素有“有机化工之母”美称的乙炔，是目前世界上机化工产品最基础的原料之一。1970年以后，由于石油化工的飞速发展，乙炔作为有机产品的基础原料逐渐被廉价的乙烯、丙烯所取代。但近年来，随着石脑油裂解制乙烯成本的增加和石油资源的缺乏，乙烯作为基础原料的加工路线面临巨大的挑战，乙炔化工重新焕发活力。 在煤化工下游产品中，业内关注较多的是煤制甲醇和由甲醇往下延伸的二甲醚、乙烯、丙烯，以及煤制油。中国工程院院士、清华大学化学工程系教授金涌则认为，煤制乙炔一步反应就可以实现，是煤化工的捷径之一，应该受到关注。就此观点，记者近日对金涌院士进行了专访。 中试技术已通过鉴定 记者：在煤化工中，大家比较关注甲醇及其下游产品，您为什么对煤制乙炔另眼相看？ 金涌：前一段时间，大家比较看重的是煤制乙烯、丙烯，但是这个路线很长。首先煤气化，然后合成甲醇，再继续往前走，起码要三四步化学反应，并且还要进行分离。而煤制乙炔一步反应就可以实现，路线更直接，装置更小，并且乙炔的活性不比乙烯小。我认为煤制乙炔是煤化工中的一条捷径。 记者：乙炔通常采用电石法生产，煤制乙炔是如何实现呢？ 金涌：目前乙炔主要用石灰石和焦炭以电石法生产，但该方法存在很多问题：一是电能耗比较大。因为要把石灰石和焦炭在电炉里熔化成熔融态，形成碳化钙，然后再跟水反应生成乙炔。石灰石中的钙元素并不进入产品，但在生产乙炔的过程中需要把它熔融，电能耗大；二是产生电石渣这样的废渣，同时还有废水、废气。如果要解决以上问题，就应该考虑不需要石灰石介入，不经过电石，用煤直接生产乙炔。 当然如果直接用煤粉加氢生产乙炔，就需要煤粉有很高的活性。因此考虑采用等离子体技术，即利用等离子体炬产生平均温度达5000℃的氢等离子体，然后向其中喷入煤粉，直接生成乙炔、氢气、一氧化碳等混合气，再分离、提浓混合气体后，可得到高质量的乙炔。上世纪90年代我国曾经尝试过从俄罗斯引进该技术，但合作没有成功就搁浅了。 后来清华大学、复旦大学和**天业集团合作开发了自主知识产权的等离子体裂解煤制乙炔技术，2006年建成了一个最大炬功率2兆瓦的等离子体裂解煤制乙炔实验装置，可年产乙炔1600吨。该装置基本成功之后，近年来又建成了一个最大炬功率5兆瓦的等离子体裂解煤制乙炔装置，可年产乙炔4000吨。 当然，这个装置在研制过程中也遇到过问题，主要就是反应炉容易堵塞。因为有温度波动，煤里面的煤矸石会熔融黏结。该问题造成的主要矛盾就是开车时间比较短，反应炉在很短的时间内就堵死了。这个问题在进行了技术攻关之后，现在已经完全解决了。功率5兆瓦的装置可以做到开车想开就开，想停就停。这套核心设备3月份已经在**天业集团通过了**建设兵团主持的鉴定。 理论上效益是可观的 记者：那么等离子体煤制乙炔可以实现产业化了吗？ 金涌：虽然等离子体煤制乙炔这个技术开发出来了，但这个装置目前主要还是做实验用的。前面与之相配套的制煤系统、后面的分离处理装置都尚未配套完善，所以这套装置前面的煤粉系统需要扩建，后面的分离等后处理装置要跟上，使得等离子体煤制乙炔形成稳定的生产，并且送到后面的氯乙烯等大系统里面去，这样就可以连续开车了。 总的来说，现在核心技术已经研究出来了，就是要把前面后面的辅助系统都完善起来，并且纳入到大系统中去进行稳定连续地生产，变成产业化的技术。 记者：请您分析一下采用等离子体煤制乙炔技术的经济效益。 金涌：从原理上讲，等离子体煤制乙炔技术摆脱了石灰石的介入，不用熔融石灰石，按计算结果来看，可以降低能耗30%～35%。由于这个技术的成本主要就在耗电上，所以它比电石法降低能耗30%～35%，也等同于理论上降低成本30％～35％。这样乙炔就不再是高耗能的工业了。尽管还不是非常省能的，但起码不是高耗能的，是可以接受的技术。同时该技术不产生废渣、废水和废气，是一项清洁技术。 就实际情况来讲，因为现在这个系统还没有与后面的大系统并网，还没有进行余热利用，所以还不能具体核算效益。总的来讲，我认为等离子体煤制乙炔在技术上是可行的，理论经济效益是可观的，具体经济效益还要做核算，等并网真正运作一年下来，就能核算出究竟节能多少的结果。 记者：乙炔的市场空间如何？ 金涌：目前电石法乙炔的衍生物主要有聚氯乙烯、氯化聚氯乙烯、环氧乙烷、醋酸乙烯等。