高油价时代的选择：煤制乙二醇——访中国科学院福建物质结构研究所副所长姚元根研究员

文/庞贝 李慧

高油价时代的选择：煤制乙二醇
——访中国科学院福建物质结构研究所副所长姚元根研究员

文/庞贝 李慧

姚元根研究员向与会领导和专家介绍煤制乙二醇的工业技术

随着世界经济的快速发展，各国对石油的需求依然强劲，原油价格在较长时期内仍将维持高位运行。鉴于我国“富煤缺油少气”的能源资源结构，新型煤化工技术前景广阔。同时，国内长期存在对乙二醇的需求缺口，煤制乙二醇等新型煤化工技术既能保障国家的能源安全，又充分利用了我国的煤炭资源，是未来煤化工产业最现实的选择。

姚元根，中国科学院煤制乙二醇及相关技术重点实验室主任兼福建物质结构研究所煤制乙二醇攻关组组长，从2005年起，专注于煤制乙二醇技术的研发和工业化生产，为推动我国煤制乙二醇技术的进步费尽心力。

2009年5月7日，中科院“世界首创万吨级煤制乙二醇工业化示范”新闻发布会在北京人民大会堂隆重举行，时任中国科学院院长的路甬祥兴奋地表示：“该技术的工业化将会大大缓解我国乙二醇的对外进口依存度，也将对国家的能源和化工产业产生重要且积极的影响。”这或许最能解释中科院福建物构所煤制乙二醇技术攻关组人员的情感维系之所在。

路线抉择——为什么是煤制乙二醇

中科院物构所和姚元根为什么会选择煤制乙二醇技术来作为自己攻坚的对象？

这一抉择首先是由我国对于乙二醇的迫切需求决定的。

乙二醇是国家重要的化工原料和战略物资，用于制造聚酯(可进一步生产涤纶、PET瓶子、薄膜)、炸药、乙二醛，并可作为防冻剂、增塑剂、水力流体和溶剂等，国际上主要采用石油路线制备。

目前，我国的乙二醇由中石油、中石化、中海油三大公司生产，产能只有200万吨/年左右。资料显示，2006年，我国乙二醇的消费量为564万吨，2007年为668万吨，2008年增长至714万吨。但同时期乙二醇的产量没有太大的增长，2006年为158万吨，2007年188万吨，2008年195万吨，占全球乙二醇产量的不足10％。乙二醇生产已远远不能满足国内聚酯产业的需求，仅2008年我国乙二醇进口就已超过了500万吨。

据姚元根介绍，一方面因为以煤代替石油乙烯生产乙二醇适合中国富煤缺油的能源结构；另一方面，这个项目也将有力提升我国乙二醇的自给能力。基于以上两种考虑，姚元根做出了自己的路线抉择——攻坚煤制乙二醇技术。

姚元根与他的同事们创立的煤制乙二醇技术遵循这样一条技术路线：以煤制成合成气，再以合成气中的一氧化碳(CO)和氢气(H2)为原料制取乙二醇。这也是当今世界普遍关注的一项技术。姚元根说，国外技术未能实现工业化的原因，在于尚未完善核心催化剂的关键制备技术和相应的催化反应工艺技术，以及关键工艺单元的技术集成。“我们成功实现了工业化的煤制乙二醇自主技术，具有成本低、能耗低、水耗低、排放低等特点，十分适合我国缺油、少气、煤炭资源相对丰富的资源国情。”

发展有中国特色的社会主义，就是要符合现阶段我国的基本国情。那么，我国在能源的现状和基本国情是什么？

根据国际能源机构2010年7月最新统计数据显示，中国已经超过美国成为世界第一大能源消费国。相应的，我国石油对外依存度也不断飙升，从1993年的6％，陡增至2007年的46.6％，2008年则突破了49％，2009年我国石油对外依存度首次明确超过50％，突破了工业国家公认的“能源安全预警线”，能源安全风险加剧。中国地质科学院报告估算，到2020年我国将进口石油5亿吨左右，进口依存度将达到70％左右。无疑，石油供给已成为中国经济发展的瓶颈和能源安全的核心。

