课题组在Chem. Eng. Sci.期刊发表论文“Comprehensive performance evaluation of methyl acetate synthesized from blast furnace gas-based CO”，以下为主要内容。
原文地址为：https://doi.org/10.1016/j.ces.2025.123122

英文原题：Comprehensive performance evaluation of methyl acetate synthesized from blast furnace gas-based CO
通讯作者：赵志仝 太原理工大学 石琪 太原理工大学 刘永忠 西安交通大学
作者：郭旭玲，任卫桐，刘莉，杨佳辉，赵志仝，石琪，刘永忠

利用高炉煤气中的CO合成乙酸甲酯具有降本增效与绿色转型双重效益。本工作对乙酸甲酯的三条生产路径（1）以高炉煤气为CO来源与煤基二甲醚羰基化的CVTMA（2）CO和二甲醚均来源于煤的CCTMA和（3）醋酸与甲醇酯化的CETMA，进行工艺模拟以及技术经济分析和生命周期评价。结果表明，CVTMA路线相较于CCTMA和CETMA在总生产成本、总投资和最小销售价格方面降低9.24%–19.46%，11.73%–23.67%和10.40%–21.43%，且对煤价波动更稳定。当功能单位为1 t醋酸甲酯时，CVTMA路线在一次化石能源消耗和水消耗方面减少6.32%–11.06%和18.03%–41.43%。当功能单位为1 t醋酸甲酯和353 kWh电时，“CVTMA+煤发电”的碳排放比其他方案降低了10.36%–12.67%。最后指出提高CO回收率是改进CVTMA路线经济和环境性能的重要策略。本研究为高炉煤气的高值化利用和乙酸甲酯的清洁发展提供了参考。

乙酸甲酯（MA）是目前应用最广泛的脂肪酸酯之一，传统酯化法生产（CETMA）存在设备腐蚀和效率低下的问题。近年来，基于二甲醚与CO羰基化反应的合成路径因其反应高效、催化环境友好而备受关注。该路径的原材料通常依赖于煤、天然气或生物质制备的合成气，尤其在我国以煤炭为主的能源结构下，煤基羰基化路径（CCTMA）虽已实现，但仍面临能耗高、碳排放大的挑战。与此同时，钢铁工业产生的高炉煤气（BFG）富含一氧化碳，蕴含的碳资源未能得到高值化利用。通过真空变压吸附技术从BFG中提纯一氧化碳，并将其与煤基二甲醚结合用于合成乙酸甲酯（CVTMA），理论上兼具降本与减排潜力。然而，这一创新路径缺乏系统性的工艺设计与量化评估，其综合可行性尚不明确。为此，本研究对乙酸甲酯的三条生产路线进行以煤为起点的综合评估，对比总生产成本、总投资、最小销售价格以及碳排放、一次化石能源消耗和水消耗等关键指标，量化评估CVTMA路径的经济竞争力与环境效益。本工作旨在探索利用BFG提供CO合成乙酸甲酯的可行性，阐明新路线的优势和挑战，为低碳高效合成乙酸甲酯提供指导。

CVTMA、CCTMA和CETMA三条工艺路线均以煤为原料，首先经煤气化、水煤气变换、低温甲醇洗和甲醇合成装置合成甲醇。CVTMA和CCTMA工艺进一步以甲醇为原料合成二甲醚，然后二甲醚和CO羰基化反应合成乙酸甲酯，区别在于CVTMA工艺中的CO来源于高炉煤气，而CCTMA工艺中的CO来源于煤气化单元。CETMA工艺是先将部分甲醇转化为乙酸，然后利用乙酸与剩余的甲醇通过酯化反应生成乙酸甲酯。与CCTMA和CETMA途径相比，CVTMA途径所需的煤、氧气和水的投入量可节省20.71%–23.41%。此外，由于水气变换装置用于调节粗合成气氢碳比，每条路径的碳利用效率均低于60%。将绿氢或富氢资源（如焦炉煤气）与系统耦合，可能是降低CO₂排放的有效策略。

