煤制乙醇副产物的高值化利用途径探索

煤制乙醇副产物的高值化利用途径探索

康孝华

内蒙古自治区鄂尔多斯乌审旗纳林河卓正煤化工有限公司 017300

摘要：煤制乙醇是以煤为原料生产燃料乙醇的重要技术路线，在工艺过程中会产生废水、废气、废渣等大量副产物。副产物的资源化利用不仅关系到煤制乙醇项目的经济效益，也是实现清洁生产、发展循环经济的必然要求。本文在分析煤制乙醇主要副产物种类和特性的基础上，梳理了副产物高值化利用面临的瓶颈问题，提出了高值化利用途径，以期为提升煤制乙醇经济效益、推动行业绿色可持续发展提供参考。

关键词：煤制乙醇；副产物；高值化；利用途径

引言

煤制乙醇是我国“以煤代油”战略的重要组成部分，对保障国家能源安全、促进煤炭清洁高效利用具有重要意义。然而，在煤制乙醇生产过程中会产生大量副产物，如果不能得到有效利用，不仅会造成资源浪费，还会对环境造成污染。因此，如何实现煤制乙醇副产物的高值化利用已成为亟待解决的问题。本文将阐述目前高值化利用存在的问题，并探索新的利用途径，以期为煤制乙醇产业的可持续发展提供参考。

1煤制乙醇副产物

煤制乙醇主要采用合成气间接法生产路线，即先将煤气化制取合成气，再经甲醇合成、甲醇制烯烃（MTO）、烯烃水合制乙醇等过程最终生产出乙醇产品。在此过程中会产生硫化氢、二氧化碳、焦油、费托蜡、丙烯、丁烯等多种副产物。

1.1硫化氢

在煤气化过程中，煤中的硫会转化为硫化氢，硫化氢是一种有毒、易燃的酸性气体。常规的硫化氢处理方法是采用铁氧化物、氧化锌等脱硫剂进行化学吸收，生成硫化铁、硫化锌等废渣。

1.2二氧化碳

煤气化及甲醇合成过程中会产生大量二氧化碳。二氧化碳是温室气体，直接排放会加剧温室效应。目前主要采用化学吸收法、物理吸收法、膜分离法等技术进行二氧化碳捕集，但成本较高。

1.3焦油

煤气化过程中会产生焦油，焦油主要由烃类、酚类等有机物组成，具有毒性和致癌性。常规的焦油处理方法是采用水洗、电捕焦等物理方法进行分离，再对分离后的焦油进行焚烧处理，会造成二次污染。

1.4费托蜡

费托合成过程中会产生费托蜡，主要成分是碳数分布在C25-C100的正构烷烃。费托蜡是优质蜡源，但由于组成复杂，难以直接利用。

1.5丙烯、丁烯

MTO过程会产生丙烯、丁烯等低碳烯烃，是重要的有机化工原料。目前主要采用低温蒸馏的方法进行分离提纯，存在能耗高、设备投资大等问题。

2煤制乙醇副产物的高值化利用存在的问题

2.1技术与市场脱节

从煤制乙醇副产物的特性可以看出，很多副产物如焦油、费托蜡等具有较高的利用价值。但由于应用技术研发滞后，缺乏有针对性的高值化利用工艺，导致资源浪费严重。很多高校和科研院所虽然开展了相关技术研究，但成果转化率低，难以实现技术的规模化应用。同时，市场需求与资源特性脱节，副产物的供给与需求不匹配，价值难以实现。下游应用企业对副产物的认识不足，难以形成稳定的需求；而煤制乙醇企业对副产物市场缺乏了解，难以针对性地开发产品，导致产业链条断裂，副产物价值难以实现。

2.2处理成本高

常规的副产物处理方法如焦油焚烧、二氧化碳捕集等均存在设备投资大、运行成本高等问题，企业难以承担，导致很多副产物只能简单处理后排放或焚烧，造成环境污染。以二氧化碳捕集为例，采用化学吸收法需要大量吸收剂，设备易腐蚀，能耗高；采用物理吸收法需要在高压条件下运行，存在安全隐患，运行成本高；膜分离技术虽然能耗相对较低，但膜材料成本高昂。这些都增加了煤制乙醇企业的运营成本，影响了副产物资源化利用的积极性。

2.3环保要求严苛

随着国家对环境保护的日益重视，“三废”排放标准日益提高。传统的副产物处理方法已无法满足日益严格的环保要求，亟需开发洁净、高效的资源化利用技术。以焦油处理为例，过去常采用焚烧的方式进行无害化处理，但焚烧过程会产生二次污染物如烟尘、SO2、NOx等。目前虽然发展了低温裂解、高温气化等焦油资源化利用技术，但能耗高、成本高，污染物排放仍不容忽视。同时，由于焦油成分复杂，很多有毒有害物质难以去除，增加了环境风险。这就要求在副产物高值化利用过程中，必须坚持源头减量、过程控制、末端治理的全过程环境管理，严格控制污染物排放，实现达标排放、清洁生产。

