煤炭气化合成甲醇转制烯烃技术工艺及未来发展现状

煤炭气化合成甲醇转制烯烃技术工艺及未来发展现状1．产品性质及用途烯烃是基本的有机化工原料。以煤炭为原料制取的烯烃均为低碳烯烃，如乙烯、丙烯和丁烯等，这些都是高分子合成中的重要单体，是合成树脂、合成纤维和合成橡胶中的最主要原料，是生产其他有机化工产品的基础。烯烃在现代石油和化学工业中起着举足轻重的作用，尤其是乙烯和丙烯的需求量日益增加、应用领域不断扩大。2．原料路线制取低碳烯烃的方法从原料上总体可分为两大类：（1）石油路线：目前世界上多数国家仍主要采用传统的轻油裂解方法来制取乙烯、丙烯等低碳烯烃。中国生产乙烯的原料构成中50%以上是柴油，每吨乙烯的原料消耗平均在3.5t以上，给能耗和成本等经济指标带来较大的不利影响。因此在改进传统轻油裂解法的同时，还必须重视发展符合国情的非石油原料制烯烃技术。（2）非石油路线：自从20世纪70年爆发的两次石油危机以来，世界各国纷纷致力于研究和开发非石油资源合成低碳烯烃的路线，如以天然气为原料，通过氧化偶联（OCM）或本森法制取低碳烯烃技术；以天然气或煤为原料制取合成气（CO+H2），合成气通过费托合成（直接法）或经由甲醇或二甲醚（间接法）制取低碳烯烃技术等。（3）煤制烯烃生产工艺煤制烯烃主要指利用煤炭气化制取甲醇、二甲醚，再继续转化为低碳烯烃。·MTO工艺：甲醇制烯烃（Methanol-to-olefin，简称MTO）是最有希望替代石脑油制烯烃的工艺。国际上的一些著名的大石油和化学公司，如巴斯夫（BASF）、美孚石油公司（Mobil）、海德罗公司（NorskHydro）、环球油品公司（UOP）和埃克森石油公司（Exxon）等均进行了多年的研究。在国内，中科院大连化学物理研究所也于1991年完成处理甲醇1t/dMTO固定床中试装置。·MTP工艺：甲醇在催化剂作用下制取丙烯（Methanol-to-propylene，简称MTP）。·DTO工艺：二甲醚在催化剂作用下脱水制取烯烃（Dimethylether-to-olefine，简称DTO）。（4）国外MTO工艺产业化发展现状目前很多国家都致力于甲醇制烯烃技术的开发，均取得重大进展。美国环球油品公司（UOP）和挪威海德罗（NorskHydro）公司联合开发的MTO工艺中试早已成功，乙烯、丙烯及丁烯的总碳收率可达90%，这一工艺经小试、中试和示范装置长期、连续试验，操作稳定，UOP公司表示：根据该公司的经验和采用计算机模拟的现代工程放大技术，可将示范装置放大为年产50万t乙烯的大型工业化装置。世界第一套以天然气为原料的MTO装置目前正在尼日利亚Lagos建设，年生产处理甲醇247.5万t，其中甲醇装置采用Topsφe技术，产品甲醇用作MTO装置进料，MTO装置设计生产40万t/a乙烯和40万t/a丙烯，乙烯和丙烯再用于生产40万t/a高密度聚乙烯（HDPE）和40万t/a聚丙烯。该装置预计将是石化生产费用最低的装置之一，预计项目总投资约为20亿美元，甲醇装置将于2006年初建成，MTO和聚烯烃装置于2006年中期建成。埃及Eatco石化公司拟投资14亿美元建设MTO联合装置，采用UOP/NorskHydro的MTO技术建一套30万t/a乙烯和一套25万t/a丙烯装置。（5）国内MTO工艺产业化发展现状中国对MTO工艺的开发也已经历多年，中试数据与国外很接近，而催化剂性能则优于国外。