高油價時代的選擇：煤制乙二醇
——訪中國科學院福建物質結構研究所副所長姚元根研究員

文/龐貝 李慧

高油價時代的選擇：煤制乙二醇
——訪中國科學院福建物質結構研究所副所長姚元根研究員

文/龐貝 李慧

姚元根研究員向與會領導和專家介紹煤制乙二醇的工業技術

隨著世界經濟的快速發展，各國對石油的需求依然強勁，原油價格在較長時期內仍將維持高位運行。鑒于我國“富煤缺油少氣”的能源資源結構，新型煤化工技術前景廣闊。同時，國內長期存在對乙二醇的需求缺口，煤制乙二醇等新型煤化工技術既能保障國家的能源安全，又充分利用了我國的煤炭資源，是未來煤化工產業最現實的選擇。

姚元根，中國科學院煤制乙二醇及相關技術重點實驗室主任兼福建物質結構研究所煤制乙二醇攻關組組長，從2005年起，專注于煤制乙二醇技術的研發和工業化生產，為推動我國煤制乙二醇技術的進步費盡心力。

2009年5月7日，中科院“世界首創萬噸級煤制乙二醇工業化示范”新聞發布會在北京人民大會堂隆重舉行，時任中國科學院院長的路甬祥興奮地表示：“該技術的工業化將會大大緩解我國乙二醇的對外進口依存度，也將對國家的能源和化工產業產生重要且積極的影響。”這或許最能解釋中科院福建物構所煤制乙二醇技術攻關組人員的情感維系之所在。

路線抉擇——為什么是煤制乙二醇

中科院物構所和姚元根為什么會選擇煤制乙二醇技術來作為自己攻堅的對象？

這一抉擇首先是由我國對于乙二醇的迫切需求決定的。

乙二醇是國家重要的化工原料和戰略物資，用于制造聚酯(可進一步生產滌綸、PET瓶子、薄膜)、炸藥、乙二醛，并可作為防凍劑、增塑劑、水力流體和溶劑等，國際上主要采用石油路線制備。

目前，我國的乙二醇由中石油、中石化、中海油三大公司生產，產能只有200萬噸/年左右。資料顯示，2006年，我國乙二醇的消費量為564萬噸，2007年為668萬噸，2008年增長至714萬噸。但同時期乙二醇的產量沒有太大的增長，2006年為158萬噸，2007年188萬噸，2008年195萬噸，占全球乙二醇產量的不足10％。乙二醇生產已遠遠不能滿足國內聚酯產業的需求，僅2008年我國乙二醇進口就已超過了500萬噸。

據姚元根介紹，一方面因為以煤代替石油乙烯生產乙二醇適合中國富煤缺油的能源結構；另一方面，這個項目也將有力提升我國乙二醇的自給能力。基于以上兩種考慮，姚元根做出了自己的路線抉擇——攻堅煤制乙二醇技術。

姚元根與他的同事們創立的煤制乙二醇技術遵循這樣一條技術路線：以煤制成合成氣，再以合成氣中的一氧化碳(CO)和氫氣(H2)為原料制取乙二醇。這也是當今世界普遍關注的一項技術。姚元根說，國外技術未能實現工業化的原因，在于尚未完善核心催化劑的關鍵制備技術和相應的催化反應工藝技術，以及關鍵工藝單元的技術集成。“我們成功實現了工業化的煤制乙二醇自主技術，具有成本低、能耗低、水耗低、排放低等特點，十分適合我國缺油、少氣、煤炭資源相對豐富的資源國情。”

發展有中國特色的社會主義，就是要符合現階段我國的基本國情。那么，我國在能源的現狀和基本國情是什么？

根據國際能源機構2010年7月最新統計數據顯示，中國已經超過美國成為世界第一大能源消費國。相應的，我國石油對外依存度也不斷飆升，從1993年的6％，陡增至2007年的46.6％，2008年則突破了49％，2009年我國石油對外依存度首次明確超過50％，突破了工業國家公認的“能源安全預警線”，能源安全風險加劇。中國地質科學院報告估算，到2020年我國將進口石油5億噸左右，進口依存度將達到70％左右。無疑，石油供給已成為中國經濟發展的瓶頸和能源安全的核心。

在我國的自然資源中，基本特點是富煤、缺油、少氣，這就決定了煤炭在一次能源中的重要地位。與石油和天然氣比較而言，我國煤炭的儲量相對比較豐富，建國以來，煤炭在一次性能源生產和消費中的比例長期占70％以上。專家預測，在本世紀前30年內，煤炭在我國一次性能源構成方面仍占主體地位。

