他们另辟蹊径酿出“清洁燃料”

2025年2月，在山东一家企业厂区内，随着最后一道阀门的精准调节，无水乙醇从管道终端源源流出——年产50万吨钢厂煤气制乙醇项目正式投产。它“吞下”的是钢厂排放的废气，“吐出”的却是被誉为“清洁燃料”的无水乙醇，为国内焦化、煤气化和甲醇的产业升级注入了新动力。

榆神50万吨/年煤基乙醇装置。大连化物所供图

这一切的背后，源于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带领的团队，历时十余年攻克的二甲醚经乙酸甲酯制乙醇技术。近期，该技术荣获2025年中国科学院技术发明类杰出科技成就奖。而其意义远超获奖本身，是一条关乎国家粮食安全、能源自主与产业低碳转型的创新之路。

“我们开辟了煤炭、钢厂尾气清洁高效利用新路线，还推动了乙醇新兴战略产业的快速形成，为煤化工产业高端化、多元化、低碳化发展打造了一条全新技术路线。”朱文良说。

一条“绕开”粮食的新路径

乙醇俗称酒精，既是重要的基础化学品，也是公认的清洁汽油添加剂，广泛存在于人们的生活中。然而在中国，乙醇汽油的推广却面临着一个窘境。

“关键在于需求大，产量根本不够。”刘中民一语道破症结。长久以来，全球乙醇生产严重依赖“粮食路线”，即通过玉米、蔗糖等发酵制备。对于人多地少的中国来说，这条路径容易引发“与人争粮、与粮争地”的矛盾，直接关系国家粮食安全。因此，发展非粮乙醇技术，成为学术界与工业界共同追求的目标。

在此背景下，刘中民团队立足我国化石能源富煤、贫油、少气的特征，旨在开发出具有自主知识产权的煤基乙醇成套技术。

煤制乙醇在国际上有两条主流技术路径，却各有瓶颈：煤经合成气直接制乙醇，不仅需要用到贵金属催化剂铑，还会造成设备腐蚀，从而导致生产成本较高；煤经乙酸制乙醇在乙酸产能过剩时才有可能实现，同时因反应体系腐蚀性强，必须采用高价特种材料，装置投资巨大。

基于上述限制，团队最终确定以煤基合成气为原料，先制取甲醇和二甲醚，再让二甲醚通过羰基化反应生成乙酸甲酯，最后加氢得到纯净乙醇。随后，他们成功开发出具有高活性、高稳定性的分子筛羰基化催化剂，在二甲醚羰基化研究中取得重大突破，并联合陕西延长石油集团展开工业示范。

2017年1月11日，全球首套10万吨/年煤基乙醇工业示范项目一次开车成功，顺利产出优质无水乙醇，实现了全球首次工业示范。

从“一棵树”到“一片森林”

首套示范装置的成功并非终点，而是新起点。刘中民团队深知，技术的生命力在于大规模工业应用和不断优化升级。随即，团队着手二甲醚经乙酸甲酯制乙醇技术“从1到100”的推广应用。

全球首套50万吨/年煤制乙醇项目，是团队锚定的下一个目标。而从10万吨/年的规模直接跨越到50万吨/年，所面临的挑战不仅是工艺与反应器规模的简单放大，更是对催化剂性能提出了更高要求。而团队面临的首要课题，是如何在借鉴第一代催化剂成功经验的同时，开发出活性更高、稳定性更强的新一代工业催化剂。

“我们选择从基础科学问题出发，比如分子筛铝精准合成、反应选择性的调控机理等，并结合工业示范中观察到的全新现象，持续开展新一代核心催化剂研制。”大连化物所研究员刘红超介绍。

经过无数轮“合成-验证-再合成-再验证”的循环，历时4年，团队终于成功开发出新一代二甲醚羰基化催化剂。其活性提升至原来的1.7倍，使用寿命也从6400小时大幅延长至16400小时。2022年8月，该催化剂首次应用于10万吨/年工业示范装置，性能得到充分验证，为后续项目的成功投产奠定了基础。

