中国煤制烯烃产业之技术分析课件

中国煤制烯烃产业之技术分析中国煤制烯烃产业之技术分析导语烯烃是国民经济中重要的基础原料，在石油和化学工业发展中占有重要的战略地位。其中乙烯是石油化工产业的核心，是衡量一个国家石油化工发展水平的重要标志之一；丙烯是塑料、合成橡胶和合成纤维三大合成材料的基本原料，是最为基础有机化工原料之一。我国富煤少油，石油资源需要大量进口（中国原油对外依存度在前年已超过60%）。基于此，煤制烯烃逐渐被国家层面认可为减少烯烃对外依赖性、有助于烯烃产业安全的新型煤化工路径。导语烯烃是国民经济中重要的基础原料，在石油和化学工业发展中中国煤制烯烃技术现状分析目前全球煤制烯烃技术提供商有：鲁奇-MTP、大连化物所-DMTO、UOP/HYDEO-MTO、中石化-SMTO、清华大学-FMTP、道达尔等。德国鲁奇煤制烯烃生产技术是以生产丙烯为主的MTP工艺，其余煤制烯烃技术供应商提供的煤制烯烃技术均为既可生产乙烯也可以生产丙烯的MTO工艺。其中DMTO煤制烯烃技术在国内处于绝对领先地位，占已建、在建、筹建总产能的60%。其次为鲁奇MTP技术，占总产能的15.2%。煤制烯烃技术包括煤气化、甲醇合成及甲醇制烯烃三项核心技术。工艺路线为：煤气化生成主要成分为C0和H2的合成气，合成气净化后合成甲醇，最后将甲醇转化为低碳烯烃。中国煤制烯烃技术现状分析目前全球煤制烯烃技术提供商有：鲁奇-1）主要煤气化工艺的比较煤气化技术有着悠久的历史，迄今为止，已开发及处于研究发展中的气化方法不下百种。按生产装置的化学工程特征分类，可将煤气化方法分为4大类，即固定床气化法、流化床气化法、气流床气化法和熔融床气化法。目前世界上已实现工业化、技术先进可靠、具有商业化业绩的气化方法主要有鲁奇固定床层加压气化法、水煤浆加压气化法及干煤粉加压气化法。表1主要煤气化工艺技术比较（以投煤量1500t/d为例的最佳值）1）主要煤气化工艺的比较煤气化技术有着悠久的历史，迄今为止对比项目Shell粉煤气化GSP粉煤气化德士古气化对置式多喷嘴气化Lurgi气化气化工艺气流床、液态排渣气流床、液态排渣气流床、液态排渣气流床、液态排渣流化床、液态排渣适用煤种褐煤、烟煤、次烟煤、无烟煤、油渣褐煤、烟煤、次烟煤、无烟煤、油渣烟煤、次烟煤、油渣（灰熔点<1350℃，灰分<20%）烟煤、次烟煤、油渣（灰熔点<1350℃，灰分<20%）烟煤、无烟煤气化压力（MPa）2.0-4.02.0-4.04.0-6.54.0-6.53.0气化温度（℃）1400-16001400-16001300-15001300-1500850单炉最大投煤量（t/a）25001500150020006001000m3有效气耗氧量（m3）≤400≤400≤450≤420NA1000m3有效气耗煤量（Kg）≤590（灰分18%，水分4.7%）≤600（灰分19.9%，水分4.7%）≤650（灰分19%，水分2%）≤630（灰分19%，水分2%）NA碳转化率（%）≤99≤99≤98≤98≤90冷煤气效率（%）78-8377-8270-7672-78NA有效含气量（%）90-9290-92≤79≤8168总热效率（%）98（废锅流程）959090NA操作弹性（%）50-13060-12070-11060-120NA技术成熟度较高中高高低对环境的影响低低低低中软件费高高高低低对比项目Shell粉煤气化GSP粉煤气化德士古气化对置式多喷2）合成气生产甲醇工艺的比较合成甲醇的主要原料气包括CO、CO2、H2以及少量的N2和CH4。