2025年2月,山东某工业园区内,随着最后一道阀门精准调节,无水乙醇从管道终端源源流出——采用二甲醚经乙酸甲酯制乙醇技术(DMTE)的年产50万吨钢厂煤气制乙醇项目正式投产。这套装置"吞下"钢厂排放的一氧化碳与氢气、"吐出"被誉为清洁燃料的无水乙醇,标志着我国非粮乙醇技术从煤基原料成功拓展至钢铁工业尾气资源化利用。
近期,该技术荣获2025年度中国科学院杰出科技成就奖(技术发明奖)。背后是中国科学院大连化学物理研究所(以下简称"大连化物所")研究员朱文良与中国工程院院士刘中民团队历时十余年攻关的结晶——不仅开辟了煤炭、钢厂尾气清洁高效利用新路线,更推动乙醇新兴产业与粮食安全脱钩,为煤化工高端化、多元化、低碳化打造了全新技术范式。
破局:绕开"粮食路线",自主首创DMTE工艺
乙醇作为重要基础化学品及公认优良汽油添加剂(ETBE/乙醇汽油),我国推广长期受制于"与人争粮、与粮争地"——传统工艺依赖玉米、蔗糖发酵,全国年需求缺口显著。国际上煤经合成气直接制乙醇需贵金属铑催化剂且设备腐蚀严重;煤经乙酸路线则受限于乙酸产能过剩及强腐蚀性高价材料。
刘中民团队立足我国"富煤、贫油、少气"禀赋,确立以煤基合成气为原料→制甲醇和二甲醚(DME)→二甲醚羰基化反应生成乙酸甲酯→乙酸甲酯加氢生成无水乙醇的全新工艺(DMTE)。团队成功研制高活性、高稳定性分子筛羰基化催化剂(无贵金属),并联合陕西延长石油集团开展工业示范。
2017年1月11日,全球首套10万吨/年煤基乙醇工业示范装置(陕西兴化/延长石油)一次开车成功,产出纯度99.71%无水乙醇,实现全球首次工业示范,装置至今稳定运行。
放大:从10万吨到50万吨,催化剂寿命突破16400小时
示范成功后,团队推进"从1到100"的工程放大与迭代。从10万吨级直接跨越至50万吨级,核心挑战在于催化剂性能升级。经四年攻关,大连化物所研究员刘红超等人从分子筛铝精准合成、反应选择性调控机理出发,研制出新一代二甲醚羰基化催化剂——活性提升至初代1.7倍,使用寿命从6400小时大幅延长至16400小时(2022年8月于10万吨示范装置验证)。
-2022年:全球率先实现50万吨/年煤基乙醇项目(陕西榆林榆神)一次投产成功,验证了技术的先进性和规模化可靠性;
•2023年底~2024年2月28日:安徽淮北60万吨/年焦炉煤气制乙醇装置(碳鑫科技)试产并一次性开车成功,为全球最大规模钢厂尾气制乙醇项目,实现煤炭与工业废气协同利用。
按3吨粮食生产1吨乙醇测算,单套50万吨/年装置年可节约生物乙醇原料粮约150万吨,年转化低阶煤约160万吨,同时大幅降低钢厂煤气直接燃烧发电造成的碳氢资源浪费与CO₂排放。
推广:技术许可产能515万吨/年,中国成套技术出海
截至目前,DMTE技术已签订15项技术实施许可合同,累计产能达515万吨/年;已投产7项,产能265万吨/年,拉动直接投资超300亿元。其中两套装置技术许可给"一带一路"沿线国家,团队在欧洲、伊朗、沙特等20余个国家和地区获专利授权。2024年获中国石油和化学工业联合会技术发明奖特等奖,同年入选共建"一带一路"绿色专利技术,2025年入选中国在共建"一带一路"国家和地区发明专利十大优秀案例。
刘中民表示:"如果大量钢厂尾气利用该技术生产乙醇,将促进清洁燃料乙醇大规模供给,直接推动钢铁、能源、环境等高碳行业低碳融合——碳排放废料变身为能源化工宝贵原料。"
前瞻:AI+化工新范式,瞄准百万吨级与多原料适配
面对人工智能带来的研究范式变革,团队正构建"实验室小试—虚拟工厂—实际工厂"化工新技术研发体系,提出"1+1+N"人工智能石化化工新范式(全链条大数据中心+行业大模型+智能体应用),以加速催化剂筛选与工艺放大。
未来,团队将聚焦煤化工与石油化工融合发展,推动DMTE技术在天然气、生物质及CO₂加氢等多元原料场景的适配,单套规模向100万吨/年级拓展,为"双碳"目标下国家能源安全、粮食安全及化工产业链自主可控提供持续技术支撑。
朱文良总结:"从实验室克级催化剂反复试错,到控制屏上数十万吨级装置数据奔流——这条中国'醇'新之路,每一步都是自主创新的注脚。"