我國打造煤化工合成氣羰基合成產(chǎn)業(yè)鏈

文/孟晶

我國打造煤化工合成氣羰基合成產(chǎn)業(yè)鏈

文/孟晶

“結(jié)合煤化工合成氣的工藝特點(diǎn)，打造合成氣羰基合成產(chǎn)業(yè)鏈，制定合成氣產(chǎn)業(yè)鏈路線圖，建立合成氣生產(chǎn)含氧（含氮）化合物研發(fā)平臺，提升煤化企業(yè)市場競爭力，逐步做到‘百花齊放’。”華中科技大學(xué)物化與工業(yè)催化研究所教授李光興近日表示。

氧原子“進(jìn)進(jìn)出出”能耗物耗水耗皆高

“煤、石油、天然氣化學(xué)組分本質(zhì)的差別是什么？是碳?xì)浔鹊牟顒e，也是氧含量的差別。石油加工和煤化工初級加工的區(qū)別是什么？是原油加工‘無氧’ 催化裂解和煤炭‘加氧’造氣的差別?！崩罟馀d教授表示，目前石油加工和煤化工過程是否引入氧原子這一點(diǎn)并未引起重視，但這恰恰是煤化工能耗高、物耗高、水耗高、工藝路線復(fù)雜的一個重要因素。

李光興介紹，石油催化裂化過程為碳碳鍵重排過程，是在無氧條件下進(jìn)行加工，獲得的產(chǎn)品全部為烴類化合物。而煤化工則是以加氧與脫氧為主的化工過程。比如，煤制烯烴（MTO）就是典型代表，煤先進(jìn)行氣化，引入氧原子制得合成氣（CO+H2），經(jīng)催化合成甲醇，再將加到甲醇分子中的氧原子“拔”出來，得到烯烴產(chǎn)品。這樣看，MTO反應(yīng)就不是原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)。

再比如，費(fèi)托反應(yīng)也是煤先氣化，得到合成氣，然后脫氧生產(chǎn)各類烴類化合物，即各類燃油。但費(fèi)托反應(yīng)工藝路線長，能耗物耗水耗巨大，500萬～1000萬噸/年規(guī)模的裝置，耗水遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于2000噸/時，CO2排放大等問題也難以解決。因?yàn)?，根?jù)物料守恒定律，由碳?xì)溲踅M成的合成氣，在脫氧得到烴化物的變化中，勢必會釋放大量二氧化碳。而且，高溫造氣得到的合成氣在冷卻后，又要升到高溫下進(jìn)行費(fèi)托反應(yīng)。反復(fù)升降溫，能耗和水耗都很難降下來。李光興說。

“留住”氧原子合成氣向下延伸

近十年來，我國合成氨等傳統(tǒng)煤化工企業(yè)面臨產(chǎn)品單一、市場飽和的困境，如何實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型？

李光興教授給出了他的看法：各地仍有許多合成氨企業(yè)要生存，非富煤地區(qū)的煤化工企業(yè)也擁有合成氣資源與技術(shù)優(yōu)勢，完全可以利用合成氣特點(diǎn)，采用羰基合成技術(shù)生產(chǎn)含氧、含氧含氮化合物，并同大宗聚合物化工材料相結(jié)合，逐步由燃料型向燃料/化工材料結(jié)合型的綠色路線方向擴(kuò)展、延伸。羰基合成產(chǎn)品系列可以從醇、酸，酯，酮、醚、酰胺、酰氯一直延伸到聚碳、聚酯、聚酮、聚酰胺等化工材料領(lǐng)域。

那么如何擴(kuò)展、延伸呢？要結(jié)合煤化工自身特點(diǎn)，以合成氣為起點(diǎn)，重視合成氣下游產(chǎn)品鏈特別是含氧（含氮）化合物的開發(fā)，發(fā)揮合成氣對拉動生產(chǎn)有機(jī)化學(xué)品、石油化工產(chǎn)品、高分子材料及醫(yī)藥化學(xué)品產(chǎn)業(yè)鏈的作用，開辟煤化工多元化發(fā)展新途徑。

“引入氧原子，再‘拔除’氧原子，是MTO等路線不具有原子經(jīng)濟(jì)性的根本原因。而引入后留住氧原子，讓氧原子為我所用，是提高煤化工原子經(jīng)濟(jì)性的一種思路，也是打造合成氣產(chǎn)業(yè)鏈的依據(jù)。同時，醇、酸，酯，酰胺、酰氯化工品以及聚碳、聚酯、聚酮、聚酰胺等化工材料也有巨大的市場空間。”李光興解釋道。