據測算，用石油路線每生產1噸乙二醇約耗原油2.5噸。目前全世界用乙烯生產的2000多萬噸乙二醇，若都以煤為原料進行生產，那么，節省下來的石油相當于新開發一個年產5000萬噸原油的大慶油田。據專家預測，未來油價仍將呈現上漲趨勢，在這種情況下，煤制乙二醇的發展就更顯得正當其時。其次，與煤制油、煤制天然氣相比，煤制乙二醇不僅具有更高的附加值，而且在合成氣利用方面的原子經濟性更高，經濟效益更好。

此外，在環保方面，由于采用潔凈煤技術，煤制乙二醇不存在高度污染的問題。其顯著特點還在于全部采用工業CO、NO、H2、O2和醇類為原料，在生產過程中不會產生二氧化硫和二氧化氮，而這兩種氣體是造成污染的“罪魁禍首”。煤制乙二醇完全符合循環經濟三原則，即“減量化、再利用和再循環”，比傳統工藝更加綠色和環保。

“如果我們的煤制乙二醇工業化推廣能夠成功，將對我國能源安全和聚酯產業的發展產生重要、積極的影響。”姚元根如是說。

技術攻關——怎樣實現煤制乙二醇

煤制乙二醇，即以煤代替石油乙烯生產乙二醇，是國家“八五”、“九五”重點科技攻關項目。

自從1965年美國人Fenton首次提出醇類氧化羰化制備草酸酯后，各國都在研發以合成氣為原料制備乙二醇的工藝，也就是煤制乙二醇技術。1978年日本宇部興產公司建成了一套6000噸/年草酸二丁酯的高壓液相試驗裝置，其后又與美國UCC合作開發了常壓氣相合成草酸酯工藝，完成了中試和模試，但沒有實現工業化。國內一些研究機構也開展了這方面的研究，但都處于實驗室技術和中試階段，尚未見工業化試驗成功的報道。

上世紀80年代初，中科院福建物構所加入了這一科研攻關行列。

隨著時間推移，項目科研隊伍出現了青黃不接：許多有經驗的老研究人員退休，年輕骨干大多數轉入其他研究領域。這個傾注了科研人員極大心血的項目出路何在？

2005年，中科院物構所所長洪茂椿院士決定重組煤制乙二醇項目攻關組，由時任副所長的姚元根領銜，進行重點攻關。“不管這個項目經歷了多少波折，但它契合國家戰略需求的大方向是沒錯的，特別是在我國乙二醇缺口日益擴大，國際石油價格持續大漲的情形下，更顯示出這個項目的重大價值，所以我們堅持做了下去。”

重任在肩的姚元根帶領攻關組的同仁們，在總結梳理以往科研成果的基礎上，針對存在的各種技術問題，再次啟動了該項技術的研發，并得到了科技部、中科院、福建省和技術合作方的大力支持。他們重點攻克了脫氫催化劑的選擇性和飛溫的危險性、合成催化劑的效率提高和成本降低、加氫催化劑的選擇性和壽命、乙二醇產品能否達到聚酯級乙二醇標準等幾個關鍵技術問題。

姚元根研究員

隨著技術的成熟，煤制乙二醇的產業化大幕徐徐拉開。

2005年6月，物構所開始與上海金煤化工新技術有限公司合作，上海金煤共投資1.8億元，相繼建成年產100噸中試和1萬噸工業化試驗兩套裝置。

2007年夏天，內蒙古科爾沁草原腹地，中國國內生產能力最大的120萬噸煤制乙二醇生產基地落地西遼河畔。

2009年3月18日，在該成套技術的實施地江蘇省丹陽，中國科學院召開了“萬噸級CO氣相催化合成草酸酯和草酸酯催化加氫合成乙二醇成套工藝技術”(簡稱“煤制乙二醇”)成果鑒定會，鑒定委員會專家一致認為，該項成果標志著我國在世界上率先實現了全套煤制乙二醇技術路線和工業化應用，具備了進一步建設大規模工業化生產裝置的條件，是一項擁有我國自主知識產權的世界首創技術。

2009年12月上旬，備受業界矚目的全球首套工業化示范裝置——內蒙古通遼金煤化工公司“煤制乙二醇項目”一期工程、年產20萬噸煤制乙二醇項目順利打通全線工藝流程，生產出合格乙二醇產品。