在我国的自然资源中，基本特点是富煤、缺油、少气，这就决定了煤炭在一次能源中的重要地位。与石油和天然气比较而言，我国煤炭的储量相对比较丰富，建国以来，煤炭在一次性能源生产和消费中的比例长期占70％以上。专家预测，在本世纪前30年内，煤炭在我国一次性能源构成方面仍占主体地位。

据测算，用石油路线每生产1吨乙二醇约耗原油2.5吨。目前全世界用乙烯生产的2000多万吨乙二醇，若都以煤为原料进行生产，那么，节省下来的石油相当于新开发一个年产5000万吨原油的大庆油田。据专家预测，未来油价仍将呈现上涨趋势，在这种情况下，煤制乙二醇的发展就更显得正当其时。其次，与煤制油、煤制天然气相比，煤制乙二醇不仅具有更高的附加值，而且在合成气利用方面的原子经济性更高，经济效益更好。

此外，在环保方面，由于采用洁净煤技术，煤制乙二醇不存在高度污染的问题。其显著特点还在于全部采用工业CO、NO、H2、O2和醇类为原料，在生产过程中不会产生二氧化硫和二氧化氮，而这两种气体是造成污染的“罪魁祸首”。煤制乙二醇完全符合循环经济三原则，即“减量化、再利用和再循环”，比传统工艺更加绿色和环保。

“如果我们的煤制乙二醇工业化推广能够成功，将对我国能源安全和聚酯产业的发展产生重要、积极的影响。”姚元根如是说。

技术攻关——怎样实现煤制乙二醇

煤制乙二醇，即以煤代替石油乙烯生产乙二醇，是国家“八五”、“九五”重点科技攻关项目。

自从1965年美国人Fenton首次提出醇类氧化羰化制备草酸酯后，各国都在研发以合成气为原料制备乙二醇的工艺，也就是煤制乙二醇技术。1978年日本宇部兴产公司建成了一套6000吨/年草酸二丁酯的高压液相试验装置，其后又与美国UCC合作开发了常压气相合成草酸酯工艺，完成了中试和模试，但没有实现工业化。国内一些研究机构也开展了这方面的研究，但都处于实验室技术和中试阶段，尚未见工业化试验成功的报道。

上世纪80年代初，中科院福建物构所加入了这一科研攻关行列。

随着时间推移，项目科研队伍出现了青黄不接：许多有经验的老研究人员退休，年轻骨干大多数转入其他研究领域。这个倾注了科研人员极大心血的项目出路何在？

2005年，中科院物构所所长洪茂椿院士决定重组煤制乙二醇项目攻关组，由时任副所长的姚元根领衔，进行重点攻关。“不管这个项目经历了多少波折，但它契合国家战略需求的大方向是没错的，特别是在我国乙二醇缺口日益扩大，国际石油价格持续大涨的情形下，更显示出这个项目的重大价值，所以我们坚持做了下去。”

重任在肩的姚元根带领攻关组的同仁们，在总结梳理以往科研成果的基础上，针对存在的各种技术问题，再次启动了该项技术的研发，并得到了科技部、中科院、福建省和技术合作方的大力支持。他们重点攻克了脱氢催化剂的选择性和飞温的危险性、合成催化剂的效率提高和成本降低、加氢催化剂的选择性和寿命、乙二醇产品能否达到聚酯级乙二醇标准等几个关键技术问题。

姚元根研究员

随着技术的成熟，煤制乙二醇的产业化大幕徐徐拉开。

2005年6月，物构所开始与上海金煤化工新技术有限公司合作，上海金煤共投资1.8亿元，相继建成年产100吨中试和1万吨工业化试验两套装置。

2007年夏天，内蒙古科尔沁草原腹地，中国国内生产能力最大的120万吨煤制乙二醇生产基地落地西辽河畔。

2009年3月18日，在该成套技术的实施地江苏省丹阳，中国科学院召开了“万吨级CO气相催化合成草酸酯和草酸酯催化加氢合成乙二醇成套工艺技术”(简称“煤制乙二醇”)成果鉴定会，鉴定委员会专家一致认为，该项成果标志着我国在世界上率先实现了全套煤制乙二醇技术路线和工业化应用，具备了进一步建设大规模工业化生产装置的条件，是一项拥有我国自主知识产权的世界首创技术。

2009年12月上旬，备受业界瞩目的全球首套工业化示范装置——内蒙古通辽金煤化工公司“煤制乙二醇项目”一期工程、年产20万吨煤制乙二醇项目顺利打通全线工艺流程，生产出合格乙二醇产品。

