三十年磨剑 问鼎聚酯级——记2025年度国家技术发明奖二等奖煤基聚酯级乙二醇关键技术与工程应用

近日，由天津大学马新宾教授领衔，与宁波中科远东催化工程技术有限公司共同完成的“煤基聚酯级乙二醇关键技术与工程应用”荣获2025年度国家技术发明奖二等奖。这是一项历时三十余年的攻关成果，从下游聚酯企业“不敢用”到如今稳定供应国内头部聚酯生产商，这套具有自主知识产权的煤基聚酯级乙二醇技术，不仅实现了对石油基乙二醇的有效替代，更用实践证明了煤化工路径可以产出高品质聚酯级乙二醇产品。

　　为此，《中国化工报》记者采访了天津大学一碳化工团队核心成员王悦教授，听她讲述这项技术背后的攻坚历程。

　　破局之路——从受制于人到自主可控

　　聚酯是现代民生产业的核心基础材料，广泛用于纺织服装、塑料制品、功能薄膜等行业，全球年消费量超1亿吨。乙二醇是聚酯合成的核心单体，高品质聚酯级乙二醇稳定供给直接关乎民生产业链安全与国民经济高质量发展。2009年以前，我国乙二醇对外依存度高达80%，生产原料完全依托石油资源。立足我国富煤贫油少气的资源禀赋，自主开发煤制乙二醇成套技术，是破解产业对外依赖、筑牢国家能源安全屏障的核心路径，也是现代煤化工转型升级的主攻方向。

　　然而，这条自主创新之路并非坦途。采访伊始，王悦便直言：“早些年，煤制乙二醇确实用不到聚酯行业里。”聚酯级乙二醇对纯度要求极高。石油路线生产乙二醇来自环氧乙烷水合，主要杂质只有水和重组分，精馏分离相对简单；而煤基乙二醇通过草酸二甲酯加氢获得，粗产品中杂质种类复杂得多。

　　“1,4-丁二醇、丙醇、乙醇等各种醇类，以及羟醛缩合产物、酯类、醛类分子，都会出现在产品中。这些杂质导致聚合反应不稳定。”王悦解释说，“产品分子量不一致，后续拉丝时极易断裂。同时，支链分子的存在还会导致染色不均，严重影响下游产品质量。”

　　正因如此，早期的煤基乙二醇只能少量掺混使用，大部分用于防冻液等领域。“下游不认可，行业发展很受限。”王悦坦言。

　　转机来自整套工艺的全面革新。“现在，我们的产品紫外透光率、醛含量、酯含量等指标全部超过国家标准，也达到大连商品交易所的期货标准——该标准在国际上获得广泛认可。”王悦说。更重要的是，聚酯级产品的收率从90%提升到了99%以上，生产企业的综合效益实现跃升。

　　攻坚之路——三大瓶颈逐一击破

　　煤基乙二醇工艺包括羰化偶联合成草酸酯、草酸酯加氢制乙二醇、产品分离精制三个主要环节。每个环节都曾面临制约产业规模化发展的核心瓶颈。

　　第一个环节是合成草酸酯。一氧化碳、甲醇和氧气无法直接高效生成草酸酯，选择性极差，必须借助关键载氧体亚硝酸甲酯完成催化循环。“亚硝酸甲酯本身易爆，爆炸后会释放大量氮氧化物，安全隐患突出，必须将反应物浓度控制在本质安全范围内。”王悦指出。然而，浓度降低会导致反应速率下降，为了弥补这一缺陷，增加催化剂活性位点成为必然选择。

　　“该反应用的是钯系贵金属催化剂，载体比表面积较低，此前需要极高的钯载量才能获得较好的催化性能。”王悦介绍说，团队经过反复探索，找到了解决方案——让钯在催化剂载体上实现“蛋壳型分布”。“我们将钯选择性负载于有效扩散区间内，让它既不发生表面团聚，又能得到充分利用。”王悦继续介绍，该方案使得贵金属钯的用量减少80%。以一套40万吨/年的生产装置计算，仅催化剂成本即可降低超亿元。

　　与此同时，亚硝酸甲酯在反应循环中的部分消耗带来了另一个难题。传统工艺通过补充亚硝酸钠来再生氮氧化物，代价是产生大量高浓度含盐、含酸、含醇的难处理废水。团队开发了清洁稳态封闭循环技术，使整个系统实现含盐废水零排放，含酸废水量下降98%，达成近零排放与稳态运行的绿色目标。

　　第二个环节是草酸酯加氢制乙二醇，关键挑战在于加氢催化剂在高温富氢工况下的稳定性不足。“铜系催化剂在该工况下极易发生热烧结和团聚，致使工业装置难以稳定运行。”王悦说。

　　团队首先采用“原位析出”策略，使铜物种从晶体中还原析出以实现高度分散，同时保持零价铜与一价铜的协同稳定。团队从催化剂制备工艺入手，先后开发了片状结构催化剂，并进一步迭代为纳米管结构。

　　纳米管构型带来了意想不到的性能突破。“管腔的限域效应有效抑制了铜颗粒的团聚。更重要的是，氢气分子在纳米管内发生富集，显著降低了反应所需的氢酯比。”王悦解释。草酸酯加氢铜纳米管催化剂的成功开发，使装置时空产率提升1.3倍，催化剂使用寿命延长1.5倍。

　　催化剂成型工艺同样是攻关的重点内容。“原粉性能再好，如果成型环节不过关，工业化应用仍然无从谈起。”王悦进一步解释道，“成型后的催化剂颗粒若机械强度不足，装填后在运行中易粉碎，导致床层压降骤增，循环压缩机无法正常工作，整套装置只能停车。”团队在成型工艺上的系统研究，为催化剂的工业长周期运行提供了坚实保障。

　　第三个环节是产品分离精制。粗产品中杂质组分复杂、共沸物分离难度大，直接制约聚酯级产品的合格率。依托天津大学在精馏领域的深厚积淀，团队构建了高效精馏与加氢精制耦合的分离技术，将分离能耗降低40%。

　　“前两步反应环节的杂质控制为后续分离减轻了很大压力，但精馏和加氢精制本身的优化同样不可或缺。三个环节是相互耦合、协同发力的。”王悦强调。通过整套工艺的系统性优化，聚酯级乙二醇产率由90%提升至99%以上，杂质含量、紫外透光率等关键指标全面优于国家标准，产品品质实现了质的跨越。

　　传承之路——三代人的接力攻坚

　　谈及团队的历史传承，王悦介绍说：“马新宾老师从攻读博士学位起，便跟随许根慧先生研究煤制乙二醇工艺相关课题。‘八五’期间，许根慧先生带领团队开展前期探索，‘九五’攻关时，马老师博士毕业后继续深耕这一方向。至今，团队已钻研三十余年。”

　　从早期的基础研究到工程放大，从几百吨级的小试到2012年完成千吨级成套技术中试，团队一步一个脚印，完成了从实验室到工厂的跨越。在此过程中，项目团队与宁波中科远东催化工程技术有限公司形成了紧密的产学研合作关系。正是这种“基础研究+工程转化”的协同模式，使得技术成果能够快速落地。目前，该技术已应用于22套大型工业化装置，总产能达849万吨/年，乙二醇产品稳定供应桐昆、恒逸等国内头部聚酯生产企业。

　　记者了解到，天津大学一碳化工团队在工业尾气高值化利用领域进行了系统性的技术布局，还在探索基于绿氢的二氧化碳制绿色甲醇技术。正如王悦在采访最后所言：“技术是不断迭代的。我们还在继续往前走。”