jù)市場(chǎng)行情，調(diào)節(jié)混合醇及各種單醇的產(chǎn)量，以達(dá)到利潤的最大化。
不過，唐宏青提醒說，目前對(duì)混合醇生產(chǎn)的成本預(yù)計(jì)只是一種推斷，煤制混合醇還是要堅(jiān)持先工業(yè)化示范后推廣的原則，經(jīng)過工業(yè)化示范才能核算出來真正成本，同時(shí)，對(duì)煤制混合醇的成本、利潤要算總賬。
催化劑開發(fā)是關(guān)鍵
由合成氣直接合成低碳混合醇的研究開始于1920年。上世紀(jì)70年代以來的兩次石油危機(jī)，使人們對(duì)合成低碳混合醇產(chǎn)生了更大的興趣，許多國家投入大量的人力、物力，甚至跨國聯(lián)合攻關(guān)研究和開發(fā)，有些國家將混合醇合成列入國家發(fā)展計(jì)劃。美國、德國、法國、意大利等國家先后開發(fā)出了不同的工藝技術(shù)。20多年前，中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所、中國科技大學(xué)、北京大學(xué)、清華大學(xué)等也開始了煤制低碳混合醇技術(shù)的研究開發(fā)。多位專家向記者表示，煤制混合醇的合成關(guān)鍵在催化劑。
莊叔賢、房克功等專家向記者介紹，目前合成混合醇的催化劑有四類：改性高溫甲醇合成催化劑、改性低溫甲醇合成催化劑、銅基催化劑、鉬基催化劑，這四種催化劑各有利弊。
改性高溫甲醇合成催化劑生產(chǎn)的混合醇，含有的甲醇產(chǎn)量高，達(dá)到總產(chǎn)物的70%，丁醇占10%多，反應(yīng)溫度為350～420℃，反應(yīng)壓力在12～16MPa，反應(yīng)條件苛刻。在改性高溫甲醇合成催化劑工藝生產(chǎn)項(xiàng)目方面，意大利斯那姆公司在1982年建成了1500噸/年的示范裝置。
改性低溫甲醇合成催化劑條件比較溫和，但是總醇及乙醇以上的醇產(chǎn)量較低。
銅基催化劑反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)溫度250～260℃，反應(yīng)壓力在5MPa，和甲醇生產(chǎn)條件類似，催化劑活性和混合醇及乙醇以上的醇產(chǎn)量較高，但副產(chǎn)物也相對(duì)較多。銅鐵基催化劑甲醇產(chǎn)量約占總產(chǎn)物的30%～40%、乙醇約占30%、丙醇占15%～20%、丁醇約占10%、戊醇低于5%，甲烷、乙烷等烴類占20%，烯烴約占總產(chǎn)物的5%。
鉬基催化劑具有獨(dú)特的抗硫性，避免了合成氣中因硫而使催化劑中毒的問題，節(jié)省了生產(chǎn)過程的除硫過程，但是最終產(chǎn)品混合醇以及單醇里含硫，脫硫是個(gè)麻煩事。而且裝置尾氣的二氧化碳含量高、烴少，反應(yīng)溫度高，能耗高，催化劑成本高。鉬基催化劑甲醇產(chǎn)量約占總產(chǎn)物的50%、乙醇占20%、丙醇占10%、丁醇不到10%、戊醇低于5%。
莊叔賢、房克功目前看好銅基催化劑，認(rèn)為相比鉬基催化劑，使用銅基催化劑生產(chǎn)的混合醇中甲醇所占的比例小，市場(chǎng)價(jià)值高的高碳醇比例高。而廈門大學(xué)教授張鴻斌則認(rèn)為，煤制混合醇應(yīng)當(dāng)看活性和穩(wěn)定性，他看好鉬氧基的催化劑，不含硫，乙醇甲醇產(chǎn)量高。
全國煤制混合醇（產(chǎn)業(yè)鏈）協(xié)作聯(lián)盟專家表示，催化劑開發(fā)重點(diǎn)是高活性、高選擇性、高穩(wěn)定性，提高一氧化碳的轉(zhuǎn)化率和總醇單位時(shí)間產(chǎn)量，提高高碳醇在總醇中所占的比例。通過設(shè)計(jì)、優(yōu)化合理的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)效益。
目前我國部分進(jìn)口的混合醇是南非沙索集團(tuán)煤制油的副產(chǎn)品，近年來該產(chǎn)品進(jìn)口價(jià)格大幅上漲，已經(jīng)從2010年的6500元/噸漲價(jià)到9000多元/噸。圖為南非沙索公司塞空達(dá)煤制油工廠。 （沙索公司 供圖）