2022年10月20日，50万吨/年煤制乙醇项目一次投产成功，充分验证了技术的先进性和可靠性。

按照3吨粮食生产1吨乙醇测算，项目建成投产后，每年可节约生物乙醇原料粮约150万吨。在缓解我国乙醇对粮食依赖的同时，项目每年还可转化低阶煤约160万吨，为煤炭的清洁高效利用提供了强有力的技术支撑。

“这标志着乙醇技术正式进入大规模工业化生产时代。”朱文良介绍。

与此同时，团队也在不断拓展技术原料来源，让技术适配更多场景。“我国是世界上最大的钢铁生产国，每年副产的焦炉气、高炉气和转炉气中富含大量一氧化碳、氢气和甲烷。当前大部分钢厂煤气仅用于燃烧发电等，经济性不高，不仅浪费了宝贵的碳、氢资源，还产生了大量二氧化碳。”刘红超介绍。

团队将目光继续瞄准核心催化剂，并优化反应工艺，进一步提高了技术指标，为大规模工业化奠定了坚实基础。

2023年底，安徽淮北全球最大60万吨/年乙醇装置试产成功，2024年2月28日一次性开车成功产出合格乙醇，实现了20个月建成项目、两个月全流程开车。该装置采用焦炉煤气制取乙醇，为二甲醚经乙酸甲酯制乙醇技术打开了更广阔的应用天地。

“该项目对煤炭进行深度加工，并且最大限度回收利用焦炉煤气，实现了煤炭与工业废气的协同利用。”安徽碳鑫科技有限公司党委书记、董事长张平说。

“如果大量钢厂尾气利用该技术生成乙醇，将会促进清洁燃料乙醇大规模生产，满足社会对乙醇的需求，带动一个新产业。”刘中民描绘了一幅绿色循环的蓝图：钢铁厂的碳排放废料，变成了能源化工的宝贵原料，直接推动了钢铁、能源、环境等多个高碳行业的低碳化融合发展。

中国技术走出国门

“二甲醚经乙酸甲酯制乙醇技术”的成功开发与推广应用，不仅为相关产业注入了新的发展动能，也为国家清洁能源发展提供了坚实的技术支撑。2024年，其价值获得行业认可，荣膺中国石油和化学工业联合会技术发明奖特等奖。

如今，二甲醚经乙酸甲酯制乙醇技术的影响力已走出了国门。

团队构建了严密的全球知识产权网络，在欧洲、伊朗、沙特等20多个国家和地区获得专利授权。截至目前，该项技术已签订15项技术实施许可合同，产能达515万吨/年；已投产7项，产能达265万吨/年，拉动直接投资超300亿元。其中，两套装置技术已经许可给“一带一路”国家，实现了中国原创化工成套技术的输出。2024年，该技术获评共建“一带一路”绿色专利技术，并于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。

从保障粮食安全，到优化能源结构，再到助力“双碳”目标，这项技术为我国粮食安全、能源安全与化工产业链稳定提供了坚实支撑，也为能源产业结构低碳转型注入了强劲动力。

与此同时，人工智能的快速发展给传统研究领域带来了新的机遇与挑战。刘中民团队积极推动相关研究，通过构建突破逐级放大的化学工程新方法体系，打造“实验室小试-虚拟工厂-实际工厂”的化工新技术研发范式，创新性提出“1+1+N”人工智能石化化工新范式，以全链条大数据中心为基础、行业大模型为桥梁、智能体为应用载体，构建新的“人工智能+化工”生态。

回望来时路，从实验室克级催化剂的反复试错，到控制屏幕上数十万吨级装置的数据奔流；从“与人争粮”的困局，到“点化废气为清洁能源”的畅想成真，这条中国“醇”新之路，每一步都刻印着自主创新的执着与智慧。

“未来，我们将聚焦煤化工、石油化工等融合发展方向，为推动清洁能源可持续化发展带来更多可能。”刘中民表示。