煤炭氣化合成甲醇轉(zhuǎn)制烯烴技術(shù)工藝及未來(lái)發(fā)展現(xiàn)狀

煤炭氣化合成甲醇轉(zhuǎn)制烯烴技術(shù)工藝及未來(lái)發(fā)展現(xiàn)狀1．產(chǎn)品性質(zhì)及用途烯烴是基本的有機(jī)化工原料。以煤炭為原料制取的烯烴均為低碳烯烴，如乙烯、丙烯和丁烯等，這些都是高分子合成中的重要單體，是合成樹(shù)脂、合成纖維和合成橡膠中的最主要原料，是生產(chǎn)其他有機(jī)化工產(chǎn)品的基礎(chǔ)。烯烴在現(xiàn)代石油和化學(xué)工業(yè)中起著舉足輕重的作用，尤其是乙烯和丙烯的需求量日益增加、應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。2．原料路線制取低碳烯烴的方法從原料上總體可分為兩大類：（1）石油路線：目前世界上多數(shù)國(guó)家仍主要采用傳統(tǒng)的輕油裂解方法來(lái)制取乙烯、丙烯等低碳烯烴。中國(guó)生產(chǎn)乙烯的原料構(gòu)成中50%以上是柴油，每噸乙烯的原料消耗平均在3.5t以上，給能耗和成本等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)帶來(lái)較大的不利影響。因此在改進(jìn)傳統(tǒng)輕油裂解法的同時(shí)，還必須重視發(fā)展符合國(guó)情的非石油原料制烯烴技術(shù)。（2）非石油路線：自從20世紀(jì)70年爆發(fā)的兩次石油危機(jī)以來(lái)，世界各國(guó)紛紛致力于研究和開(kāi)發(fā)非石油資源合成低碳烯烴的路線，如以天然氣為原料，通過(guò)氧化偶聯(lián)（OCM）或本森法制取低碳烯烴技術(shù)；以天然氣或煤為原料制取合成氣（CO+H2），合成氣通過(guò)費(fèi)托合成（直接法）或經(jīng)由甲醇或二甲醚（間接法）制取低碳烯烴技術(shù)等。（3）煤制烯烴生產(chǎn)工藝煤制烯烴主要指利用煤炭氣化制取甲醇、二甲醚，再繼續(xù)轉(zhuǎn)化為低碳烯烴?！TO工藝：甲醇制烯烴（Methanol-to-olefin，簡(jiǎn)稱MTO）是最有希望替代石腦油制烯烴的工藝。國(guó)際上的一些著名的大石油和化學(xué)公司，如巴斯夫（BASF）、美孚石油公司（Mobil）、海德羅公司（NorskHydro）、環(huán)球油品公司（UOP）和?？松凸荆‥xxon）等均進(jìn)行了多年的研究。在國(guó)內(nèi)，中科院大連化學(xué)物理研究所也于1991年完成處理甲醇1t/dMTO固定床中試裝置?！TP工藝：甲醇在催化劑作用下制取丙烯（Methanol-to-propylene，簡(jiǎn)稱MTP）。·DTO工藝：二甲醚在催化劑作用下脫水制取烯烴（Dimethylether-to-olefine，簡(jiǎn)稱DTO）。（4）國(guó)外MTO工藝產(chǎn)業(yè)化發(fā)展現(xiàn)狀目前很多國(guó)家都致力于甲醇制烯烴技術(shù)的開(kāi)發(fā)，均取得重大進(jìn)展。美國(guó)環(huán)球油品公司（UOP）和挪威海德羅（NorskHydro）公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的MTO工藝中試早已成功，乙烯、丙烯及丁烯的總碳收率可達(dá)90%，這一工藝經(jīng)小試、中試和示范裝置長(zhǎng)期、連續(xù)試驗(yàn)，操作穩(wěn)定，UOP公司表示：根據(jù)該公司的經(jīng)驗(yàn)和采用計(jì)算機(jī)模擬的現(xiàn)代工程放大技術(shù)，可將示范裝置放大為年產(chǎn)50萬(wàn)t乙烯的大型工業(yè)化裝置。世界第一套以天然氣為原料的MTO裝置目前正在尼日利亞Lagos建設(shè)，年生產(chǎn)處理甲醇247.5萬(wàn)t，其中甲醇裝置采用Topsφe技術(shù)，產(chǎn)品甲醇用作MTO裝置進(jìn)料，MTO裝置設(shè)計(jì)生產(chǎn)40萬(wàn)t/a乙烯和40萬(wàn)t/a丙烯，乙烯和丙烯再用于生產(chǎn)40萬(wàn)t/a高密度聚乙烯（HDPE）和40萬(wàn)t/a聚丙烯。該裝置預(yù)計(jì)將是石化生產(chǎn)費(fèi)用最低的裝置之一，預(yù)計(jì)項(xiàng)目總投資約為20億美元，甲醇裝置將于2006年初建成，MTO和聚烯烴裝置于2006年中期建成。埃及Eatco石化公司擬投資14億美元建設(shè)MTO聯(lián)合裝置，采用UOP/NorskHydro的MTO技術(shù)建一套30萬(wàn)t/a乙烯和一套25萬(wàn)t/a丙烯裝置。（5）國(guó)內(nèi)MTO工藝產(chǎn)業(yè)化發(fā)展現(xiàn)狀中國(guó)對(duì)MTO工藝的開(kāi)發(fā)也已經(jīng)歷多年，中試數(shù)據(jù)與國(guó)外很接近，而催化劑性能則優(yōu)于國(guó)外。