發(fā)展羰基合成產(chǎn)業(yè)鏈多條路線“百花齊放”

據(jù)介紹，羰基合成是在有機(jī)化合物分子內(nèi)引入羰基和其他基團(tuán)而成為含氧化合物的一類重要反應(yīng)，可生產(chǎn)幾十種含氧（氮）的化學(xué)品及高分子材料。20世紀(jì)七八十年代國內(nèi)就有專家提出應(yīng)用合成氣進(jìn)行羰基反應(yīng)的思路，但并未受到重視。

“羰基合成路線具有高原子經(jīng)濟(jì)性，環(huán)境友好性，且已具備較好的工業(yè)化基礎(chǔ)，可以成為煤化工（碳一化工）與石油化工、天然氣化工緊密結(jié)合的橋梁，因而受到國際學(xué)術(shù)界及工業(yè)界的青睞。國內(nèi)煤化工行業(yè)如能在合成含氧（含氮）化合物的系列產(chǎn)品上發(fā)揮優(yōu)勢，就能與石化產(chǎn)品相互補(bǔ)充?！崩罟馀d說。

據(jù)了解，目前羰基合成的反應(yīng)底物已拓展到烯烴、醇、酚、醛、胺、硝基化合物、鹵化物等，所得到產(chǎn)物遍及大宗化學(xué)品、精細(xì)化學(xué)品、特殊化學(xué)品及聚酮、聚酯、聚碳和聚酰胺等高分子化合物。

如在烯烴的羰基化研究方面，丁二烯羰基化合成己二酸、丁烯氫羰基化合成戊醛都具有工業(yè)應(yīng)用價值。丁二烯羰基化制備己二酸工藝，產(chǎn)物收率高、分離純化成本低，能解決傳統(tǒng)硝酸氧化法己二酸合成工藝存在的收率低、能耗大、大量廢酸及NOx排放造成的環(huán)境污染問題。

二甲醚羰化制醋酸甲酯也是一條頗具工業(yè)價值的路線。加州大學(xué)在固體酸催化劑條件下，采用二甲醚氣相羰基化法合成了醋酸甲/乙酯。李光興認(rèn)為，此工藝既可以充分利用煤化工路線生產(chǎn)的二甲醚，又為醋酸酯及醋酸生產(chǎn)提供了一條廉價的環(huán)境友好路線，可望成為醋酸酯類產(chǎn)品的主要替代路線，市場規(guī)模可達(dá)數(shù)百萬噸級。乙烯氫甲?；笤傺趸ê铣杀?、羰化法合成叔碳酸（Koch反應(yīng)）等數(shù)萬噸級產(chǎn)品也值得關(guān)注。

還有，羰基合成甲基丙烯酸甲酯（MMA）合成工藝由中科院過程所等完成技術(shù)開發(fā)。該項目以合成氣和乙烯為原料，經(jīng)氫甲?；磻?yīng)、羥醛縮合反應(yīng)、氧化酯化反應(yīng)制備MMA，采用該工藝制備的產(chǎn)品指標(biāo)均達(dá)到優(yōu)等品標(biāo)準(zhǔn)。

“現(xiàn)在，很多羰基合成項目都已經(jīng)具有了一定的基礎(chǔ)，規(guī)模從幾萬噸到幾十萬噸。而且，其投資額只有幾億元或十多億元。許多煤化工企業(yè)可以通過羰基合成，形成有機(jī)化工產(chǎn)品或化工新材料系列，創(chuàng)新具有中國特色的工藝路線及系列產(chǎn)品。這其中，可以重點(diǎn)加強(qiáng)研發(fā)甲醇同系化羰基合成制乙醇新工藝、二甲醚羰化合成醋酸甲酯工藝、直接羰化合成DMO工藝、烯烴羰化合成己二酸工藝、羰化合成MMA等百萬噸級產(chǎn)品新工藝等。一些數(shù)萬噸級產(chǎn)品雖產(chǎn)量不大，但附加值高，也應(yīng)關(guān)注。當(dāng)然，這還有賴于整合政府、企業(yè)、科研院所、高校等各方面力量，逐步打造合成氣羰基合成產(chǎn)業(yè)鏈，形成”百花齊放“的局面。同時，也有望國內(nèi)煤化工行業(yè)對此予以深入討論及重視?！崩罟馀d最后總結(jié)說。