2011年7月，由姚元根研究员任首席科学家的国家科技支撑计划项目“煤制乙二醇的工业技术”顺利通过专家验收，专家组认为该项目是产学研结合的典范，为我国煤化工产业发展作出了积极的贡献。

这项历经20多年研发的技术终获成功，对我国能源化工产业的发展有着重要的战略意义，并标志着我国采用自主技术在世界范围内率先开创了工业化煤制乙二醇的先河。

姚元根介绍说，通辽金煤化工煤制乙二醇工业技术主要包括七个工艺单元：第一是氨与空气在氨氧化炉内高温氧化得到氨氧化物；第二是氨氧化物与甲醇、氧气氧化酯化生成亚硝酸甲酯；第三是工业一氧化碳原料气体的催化脱氢净化；第四是亚硝酸甲酯与一氧化碳氧化偶联生成草酸二甲酯；第五是草酸二甲酯催化加氢生成乙二醇；第六是乙二醇混合物的精馏；第七是尾气循环使用和消除污染排放。其技术的独到之处有两方面：一是全部采用工业原料，切实解决了工业化应用问题；二是该技术是一项覆盖了脱氢、合成、加氢三种催化剂技术的系统技术。

秀出于林——为什么是姚元根

姚元根出生于苏南水乡一个普通的农民家庭，因为家庭贫困，少年时期遍尝生活与求学的艰难。

“家长是孩子最好的老师”，姚元根自小就勤奋好学，聪明懂事，而母亲给了他最好的人生一课。母亲的言传身教，以及母亲身上那种吃苦耐劳、热爱生活的品质，造就了姚元根勤奋向上、坚忍不拔、乐观自信的精神。靠着这种精神，姚元根终于学有所长。

1982年，姚元根毕业于厦门大学化学系，后于1988年获南京大学化学系博士学位。1991年，姚元根到英国Newcastle 大学化学系做访问学者。一年之后，到日本冈山理科大学化学系日本国立分子科学研究所做博士后研究。几经辗转，终于在1993年回国，到中科院福建物质结构研究所工作。

学成归国的姚元根在研究上也并非一帆风顺，然而凭着坚毅乐观的性格，他总能找到突破口。他初回国时，研究方向是钼硫金属簇合物，虽然勤耕苦作，但收效甚微。面对挫折，他不焦躁、不气馁，终于找到了新的解决思路，并指导自己的研究生成功地解决了合成中存在的关键问题。

姚元根身兼数任，在担任福建物构所副所长期间，分管科研和支持系统工作，自己还带领着一个十几人的课题组，同时担任农工党福建省委常委、农工党物构所总支主任等职。白天他必须处理所里的行政事务，科研工作很大一部分是放在晚上，工作到凌晨两三点是常有的事。

姚元根说：“科学研究工作要追求创新，不能步人后尘。只有在前人研究的基础上加以创新，探索出新路子、新方法，这样的研究才有生命力，不然便是死水一潭。”

或许正是由于姚元根具备这种追求卓越、“取法乎上”的境界，才使自己被煤制乙二醇这个项目选中，也才使煤制乙二醇这个项目从实验室最终走向工业化。

从某种意义上，与其说中科院福建物构所选择了煤制乙二醇，选择了姚元根，不如说是我国的国情与能源安全战略选择了他们。

有关专家评价：煤制乙二醇成套工艺技术的开发运用是科技成果、工程化技术、资本力量、资源优势有机结合和共赢发展的过程，开创了我国技术产业化的新模式。该技术工业化应用的成功将有效缓解我国乙二醇产品供需矛盾，对国家能源和化工产业将产生积极影响，具有重要的科学价值、突出的技术创新性和显著的社会经济效益。

路甬祥在谈及乙二醇项目的合作模式时强调：在学习实践科学发展观、建设创新型国家的进程中，中科院物构所实施创新工程，构建了知识创新、技术创新和工程产业化的“金三角”。

2010年初，以姚元根为代表的福建物构所煤制乙二醇研究集体被中科院授予“2009年度杰出科技成就奖”；2010年1月20日，500多位两院院士的投票结果揭晓，煤制乙二醇项目被评为“2009年度中国十大科技进展之一”。