其中聚氯乙烯是电石法乙炔最大的用户，其消费量占电石法乙炔总消费量的70%左右。截至2008年底，我国聚氯乙烯总产能的75%采用电石法。2008年聚氯乙烯产能为1581万吨，同比增长9%。乙炔大有用武之地。 魔鬼可以变成天使 记者：乙炔下游最主要的应用领域是做聚氯乙烯，可是电石法聚氯乙烯一直是被视为落后工艺的。 金涌：没错，近年来，大家认为用煤制聚氯乙烯是一定要淘汰的技术，视之为一个魔鬼。因为一是大量耗能；二是有“三废”产生；三是由乙炔反应生成氯乙烯的催化剂含有汞；四是产业规模很小，一台氯乙烯反应炉的产能只有5000～7000吨。在电石法聚氯乙烯的工厂，可以看到一个个的“圆包”，那就是反应器。一个工厂有三五十台这样的小反应器是很常见。假如每台反应器产能5000吨，要生产１００万吨聚氯乙烯，就需要200台这样的反应器。这得需要多少仪表和人员来控制它？这就是导致电石法聚氯乙烯无法规模化大生产的主要原因。因此业内以前认为电石法聚氯乙烯应该被乙烯法聚氯乙烯替代。 但是由于我国石油资源稀缺，没有足够多的乙烯用来生产聚氯乙烯，所以尽管大家认为电石法是魔鬼，但还是要跟它打交道、使用它。目前中国一半以上的聚氯乙烯是电石乙炔法做的。 值得一提的是，为彻底将以煤为原料生产聚氯乙烯的工艺从魔鬼变为天使，除了采用等离子体裂解煤制乙炔技术外，还应配套一个流化床氯乙烯反应器。因为现在的电石法氯乙烯合成炉是固定床反应炉，产能规模很小，只有5000～7000吨，并且使用含汞催化剂。如果用流化床反应器来代替固定床反应器，不仅可以扩大产能规模，而且可以减少甚至完全不采用含汞催化剂。因为原来的固定床在操作周期中反应温度热点不断上移，反应过程中导致汞升华损失，所以产生汞污染。而流化床是等温床，汞的升华损失会大大减少，汞污染可以大幅降低。 由于流化床的催化剂可以连续再生，所以对开发新型的催化剂没有寿命要求。这就使得选择催化剂的范围扩大，为开发无汞催化剂打下了很好的基础。如果采用等离子体煤制乙炔代替电石法乙炔，用流化床氯乙烯反应器代替原来的固定床氯乙烯反应器，就可以把以煤为原料生产聚氯乙烯整个工艺的污染问题、能耗问题、汞催化剂问题、大规模化生产问题全部解决，从源头上解决目前电石法聚氯乙烯存在的这4个问题。 记者：那么目前氯乙烯流化床反应器的研究和产业化进展又如何？ 金涌：现在**天业集团已经建成了4台流化床氯乙烯反应器，单台年产能10万吨，目前正在使用，效果良好。这项氯乙烯合成流化床反应器技术过关后，与前面的等离子体煤制乙炔配套，就可以把电石法聚氯乙烯的全系统进行改造了。前面用等离子体技术完成煤制乙炔，后面用流化床反应器合成氯乙烯，可以实现聚氯乙烯的规模化大生产。我们希望单台流化床反应器产能达到25万吨，这样只要4台反应器就能达到１００万吨聚氯乙烯生产规模。 记者：5兆瓦的等离子体煤制乙炔现在可以做到年产能4000吨，有进一步放大的打算吗？ 您觉得这个放大工作困难吗？ 金涌：我觉得放大工作在技术上比以前的工作要容易，而且放大后在技术上变得更稳定，更容易实现。5兆瓦的装置是目前国际领先的，也是国际上最大的装置。我国的这项技术还在不断发展，我们还想进一步做大，下一步就瞄准了扩大到15兆瓦以上。这样单台等离子体乙炔炉就能达到2万吨左右产能。建造15兆瓦等离子体煤制乙炔炉的想法正在做冷态实验和计算，在做小试实验。 过去大家认为煤法聚氯乙烯是存在问题的，是个魔鬼，不能大型化，但是因为有经济效益，所以也得拥抱这个魔鬼。等离子体法乙炔可以代替电石法乙炔，流化床为汞触媒问题的解决提供了可能，聚氯乙烯这个非常大的领域就会有彻底的改变。当然这还需要时间。不少企业家和研究人员看好这个彻底的变革，正在努力实践，希望在两三年内把等离子体煤制乙炔最终制成聚氯乙烯这个“天使”真正塑造成功。这是一个美好的未来。当然现在离真正大型产业化还有距离。 记者：还需要哪些方面的努力？ 金涌：研究方面需要学者的配合。另外需要找到有投资条件和相关煤资源的合作企业。这项技术需要的是比较年轻的煤种，就是挥发分比较多的煤种。总的讲就是要把资源、资金和技术结合起来，把煤制乙炔直至聚氯乙烯的清洁生产彻底实现。 # + + 。