目前，主要采用气相合成工艺，催化剂是以铜和氧化锌为主要物质，并加入铝或铬的氧化物。各工艺采用的设备基本相同，但不同工艺使用的反应器和操作单元的组合相差较大。气相法工艺技术主要有ICI低压甲醇合成技术和Lurgi低压甲醇合成工艺。主要反应器有TEC新型反应器、托普索径向流甲醇合成反应器和卡萨利新型等温甲醇合成反应器。气相合成甲醇工艺具有合成效率低、能耗高等多种不利因素，而液相合成法可弥补此不足。目前，液相法使用的设备主要是滴流床和浆态床，但大型的甲醇合成装置还没有商业化运行的业绩，目前主要还是使用气相合成的工艺。2）合成气生产甲醇工艺的比较合成甲醇的主要原料气包括CO、对比项目Lurgi法ICI法CasaleIMC法合成压力（MPa）5-105-11.85-10合成温度（℃）225-250230-270220-250催化剂组成Cu-Zn-Al-VCu-Zn-AlCu-Zn-Al-V产率（t/m3*h）0.720.700.76进塔气CO含量（%）≤12≤9≤10出塔气甲醇含量（%）10-12.95-610-12.5循环气/合成气2.5-3.552.3-3.5副产蒸汽（t/t甲醇）2.5-4.01.0-1.5≤2.5合成塔形式管束式激冷式板式水循环形式自然循环NA强制循环设备尺寸设备紧凑设备较大设备紧凑合成开工不设开工要设开工不设开工设备加热炉加热炉加热炉对比项目Lurgi法ICI法CasaleIMC法合成压力（3）甲醇合成低碳烯烃工艺的比较甲醇制烯烃已有数十年的研究历史，早期主要是正对催化剂的研究。近年来，随着催化剂开发成功，研究工作逐渐转向生产工艺技术发展。目前国内外具有代表性的工艺技术主要有鲁奇公司开发的甲醇制丙烯技术、UOP/NORSKHydro开发的甲醇制烯烃技术、中国大连化物所开发的甲醇制烯烃技术以及清华大学的流化床甲醇制丙烯技术。3）甲醇合成低碳烯烃工艺的比较甲醇制烯烃已有数十年的研究历对比项目UOP的MTO工艺大连化物所的DMTO工艺中石化的SMTO工艺Lurgi的MTP工艺清华大学的FMTP工艺Exxon的MTO工艺道达尔的MTO工艺合成压力（MPa）0.1-0.30.10.1-0.30.13-0.160.1-0.5NANA合成温度（℃）400-500450-600400-500450-480450-500NANA催化剂氧化物催化剂NASAPO分子筛催化剂ZSM催化剂ZSM催化剂SAPO分子筛催化剂NA甲醇转化率（%）≥95≥98≥99≥95≥98≥90≥95低烯烃（乙烯，丙烯）选择性（%）80≥90≥8065-7075≥6075-80对环境影响中中中中中高中技术成熟度高高高高中低高对比项目UOP的MTO工艺大连化物所的DMTO工艺中石化的S4）主要甲醇制烯烃的工艺特点UOP的MTO工艺Lurgi的MTP工艺大连化物所的DMTO工艺清华大学的FMTP工艺产品乙烯和丙烯，并副产LPG、丁烯、C5及以上产品丙烯，并副产LPG和汽油乙烯和丙烯，并副产LPG和汽油丙烯，并副产液化气产品反应器特征采用流化床反应器，结构复杂，投资较大；反应有结焦，催化剂存在磨损，并需要设置催化剂再生反应器；反应温度控制较固定床容易采用固定床反应器，结构简单，投资较低，反应器较大；反应结焦少，催化剂无磨损，可就地再生；反应温度控制比流化床难采用流化床反应器、结构复杂、投资较大；反应有结焦，催化剂存在磨损，并需要设置催化剂再生反应器；反应温度控制较固定床容易采用流化床反应器，结构复杂，投资较大；反应有结焦，催化剂存在磨损，并需要设置催化剂再生反应器；反应温度控制较固定床容易4）主要甲醇制烯烃的工艺特点UOP的MTO工艺Lurgi的M中国已投产煤制烯烃装置技术选择截至2016年6月底，中国已投产煤制烯烃装置17套，煤制烯烃总产能达688万吨/年。