中科院大连化学物理研究所在5kg/d模拟试验装置中，用甲醇裂解制烯烃，取得突出成果：甲醇的转化率为100%，烯烃的选择性达到85%~90%（其中乙烯加丙烯的选择性达70%~80%），每吨烯烃耗甲醇2.73t（理论消耗量为2.3t），这些指标居于世界领先地位。该所于1991年完成处理甲醇1t/dMTO固定床中试。另据了解，中国石油和天然气北方公司正在进行MTO工艺的千吨级工业化试验。中国内蒙古伊化集团与德国EUB财团签署开发天然气化工产业合资合同。该合资项目将在内蒙古鄂尔多斯市兴建规模为60万t/a天然气—甲醇制烯烃（NG-MTO）装置。一期工程将引进德国Lurgi公司天然气制甲醇生产工艺及甲醇制烯烃（MTO）技术，兴建一套从150万t/a甲醇经MTO工艺生产60万t/a聚乙烯、聚丙烯、副产液化燃料气的大型联合天然气化工装置。生产能力为日产甲醇5000t，年产烯烃类化工产品60万t，建设期为3年。项目建成后，将成为世界上采用该技术最大的生产装置。项目总投资15亿美元。（6）国外MTP工艺产业化发展现状2001年底挪威Statiol工厂MTP工艺的示范装置中试运行。Lurgi公司已于2003年9月在挪威Statoil公司的MTP示范装置上证实了MTP工艺的可行性，甲醇原料通过催化剂作用生成二甲醚、未反应甲醇及蒸汽等平衡混合物，此反应混合物在420~490℃和1.6MPa压力下固定床反应器中生成丙烯，收率约70%。2004年3月Lurgi公司与伊朗Zagros石化公司签署了一项1.99亿美元的合同，将建一套5000t/d的甲醇装置，并商讨建一套520t/d的甲醇制丙烯MTP装置。（7）国内MTP工艺产业化发展现状上海浦东火炬投资公司计划建设煤基甲醇装置、甲醇制丙烯（MTP）装置和聚丙烯装置，该联合装置将建在安徽省东部海贝煤田附近，并将有中国其他几家公司参股。Shell和Texaco公司正在竞争该项目，以提供各自的煤气化技术生产合成气来生产200万t/a甲醇；Lurgi公司将提供其MegaMethnol甲醇技术和MTP技术，年产35万t丙烯，然后生产聚丙烯。Lurgi公司已在挪威Statoil公司甲醇装置上验证了MTP工艺，这将是MTP技术的第一次技术转让。（8）MTO工艺技术经济评价目前，MTO技术还处于工业放大研究阶段，尚无投产项目，对其技术经济分析的初步研究结果为：年进料甲醇250万t，年产50万t乙烯、32.6万t丙烯、10.2万t丁烯，总投资约42亿元，投资利润率为9.54%，全部投资内部收益率为15.6%，投资回收期9~10年。美国UOP公司对50万t/a乙烯装置的MTO技术和传统石脑油制乙烯技术的经济性做了比较分析，认为将合成气制甲醇和甲醇制烯烃两者结合起来可使总投资下降20%。因为MTO可用粗甲醇为原料，常规甲醇装置的精馏部分则可不建，相应甲醇部分的投资可减少10%。总之，甲醇制烯烃在国外已引起极大的重视，并且被认为是有前途和不久可以工业化的新过程。目前各国研究开发的重点是研制活性高、选择性好、寿命长且价格低廉的催化剂、甲醇制烯烃的竞争能力取决于未来石脑油与甲醇的价格，关键是能否从煤制取大量低价的甲醇。尽管目前甲醇制烯烃尚不能与石脑油制乙烯相竞争，但无论经济上还是技术上它都具有极大的潜力。（9）MTP工艺技术经济评价Lurgi公司对年进料甲醇166.7万t、生产51.9万t丙烯的MTP装置进行了技术经济评估。估计总投资为1.85亿美元，股东权益比率为20%。若丙烯价格按380美元/t，甲醇价格按90美元/t计，内部收益率为每年15.6%。若采用Lurgi公司开发的规模超百万吨级的Mega甲醇新工艺，每吨甲醇的生产成本可望降至80美元以下。20