新型煤化工三人談 之中國工程院院士金涌訪談
近年來國內風頭正勁的煤化工產業眼下正處于發展的一個調整期：既要應對全球金融危機的打擊，也要應對產業自身發展瓶頸的考驗。調整得好，國內煤化工產業可以擺脫高能耗、低效率的桎梏，出現一個新的飛躍并對整個經濟產生積極影響。為此，我們特邀到３位權威專家暢談新型煤化工產業，以幫助煤化工企業明確今后的發展思路。
素有“有機化工之母”美稱的乙炔，是目前世界上有機化工產品最基礎的原料之一。1970年以后，由于石油化工的飛速發展，乙炔作為有機產品的基礎原料逐漸被廉價的乙烯、丙烯所取代。但近年來，隨著石腦油裂解制乙烯成本的增加和石油資源的缺乏，乙烯作為基礎原料的加工路線面臨巨大的挑戰，乙炔化工重新煥發活力。
在煤化工下游產品中，業內關注較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。中國工程院院士、清華大學化學工程系教授金涌則認為，煤制乙炔一步反應就可以實現，是煤化工的捷徑之一，應該受到關注。就此觀點，記者近日對金涌院士進行了專訪。
中試技術已通過鑒定
記者：在煤化工中，大家比較關注甲醇及其下游產品，您為什么對煤制乙炔另眼相看？
金涌：前一段時間，大家比較看重的是煤制乙烯、丙烯，但是這個路線很長。首先煤氣化，然后合成甲醇，再繼續往前走，起碼要三四步化學反應，并且還要進行分離。而煤制乙炔一步反應就可以實現，路線更直接，裝置更小，并且乙炔的活性不比乙烯小。我認為煤制乙炔是煤化工中的一條捷徑。
記者：乙炔通常采用電石法生產，煤制乙炔是如何實現呢？
金涌：目前乙炔主要用石灰石和焦炭以電石法生產，但該方法存在很多問題：一是電能耗比較大。因為要把石灰石和焦炭在電爐里熔化成熔融態，形成碳化鈣，然后再跟水反應生成乙炔。石灰石中的鈣元素并不進入產品，但在生產乙炔的過程中需要把它熔融，電能耗大；二是產生電石渣這樣的廢渣，同時還有廢水、廢氣。如果要解決以上問題，就應該考慮不需要石灰石介入，不經過電石，用煤直接生產乙炔。
當然如果直接用煤粉加氫生產乙炔，就需要煤粉有很高的活性。因此考慮采用等離子體技術，即利用等離子體炬產生平均溫度達5000℃的氫等離子體，然后向其中噴入煤粉，直接生成乙炔、氫氣、一氧化碳等混合氣，再分離、提濃混合氣體后，可得到高質量的乙炔。上世紀90年代我國曾經嘗試過從俄羅斯引進該技術，但合作沒有成功就擱淺了。
后來清華大學、復旦大學和新疆天業集團合作開發了自主知識產權的等離子體裂解煤制乙炔技術，2006年建成了一個最大炬功率2兆瓦的等離子體裂解煤制乙炔實驗裝置，可年產乙炔1600噸。該裝置基本成功之后，近年來又建成了一個最大炬功率5兆瓦的等離子體裂解煤制乙炔裝置，可年產乙炔4000噸。
當然，這個裝置在研制過程中也遇到過問題，主要就是反應爐容易堵塞。因為有溫度波動，煤里面的煤矸石會熔融黏結。該問題造成的主要矛盾就是開車時間比較短，反應爐在很短的時間內就堵死了。這個問題在進行了技術攻關之后，現在已經完全解決了。功率5兆瓦的裝置可以做到開車想開就開，想停就停。這套核心設備3月份已經在新疆天業集團通過了新疆建設兵團主持的鑒定。
理論上效益是可觀的
記者：那么等離子體煤制乙炔可以實現產業化了嗎？
金涌：雖然等離子體煤制乙炔這個技術開發出來了，但這個裝置目前主要還是做實驗用的。前面與之相配套的制煤系統、后面的分離處理裝置都尚未配套完善，所以這套裝置前面的煤粉系統需要擴建，后面的分離等后處理裝置要跟上，使得等離子體煤制乙炔形成穩定的生產，并且送到后面的氯乙烯等大系統里面去，這樣就可以連續開車了。
總的來說，現在核心技術已經研究出來了，就是要把前面后面的輔助系統都完善起來，并且納入到大系統中去進行穩定連續地生產，變成產業化的技術。
記者：請您分析一下采用等離子體煤制乙炔技術的經濟效益。
金涌：從原理上講，等離子體煤制乙炔技術擺脫了石灰石的介入，不用熔融石灰石，按計算結果來看，可以降低能耗30%～35%。由于這個技術的成本主要就在耗電上，所以它比電石法降低能耗30%～35%，也等同于理論上降低成本30％～35％。這樣乙炔就不再是高耗能的工業了。盡管還不是非常省能的，但起碼不是高耗能的，是可以接受的技術。同時該技術不產生廢渣、廢水和廢氣，是一項清潔技術。
就實際情況來講，因為現在這個系統還沒有與后面的大系統并網，還沒有進行余熱利用，所以還不能具體核算效益。總的來講，我認為等離子體煤制乙炔在技術上是可行的，理論經濟效益是可觀的，具體經濟效益還要做核算，等并網真正運作一年下來，就能核算出究竟節能多少的結果。
記者：乙炔的市場空間如何？