中国已投产煤制烯烃装置技术选择截至2016年6月底，中国已投表5中国已投产煤质烯烃装置技术来源统计（1）装置名称烯烃产能（万吨）配套甲醇装置产能（万吨）技术来源神华宁煤100252德国鲁奇-MTP神华包头煤化工有限公司60180大连化物所-DMTO大唐内蒙古多伦煤化工有限责任公司46168德国鲁奇-MTP中国石化中原石油化工有限责任公司20/中石化S-MTO/OCC宁波富德能源有限公司60/大连化物所-DMTO南京惠生3030UOP/HYDRO-MTO/OCP山东寿光鲁清石化有限公司2060德国鲁奇-MTP陕西延长中煤榆林能化60180大连化物所-DMTO陕西中煤榆林能化60180大连化物所-DMTO表5中国已投产煤质烯烃装置技术来源统计（1）装置名称烯烃产能表5中国已投产煤质烯烃装置技术来源统计（2）装置名称烯烃产能（万吨）配套甲醇装置产能（万吨）技术来源山东玉皇金宇化工有限公司10/常州瑞华化工工程技术有限公司碳四裂解装置改造宁夏宝丰60180大连化物所-DMTO山东神达化工一期（联泓集团烯烃项目）34/大连化物所-DMTO山东东营瑞昌化工一期1030洛阳设计院MTPG沈阳蜡化1030MTPG陕西蒲城清洁能化一期68180GE煤气化技术和中科院大连化物所DMTO-II山东齐成石化有限公司（华滨）2060MTP龙港2060MTP总计6881506/表5中国已投产煤质烯烃装置技术来源统计（2）装置名称烯烃产能表5分析上表中的17套装置中，神华宁煤、神华包头两套装置投产时间最早。大唐多伦煤制烯烃装置因配套甲醇装置运行问题，导致其煤制烯烃装置运行情况并不理想，甲醇对外采购依存度较大。中原石化20万吨甲醇制烯烃装置运行整体运行平稳，其甲醇全部外采。宁波富德能源及南京惠生均为2013年新投产装置，其甲醇全部外采，货源由进口甲醇及国产甲醇构成。表5分析上表中的17套装置中，神华宁煤、神华包头两套装置投产表6现有煤制烯烃工艺占比工艺来源数量产能套数占比万吨/年占比德国鲁奇-MTP637.50%20633.77%大连化物所-DMTO637.50%33454.75%中石化-SMTO16.25%203.28%UOP/HYDRO-MTO/OCP16.25%304.92%MTPG212.50%203.28%总计16/610/表6现有煤制烯烃工艺占比工艺来源数量产能套数占比万吨/年占表7新增煤制烯烃装置应用技术统计序号厂家产能（万吨）采用技术1山东阳煤恒通30UOPMTO2贝特尔控股集团30MTO3浙江兴兴新能源69大连化物所DMTO4青海大美煤炭60大连化物所DMTO5山东大泽化工有限公司16MTP6青海盐湖100大连化物所DMTO7中安联合煤化70MTO8神华榆林60/9陕西神华神木有限公司//10中煤蒙大新能源化工有限公司60大连化物所DMTO11山东东营瑞昌化工10洛阳设计院MTPG12富德常州33大连化物所DMTO-Ⅱ13久泰能源内蒙古有限公司60UOP霍尼韦尔MTO工艺表7新增煤制烯烃装置应用技术统计序号厂家