图1. 三种乙酸甲酯生产路径示意图：(a)CVTMA (b)CCTMA (c) CETMA

CVTMA路线显示出最低的总投资成本。对于各单元对TCI的贡献，包括煤气化、空气分离和低温甲醇洗单元在内的三个单元在三条路线中大约占总TCI的72.11%–80.32%。因此，由于低煤耗和低氧气消耗带来的小型气化及空气分离单元，使CVTMA途径的TCI较低。CVTMA的TPC比CCTMA和CETMA分别低9.24%和19.46%。TPC最敏感的因素是折旧费，其次是原材料成本。因此，对生产规模和原材料价格进行了灵敏度分析，CVTMA路径最小销售价格最低且对煤炭价格波动冲击最小。之后对三种乙酸甲酯生产路径的环境影响进行了生命周期评估。CVTMA路径中VPSA过程从BFG中提取CO后，所得到的尾气主要由CO₂和N₂组成，可作为优良的碳封存来源，提供了减排的机会。当功能单位设定为1 t乙酸甲酯和353 kWh电：案例1的生命周期温室气体排放、一次化石能源消耗以及水消耗较其他案例均呈现最低。

图2. 三种乙酸甲酯生产路径：(a)总投资 (b)总生产成本 (c)生产规模对MSP的影响 (d)-(f)总投资的灵敏度分析 (g)煤单价对MSP的影响；三种组合案例：(h)温室气体排放 (h)一次化石能源消耗 (h)水消耗，其中Case 1为CVTMA+煤发电，Case 2为CCTMA+BFG发电，Case 3为CETMA+BFG发电

CVTMA路线显示出最低的总投资成本。对于各单元对TCI的贡献，包括煤气化、空气分离和Rectisol单元在内的三个单元在三条路线中大约占总TCI的72.11%–80.32%。因此，由于低煤耗和低氧气消耗带来的小型气化及空气分离单元，使CVTMA途径的TCI较低。CVTMA的TPC比CCTMA和CETMA分别低9.24%和19.46%。TPC最敏感的因素是折旧费，其次是原材料成本。因此，对生产规模和原材料价格进行了灵敏度分析，CVTMA路径最小销售价格最低且对煤炭价格波动冲击最小。之后对三种乙酸甲酯生产路径的环境影响进行了生命周期评估。CVTMA路径中VPSA过程从BFG中提取CO后，所得到的尾气主要由CO₂和N₂组成，可作为优良的碳封存来源，提供了减排的机会。当功能单位设定为1 t乙酸甲酯和353 kWh电：案例1的生命周期温室气体排放、一次化石能源消耗以及水消耗较其他案例均呈现最低。

温室气体排放对CO回收率最为敏感。这是因为BFG中产生的GHG排放包含三个来源：(1)BFG中固有的CO₂；(2)BFG生成过程中的GHG排放；(3)未回收CO在VPSA燃烧过程中产生的CO₂排放。因此，提高CO回收率可以减少BFG的消耗，从而显著降低GHG排放。值得注意的是，当CO回收率达到97%时，CVTMA路线在功能单位为1 t 乙酸甲酯的情景下，其生命周期温室气体排放低于CETMA路线。

图3. 对CO回收率的灵敏度分析

本研究利用工艺模拟、技术经济分析和生命周期评估对三种乙酸甲酯生产路径进行了分析和比较。结果表明，CVTMA在经济方面具有优势且对煤价波动的敏感性较低。环境方面，两种情景下CVTMA路径均具有最小的一次化石能源消耗和水消耗。考虑到CVTMA中采用的BFG作为原料通常用于发电燃烧，因此以煤电作为对比。在功能单位为1 t乙酸甲酯和353 kWh电的情景下进行分析，CVTMA和煤电实现了最低的环境影响。最后提出提高CO回收率是改进CVTMA路线经济和环境性能的重要策略。

相关论文发表在Chemical Engineering Science，郭旭玲为文章的第一作者，赵志仝博士、石琪教授、刘永忠教授为通讯作者。

赵志仝 博士
赵志仝，太原理工大学讲师，硕士生导师，从事煤基资源的化学产品工程、过程系统工程研究。

石琪 教授
石琪，太原理工大学化学与化工学院教授，从事吸附材料制备及性能研究。

刘永忠 教授
刘永忠，西安交通大学化学工程与技术学院教授，从事新能源系统工程、传递过程等研究。

Chem. Eng. Sci.2026, 322, 123122.
Publication Date: December 5, 2025
https://doi.org/10.1016/j.ces.2025.123122
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