金涌：目前電石法乙炔的衍生物主要有聚氯乙烯、氯化聚氯乙烯、環氧乙烷、醋酸乙烯等。其中聚氯乙烯是電石法乙炔最大的用戶，其消費量占電石法乙炔總消費量的70%左右。截至2008年底，我國聚氯乙烯總產能的75%采用電石法。2008年聚氯乙烯產能為1581萬噸，同比增長9%。乙炔大有用武之地。
魔鬼可以變成天使
記者：乙炔下游最主要的應用領域是做聚氯乙烯，可是電石法聚氯乙烯一直是被視為落后工藝的。
金涌：沒錯，近年來，大家認為用煤制聚氯乙烯是一定要淘汰的技術，視之為一個魔鬼。因為一是大量耗能；二是有“三廢”產生；三是由乙炔反應生成氯乙烯的催化劑含有汞；四是產業規模很小，一臺氯乙烯反應爐的產能只有5000～7000噸。在電石法聚氯乙烯的工廠，可以看到一個個的“圓包”，那就是反應器。一個工廠有三五十臺這樣的小反應器是很常見。假如每臺反應器產能5000噸，要生產１００萬噸聚氯乙烯，就需要200臺這樣的反應器。這得需要多少儀表和人員來控制它？這就是導致電石法聚氯乙烯無法規模化大生產的主要原因。因此業內以前認為電石法聚氯乙烯應該被乙烯法聚氯乙烯替代。
但是由于我國石油資源稀缺，沒有足夠多的乙烯用來生產聚氯乙烯，所以盡管大家認為電石法是魔鬼，但還是要跟它打交道、使用它。目前中國一半以上的聚氯乙烯是電石乙炔法做的。
值得一提的是，為徹底將以煤為原料生產聚氯乙烯的工藝從魔鬼變為天使，除了采用等離子體裂解煤制乙炔技術外，還應配套一個流化床氯乙烯反應器。因為現在的電石法氯乙烯合成爐是固定床反應爐，產能規模很小，只有5000～7000噸，并且使用含汞催化劑。如果用流化床反應器來代替固定床反應器，不僅可以擴大產能規模，而且可以減少甚至完全不采用含汞催化劑。因為原來的固定床在操作周期中反應溫度熱點不斷上移，反應過程中導致汞升華損失，所以產生汞污染。而流化床是等溫床，汞的升華損失會大大減少，汞污染可以大幅降低。
由于流化床的催化劑可以連續再生，所以對開發新型的催化劑沒有壽命要求。這就使得選擇催化劑的范圍擴大，為開發無汞催化劑打下了很好的基礎。如果采用等離子體煤制乙炔代替電石法乙炔，用流化床氯乙烯反應器代替原來的固定床氯乙烯反應器，就可以把以煤為原料生產聚氯乙烯整個工藝的污染問題、能耗問題、汞催化劑問題、大規模化生產問題全部解決，從源頭上解決目前電石法聚氯乙烯存在的這4個問題。
記者：那么目前氯乙烯流化床反應器的研究和產業化進展又如何？
金涌：現在新疆天業集團已經建成了4臺流化床氯乙烯反應器，單臺年產能10萬噸，目前正在使用，效果良好。這項氯乙烯合成流化床反應器技術過關后，與前面的等離子體煤制乙炔配套，就可以把電石法聚氯乙烯的全系統進行改造了。前面用等離子體技術完成煤制乙炔，后面用流化床反應器合成氯乙烯，可以實現聚氯乙烯的規模化大生產。我們希望單臺流化床反應器產能達到25萬噸，這樣只要4臺反應器就能達到１００萬噸聚氯乙烯生產規模。
記者：5兆瓦的等離子體煤制乙炔現在可以做到年產能4000噸，有進一步放大的打算嗎？ 您覺得這個放大工作困難嗎？
金涌：我覺得放大工作在技術上比以前的工作要容易，而且放大后在技術上變得更穩定，更容易實現。5兆瓦的裝置是目前國際領先的，也是國際上最大的裝置。我國的這項技術還在不斷發展，我們還想進一步做大，下一步就瞄準了擴大到15兆瓦以上。這樣單臺等離子體乙炔爐就能達到2萬噸左右產能。建造15兆瓦等離子體煤制乙炔爐的想法正在做冷態實驗和計算，在做小試實驗。
過去大家認為煤法聚氯乙烯是存在問題的，是個魔鬼，不能大型化，但是因為有經濟效益，所以也得擁抱這個魔鬼。等離子體法乙炔可以代替電石法乙炔，流化床為汞觸媒問題的解決提供了可能，聚氯乙烯這個非常大的領域就會有徹底的改變。當然這還需要時間。不少企業家和研究人員看好這個徹底的變革，正在努力實踐，希望在兩三年內把等離子體煤制乙炔最終制成聚氯乙烯這個“天使”真正塑造成功。這是一個美好的未來。當然現在離真正大型產業化還有距離。
記者：還需要哪些方面的努力？
金涌：研究方面需要學者的配合。另外需要找到有投資條件和相關煤資源的合作企業。這項技術需要的是比較年輕的煤種，就是揮發分比較多的煤種。總的講就是要把資源、資金和技術結合起來，把煤制乙炔直至聚氯乙烯的清潔生產徹底實現。
金涌簡介
金涌，清華大學化學工程系教授，化工科學與技術研究院院長，中國工程院院士。1935年生于北京，滿族。1959年畢業于前蘇聯烏拉爾工業大學，同年入天津大學化工系研究進修班學習。1997年當選中國工程院院士。現任中國化工學會和中國顆粒學會常務理事，中國生態經濟學會副理事長，工業生態經濟與技術專業委員會主任，國務院學位委員會化工學科評議組召集人，北京市人民政府專業顧問（第3屆至第6屆）。長期從事化學工程研究與技術創新開發工作。
