在美国,植物纤维转化为乙醇工艺的实际应用取得了重大进展,已开发出多种多样的工艺过程。许多新工艺已完成中试,逐步走向实用化。在美国国家能源部支持下,一座利用蔗糖和稻壳生产7.5万m3/a乙醇的工业化生产装置正在兴建之中。
目前,国内用作发酵法生产乙醇的原料有玉米、甘薯、蜜糖等,而对加工废弃物的利用开发较少,因此,仅以玉米、甘薯和造纸废渣浆为例介绍乙醇的制造方法。
乙醇脱水制乙烯工艺是早期工业上普遍采用的方法。所采用的脱水催化剂是以活性氧化铝或焦炭为载体吸附磷酸而制得的,脱水温度一般为300~400℃,所得乙烯产品的纯度为97%~99.5%,目前工业上使用活性氧化铝为乙醇脱水催化剂。在巴西、印度和巴基斯坦等拥有丰富粮食和蜜糖以及其他农产品资源的国家和地区,仍在使用乙醇脱水法制乙烯,工艺则由原来的固定床发展到流化床,反应选择性达99%,投资费用也较低。产品乙烯可以满足一般石油化工基本原料要求,也可以用作聚合物的原料。随着可再生资源在未来人们生活中占有越来越重要的位置,被石油烃类裂解法取代了的乙醇脱水制备乙烯的方法必将取代石油烃类裂解法而重新登上历史舞台。
工业乙醇(纯度>65%)从贮槽中抽出用泵加压至0.2MPa以上,通过流量计,经换热器预热至一定温度进入蒸发器,保证其温度在200℃左右。生成的乙醇气体进入装有催化剂γ-Al2O3的列管式固定床反应器,在350~450℃下进行脱水反应,生成乙烯、乙醛、丁烯、氢气及未反应乙醇和水的混合气体。混合气从脱水反应器出来经换热器冷却至100℃以下,经压缩机升压至1.0~3.0MPa送入气液分离器。从分离器下部分离出含乙醚、乙醛和乙醇的水溶液做进一步分离处理。由分离器上部送出的气体经干燥器(内装有分子筛)脱水后,通过换热器将其冷却至-65℃以下,进入精馏塔脱除氢气/塔釜液进入精馏塔,塔顶采出纯乙烯经换热器深冷至-103℃,送入乙烯低温贮槽,在-103℃下常压贮存。塔釜液为乙醚、乙醛、丁烯和未反应乙醇的混合物,需进一步加以处理。乙醇脱水所需热量由可燃气体(如煤气、天然气、液化石油)与空气燃烧产生的烟道气提供。
由于市场需求强劲,国内PVC扩产的浪潮持续高涨,要保证PVC的健康发展,稳定的原料供应是关键。目前全球天然资源枯竭的脚步日益临近,20年后世界将进入资源短缺时代。同世界其他国家相比,中国的资源短缺情况尤为突出。中国是世界上天然资源匮乏国家之一,以目前开采速度计,石油18年、煤49年、天然气48年后就将完全耗尽;另一方面是资源利用效率低,资源损失浪费严重。GDP单耗每百万美元资源消耗是世界平均水平的3.1倍,日本的9倍。主要高能耗产品的消耗比国际水平高出25%~60%,资源生产、加工转换和终端利用系统的效率比国外低十几个百分点。由此而决定了中国未来PVC生产原料来源的特点是因地制宜、发挥区域优势、拓宽多元化供应渠道,石油、煤、天然气并举,石油裂解制乙烯、电石制乙炔、天然气制乙炔、合成气制乙炔等方式占有各自的天地。在资源使用上将节约资源放在重要位置,取缔污染严重、资源损失大的生产方式,采用新型节能设备,淘汰不合理的落后设备与工艺,使有限的现存资源得到充分利用。积极开展以可再生资源——粮食(如玉米)、糖(如蔗糖、戊糖)、木质纤维素类物质(如草类,玉米、高粱秸秆、树木等)、城市的有机垃圾、农产品加工排放废渣(如粮食发酵废渣、造纸废渣、玉米、棉花子、油菜籽、甘蔗渣等)为主要原料,特别是采用基因工程技术构造淀粉、糖纤维素乙醇发酵酵母工程菌,
开发出低成本纤维素酶生产技术来生产价格低廉的乙醇。由乙醇脱水制备乙烯,用乙烯为原料制备氯乙烯和其他有机化工产品,为PVC生产提供稳定的、取之不尽的原料来源,真正实现国内PVC生产的可持续发展。
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