作為一種新型的汽油添加劑和良好的潔凈燃料，低碳醇的高效、清潔合成一直是化工科學家追尋的目標。然而，傳統(tǒng)合成方法中，高溫、高壓的苛刻合成反應(yīng)條件或使用貴金屬催化劑的高成本工藝導(dǎo)致其規(guī)?；a(chǎn)面臨相當大的挑戰(zhàn)。

　　最近，在中科院“低階煤清潔高效梯級利用關(guān)鍵技術(shù)與示范”先導(dǎo)專項和科技部“863”課題的支持下，中科院山西煤炭化學研究所與中國神華煤制油化工有限公司合作完成了千噸級煤基合成氣制低碳醇工業(yè)側(cè)線試驗。

　　在科學家們看來，這一進展開辟了低碳醇多聯(lián)產(chǎn)工藝合成的全新途徑，也成為產(chǎn)研成功合作的典范。

　　以“高產(chǎn)”和“溫和”取勝

　　10月22日，位于神華集團包頭煤化工公司的一套工業(yè)側(cè)線裝置已連續(xù)運轉(zhuǎn)1000多個小時。事實上，大約在一個月前，身在試驗現(xiàn)場的中科院山西煤化所研究員房克功從現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)中得知，試驗結(jié)果有望優(yōu)于預(yù)期。好消息通過“團隊日報”發(fā)到了在外地出差的神華包頭煤化工公司總工程師姜興劍那里。姜興劍告訴《中國科學報》記者，整個團隊都為此感到很興奮。

　　抱著嚴謹務(wù)實的科學態(tài)度，試驗團隊仍然按計劃讓裝置繼續(xù)運行1000小時以上，圓滿完成了工藝過程高負荷穩(wěn)定性運轉(zhuǎn)考核驗證。

　　煤基合成氣是以煤為原料制取的氣體，主要成分是氫氣和一氧化碳。低碳醇則由氫氣和一氧化碳在特定條件下合成，催化劑表面原料氣的轉(zhuǎn)化率和選擇性決定了目標產(chǎn)物低碳醇的產(chǎn)率。

　　房克功告訴《中國科學報》記者，傳統(tǒng)合成方法的反應(yīng)溫度及壓力一般在280攝氏度和8兆帕以上，反應(yīng)條件苛刻并且催化劑價格較高，高成本、低產(chǎn)量的工藝技術(shù)使其過程經(jīng)濟性不高，一直制約著低碳醇合成的規(guī)?；I(yè)應(yīng)用。

　　而此次試驗結(jié)果顯示，這套工藝在相對溫和的反應(yīng)條件下，使一氧化碳轉(zhuǎn)化率達到85%以上，日產(chǎn)15噸低碳醇，并進一步分離得到多種產(chǎn)品?！胺磻?yīng)溫度為230到260攝氏度，壓力為6.0兆帕，工藝條件趨于溫和化，低碳醇產(chǎn)量更高?！狈靠斯φf。

　　科學家與工程師的兩大“利器”

　　此次低碳醇合成的新技術(shù)使用了山西煤化所和神華集團的兩大“利器”：一是催化劑，二是分離技術(shù)。

　　新技術(shù)使用的催化劑為山西煤化所自主研發(fā)的銅基催化劑，價格廉價，具有活性好、機械強度高、無環(huán)境污染、制造成本低、重復(fù)性好等優(yōu)點，其成本和工藝接近合成甲醇催化劑。

　　該試驗于2014年打通工藝流程后，對關(guān)鍵工藝過程進行了優(yōu)化?！疤貏e是在試驗運轉(zhuǎn)初期，氫氣與一氧化碳在催化劑表面的劇烈反應(yīng)會放出大量熱量，我們發(fā)現(xiàn)在這一階段催化劑床層容易出現(xiàn)難以移除的‘熱點’，帶來了巨大的安全隱患?！狈靠斯φf。

　　全程參與該試驗的姜興劍告訴《中國科學報》記者，在問題面前，科學家們勇敢面對，沒有絲毫猶豫地投入了解決問題的工作中?！拔覀儗茖W家們百折不撓、上下求索的科學精神非常佩服?！?/p>

　　科研人員終于找到解決方案，即通過改變催化劑填裝方式，優(yōu)化開車運行方案，平穩(wěn)避開了反應(yīng)初期的風險。

　　在分離步驟中，則采用神華集團主導(dǎo)開發(fā)的“9塔1器”的流程，即九個精餾塔外加一個膜分離組，實施以精餾——萃取——膜分離相結(jié)合方法，成功獲得高純度的甲醇、乙醇、丙醇及丁醇等化工產(chǎn)品。

　　開放的“產(chǎn)研”合作姿態(tài)

　　近年來，山西煤化所圍繞煤炭清潔高效利用開展了扎實的基礎(chǔ)研究，也在院地合作上收獲頗豐。煤制乙醇、低碳醇技術(shù)的研發(fā)便是典型案例。

　　房克功回憶，起初，合成氣制低碳醇技術(shù)在實驗室取得成功后，研究人員認為，科技創(chuàng)新只有用在實際生產(chǎn)中，才能發(fā)揮更大價值。因此，他們開始主動走出去，尋求合作企業(yè)，最終與河南煤業(yè)集團和山西潞安礦業(yè)集團結(jié)緣。在取得初步成果后，荷蘭皇家殼牌石油公司拋出了橄欖枝。

　　2011年前后，中國神華煤制油化工有限公司主動找上門洽談該技術(shù)后續(xù)全方位的合作開發(fā)事宜，得到了前期合作伙伴的一致贊同。

　　對此，山西煤化所創(chuàng)造性地提出了一套多邊合作機制，解決了產(chǎn)權(quán)分配等問題?！八镓撠熤R產(chǎn)權(quán)的部門給予了極大的支持，讓我們始終有開放的姿態(tài)?！狈靠斯Ρ硎尽?/p>

　　幾年來，姜興劍深刻地感受到新技術(shù)為企業(yè)帶來的好處?！翱茖W家們在前沿技術(shù)的開發(fā)上具有企業(yè)不可比擬的實力，這些技術(shù)能夠讓企業(yè)獲得更大的效益?！?/p>

　　未來，雙方期待開展更大規(guī)模的低碳醇合成工業(yè)試驗，讓實驗室技術(shù)早日走上生產(chǎn)線。