2.4体系不健全

当前煤制乙醇副产物利用缺乏顶层设计和系统规划，技术创新不足，产业链不完善，优势互补、互利共赢的产业生态尚未形成，高值化利用新途径亟待开拓。在很多煤炭产区，煤制乙醇项目与区域资源禀赋、产业基础脱节，上下游企业各自为政，缺乏有效合作机制，产业关联度不高。同时，支撑产业发展的公共服务平台如信息服务、技术服务、检测认证等亟需完善，相关金融、财税等优惠政策有待进一步落实，人才培养和引进力度也有待加强。这些都制约了煤制乙醇副产物高值化利用产业的发展壮大。

2.5认识不到位

煤制乙醇作为新兴产业，副产物高值化利用更是一个全新的课题，需要在认识上进一步统一。一些地方和企业仍将煤制乙醇副产物视为“废物”，重处置、轻利用，认为高值化利用投入大、见效慢，积极性不高。部分企业对副产物潜在的市场价值认识不足，开发应用不够，大量副产物只能低水平利用甚至直接排放。社会公众对煤制乙醇副产物认识更是不足，环保意识淡薄，“邻避”效应明显，影响了项目的选址布局和推进实施。因此，亟需加强科普宣传，提高全社会对煤制乙醇副产物高值化利用重要性、必要性、紧迫性的认识，营造良好的产业发展氛围。

3煤制乙醇副产物的高值化利用途径

3.1发展精细化工

利用焦油、费托蜡等副产物开发高附加值精细化工产品是实现高值化利用的重要途径。如以焦油为原料，采用加氢处理技术生产洁净燃料、碳黑等产品；以费托蜡为原料，采用异构脱蜡技术生产高品质润滑油；以焦油酚组分为原料，开发生产表面活性剂、树脂、塑料等高附加值化工产品。

3.2突破化工新材料

利用焦油、二氧化碳等副产物开发高性能化工新材料也是高值化利用的重要方向。如以焦油沥青为原料，经高温裂解制备高性能碳纤维；以捕集的二氧化碳为原料，通过电催化还原技术制备高附加值碳酸酯、多元醇等化工品；利用二氧化碳的超临界萃取特性，开发多孔碳、石墨烯等新型碳材料。

3.3发展现代煤化工

依托煤制乙醇装置，发展煤基多联产、循环经济的现代煤化工产业。如将硫化氢转化为硫磺等化工原料，将焦油制氢提供MTO原料气，将丙烯、丁烯等低碳烯烃进一步转化为聚丙烯、聚丁烯等高分子材料，实现化工产品的梯级利用、循环利用。

3.4开拓生物化工

利用合成气发酵技术，将合成气直接转化为乙醇、丁醇等液体燃料或酶制剂、有机酸等生物基化学品，实现化石能源向生物质能源的过渡。利用独特的微生物菌种，以二氧化碳为碳源，发酵生产3-羟基丁酸、聚羟基烷酸酯等生物可降解材料及1，3-丙二醇等高值化工品。

3.5耦合碳捕集利用

采用化学链燃烧、富氧燃烧等碳捕集技术，将煤制乙醇过程及下游化工过程中产生的二氧化碳高效分离，制备高纯CO2。将捕集的CO2通过矿化碳化、微藻固碳等技术转化为碳酸盐、碳纳米管等高附加值材料，实现CO2减排与资源化利用的耦合。同时，将CO2与副产氢耦合，合成甲醇等清洁燃料及化学品，拓展煤基产业链条。

3.6构建绿色供应链

以煤制乙醇及其副产物高值化利用为纽带，通过上下游企业的协同创新，构建集原料供应、共生利用、循环制造、废弃物处置等环节于一体的绿色供应链体系。实现化工原料的稳定供应，化工产品的循环利用，资源利用效率最大化，环境影响最小化，促进煤化工与多个产业的协同发展。

4结束语

综上所述，煤制乙醇副产物高值化利用是一项复杂的系统工程，需要在精细化工、化工新材料、现代煤化工、生物化工等领域进行技术创新和应用拓展，需要在政策引导、市场培育、产业布局等方面进行系统规划。只有发挥产学研用各方合力，加强协同创新，加快科技成果转化，才能开拓煤制乙醇副产物高值化利用的新途径、新模式，实现煤基化工产业的绿色发展和可持续发展，为建设“美丽中国”做出新贡献。

参考文献：

[1]宋雪萍,龙建磊,赵思宇,等.甘蔗渣资源利用现状与高值化利用途径[J].中国造纸,2023,42(8):61-68.

[2]罗方涛,薛莹莹,梅峰彪,等.低温费托合成产物高值化加工利用路线及煤制油产业展望[J].石化技术与应用,2021,39(4):92-93.