能源是人类活动的物质基础,人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。能源的发展、能源和环境是全球共同关心的问题,也是我国社会经济发展的重要问题。随着全球气候的变化、化石燃料资源的日趋减少以及原油价格的持续上涨,能源问题已经处于核心地位。据统计,世界石油消费将从年的每天85百万桶原油增加到年每天.6百万桶。我国“贫油、少气、富煤”,煤炭储量相对富裕。在国际油价飞涨,石油供应紧缺的条件下,为了减少对化石能源的依赖,提出了大力开发新能源和可再生能源、优化能源结构的战略发展规划,以保障国家的能源安全。发展煤的综合加工利用技术,走清洁化和绿色化煤资源开发是我国新能源战略之一,以煤资源为核心,以高新技术为支撑,走非石油路线生产石化产品,以缓解石油资源危机是我国战略目标。
乙醇作为一种优质的液体燃料,可以提供与汽油相当的化学能,硫分和灰分较低,被认为是替代和节约汽油的最佳燃料之一。乙醇的生产路线主要有糖类发酵路线、石油裂化催化路线和合成气羰基化路线。但是由于原油价格不断上涨和发酵法制乙醇仍受限于生物质组成的原因,利用糖类发酵路线和石油裂化催化路线制备燃料级乙醇成本和能耗均很高。合成气直接转化制乙醇工艺路线的原料合成气来源广泛,可以从煤气化获得,也可以从焦炉煤气和钢厂尾气获得。乙醇是优异的油品增氧剂和改良剂之一,可有效提高汽油辛烷值,降低汽车有害尾气及固体颗粒物的排放。当前,世界燃料乙醇的使用量已超过万吨,美国、巴西等国家多年来一直使用乙醇作为汽油的添加剂。众所周知,我国要在年全国范围内推广使用车用乙醇汽油,基本实现全覆盖。据此估算,到年,我国燃料乙醇的需求量将达万吨,而目前我国的燃料乙醇产量仅为约万吨,市场缺口预计达万吨。我国人多地少,大规模使用粮食来生产燃料乙醇的思路既不现实也不经济。在此种形势下,研究煤制乙醇技术替代传统的粮食发酵法,对减少我国粮食工业消耗、提高能源安全以及助力环境保护具有重要的战略意义。近几十年来,国内外众多学者致力于合成气直接合成乙醇的研究。均相法主要以Rh为活性组分,催化剂价格昂贵、与产物分离困难且所需反应压力较高。非均相法路线中由甲醇形成C-C键的反应速率较低,生成C2中间体后链增长反应速率又过快,由此导致乙醇收率较低。2CO+4H2→CH3CH2OH+H2O由合成气间接法合成乙醇主要有两条工艺路线:①合成气合成甲醇后经羰基化反应生成乙酸,乙酸加氢制得乙醇;②二甲醚(DME)羰基化合成乙酸甲酯、乙酸甲酯进一步加氢得到目标产物乙醇。本文对此进行了一下梳理。
一、煤经合成气直接制乙醇
煤经合成气直接制乙醇过程可极大简化现有的生产工艺,具有重要的研究价值。从学术意义上来讲,该过程可加深和丰富人们对合成气反应体系内在规律的认识,推动碳一化学催化理论的发展,有着潜在的应用价值,因此受到国内外学术界及工业界的广泛
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