2011年7月，由姚元根研究員任首席科學家的國家科技支撐計劃項目“煤制乙二醇的工業技術”順利通過專家驗收，專家組認為該項目是產學研結合的典范，為我國煤化工產業發展作出了積極的貢獻。

這項歷經20多年研發的技術終獲成功，對我國能源化工產業的發展有著重要的戰略意義，并標志著我國采用自主技術在世界范圍內率先開創了工業化煤制乙二醇的先河。

姚元根介紹說，通遼金煤化工煤制乙二醇工業技術主要包括七個工藝單元：第一是氨與空氣在氨氧化爐內高溫氧化得到氨氧化物；第二是氨氧化物與甲醇、氧氣氧化酯化生成亞硝酸甲酯；第三是工業一氧化碳原料氣體的催化脫氫凈化；第四是亞硝酸甲酯與一氧化碳氧化偶聯生成草酸二甲酯；第五是草酸二甲酯催化加氫生成乙二醇；第六是乙二醇混合物的精餾；第七是尾氣循環使用和消除污染排放。其技術的獨到之處有兩方面：一是全部采用工業原料，切實解決了工業化應用問題；二是該技術是一項覆蓋了脫氫、合成、加氫三種催化劑技術的系統技術。

秀出于林——為什么是姚元根

姚元根出生于蘇南水鄉一個普通的農民家庭，因為家庭貧困，少年時期遍嘗生活與求學的艱難。

“家長是孩子最好的老師”，姚元根自小就勤奮好學，聰明懂事，而母親給了他最好的人生一課。母親的言傳身教，以及母親身上那種吃苦耐勞、熱愛生活的品質，造就了姚元根勤奮向上、堅忍不拔、樂觀自信的精神。靠著這種精神，姚元根終于學有所長。

1982年，姚元根畢業于廈門大學化學系，后于1988年獲南京大學化學系博士學位。1991年，姚元根到英國Newcastle 大學化學系做訪問學者。一年之后，到日本岡山理科大學化學系日本國立分子科學研究所做博士后研究。幾經輾轉，終于在1993年回國，到中科院福建物質結構研究所工作。

學成歸國的姚元根在研究上也并非一帆風順，然而憑著堅毅樂觀的性格，他總能找到突破口。他初回國時，研究方向是鉬硫金屬簇合物，雖然勤耕苦作，但收效甚微。面對挫折，他不焦躁、不氣餒，終于找到了新的解決思路，并指導自己的研究生成功地解決了合成中存在的關鍵問題。

姚元根身兼數任，在擔任福建物構所副所長期間，分管科研和支持系統工作，自己還帶領著一個十幾人的課題組，同時擔任農工黨福建省委常委、農工黨物構所總支主任等職。白天他必須處理所里的行政事務，科研工作很大一部分是放在晚上，工作到凌晨兩三點是常有的事。

姚元根說：“科學研究工作要追求創新，不能步人后塵。只有在前人研究的基礎上加以創新，探索出新路子、新方法，這樣的研究才有生命力，不然便是死水一潭。”

或許正是由于姚元根具備這種追求卓越、“取法乎上”的境界，才使自己被煤制乙二醇這個項目選中，也才使煤制乙二醇這個項目從實驗室最終走向工業化。

從某種意義上，與其說中科院福建物構所選擇了煤制乙二醇，選擇了姚元根，不如說是我國的國情與能源安全戰略選擇了他們。

有關專家評價：煤制乙二醇成套工藝技術的開發運用是科技成果、工程化技術、資本力量、資源優勢有機結合和共贏發展的過程，開創了我國技術產業化的新模式。該技術工業化應用的成功將有效緩解我國乙二醇產品供需矛盾，對國家能源和化工產業將產生積極影響，具有重要的科學價值、突出的技術創新性和顯著的社會經濟效益。

路甬祥在談及乙二醇項目的合作模式時強調：在學習實踐科學發展觀、建設創新型國家的進程中，中科院物構所實施創新工程，構建了知識創新、技術創新和工程產業化的“金三角”。

2010年初，以姚元根為代表的福建物構所煤制乙二醇研究集體被中科院授予“2009年度杰出科技成就獎”；2010年1月20日，500多位兩院院士的投票結果揭曉，煤制乙二醇項目被評為“2009年度中國十大科技進展之一”。