中科院大連化學(xué)物理研究所在5kg/d模擬試驗(yàn)裝置中，用甲醇裂解制烯烴，取得突出成果：甲醇的轉(zhuǎn)化率為100%，烯烴的選擇性達(dá)到85%~90%（其中乙烯加丙烯的選擇性達(dá)70%~80%），每噸烯烴耗甲醇2.73t（理論消耗量為2.3t），這些指標(biāo)居于世界領(lǐng)先地位。該所于1991年完成處理甲醇1t/dMTO固定床中試。另?yè)?jù)了解，中國(guó)石油和天然氣北方公司正在進(jìn)行MTO工藝的千噸級(jí)工業(yè)化試驗(yàn)。中國(guó)內(nèi)蒙古伊化集團(tuán)與德國(guó)EUB財(cái)團(tuán)簽署開(kāi)發(fā)天然氣化工產(chǎn)業(yè)合資合同。該合資項(xiàng)目將在內(nèi)蒙古鄂爾多斯市興建規(guī)模為60萬(wàn)t/a天然氣—甲醇制烯烴（NG-MTO）裝置。一期工程將引進(jìn)德國(guó)Lurgi公司天然氣制甲醇生產(chǎn)工藝及甲醇制烯烴（MTO）技術(shù)，興建一套從150萬(wàn)t/a甲醇經(jīng)MTO工藝生產(chǎn)60萬(wàn)t/a聚乙烯、聚丙烯、副產(chǎn)液化燃料氣的大型聯(lián)合天然氣化工裝置。生產(chǎn)能力為日產(chǎn)甲醇5000t，年產(chǎn)烯烴類化工產(chǎn)品60萬(wàn)t，建設(shè)期為3年。項(xiàng)目建成后，將成為世界上采用該技術(shù)最大的生產(chǎn)裝置。項(xiàng)目總投資15億美元。（6）國(guó)外MTP工藝產(chǎn)業(yè)化發(fā)展現(xiàn)狀2001年底挪威Statiol工廠MTP工藝的示范裝置中試運(yùn)行。Lurgi公司已于2003年9月在挪威Statoil公司的MTP示范裝置上證實(shí)了MTP工藝的可行性，甲醇原料通過(guò)催化劑作用生成二甲醚、未反應(yīng)甲醇及蒸汽等平衡混合物，此反應(yīng)混合物在420~490℃和1.6MPa壓力下固定床反應(yīng)器中生成丙烯，收率約70%。2004年3月Lurgi公司與伊朗Zagros石化公司簽署了一項(xiàng)1.99億美元的合同，將建一套5000t/d的甲醇裝置，并商討建一套520t/d的甲醇制丙烯MTP裝置。（7）國(guó)內(nèi)MTP工藝產(chǎn)業(yè)化發(fā)展現(xiàn)狀上海浦東火炬投資公司計(jì)劃建設(shè)煤基甲醇裝置、甲醇制丙烯（MTP）裝置和聚丙烯裝置，該聯(lián)合裝置將建在安徽省東部海貝煤田附近，并將有中國(guó)其他幾家公司參股。Shell和Texaco公司正在競(jìng)爭(zhēng)該項(xiàng)目，以提供各自的煤氣化技術(shù)生產(chǎn)合成氣來(lái)生產(chǎn)200萬(wàn)t/a甲醇；Lurgi公司將提供其MegaMethnol甲醇技術(shù)和MTP技術(shù)，年產(chǎn)35萬(wàn)t丙烯，然后生產(chǎn)聚丙烯。Lurgi公司已在挪威Statoil公司甲醇裝置上驗(yàn)證了MTP工藝，這將是MTP技術(shù)的第一次技術(shù)轉(zhuǎn)讓。（8）MTO工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)目前，MTO技術(shù)還處于工業(yè)放大研究階段，尚無(wú)投產(chǎn)項(xiàng)目，對(duì)其技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的初步研究結(jié)果為：年進(jìn)料甲醇250萬(wàn)t，年產(chǎn)50萬(wàn)t乙烯、32.6萬(wàn)t丙烯、10.2萬(wàn)t丁烯，總投資約42億元，投資利潤(rùn)率為9.54%，全部投資內(nèi)部收益率為15.6%，投資回收期9~10年。美國(guó)UOP公司對(duì)50萬(wàn)t/a乙烯裝置的MTO技術(shù)和傳統(tǒng)石腦油制乙烯技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性做了比較分析，認(rèn)為將合成氣制甲醇和甲醇制烯烴兩者結(jié)合起來(lái)可使總投資下降20%。因?yàn)镸TO可用粗甲醇為原料，常規(guī)甲醇裝置的精餾部分則可不建，相應(yīng)甲醇部分的投資可減少10%?？傊?，甲醇制烯烴在國(guó)外已引起極大的重視，并且被認(rèn)為是有前途和不久可以工業(yè)化的新過(guò)程。目前各國(guó)研究開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)是研制活性高、選擇性好、壽命長(zhǎng)且價(jià)格低廉的催化劑、甲醇制烯烴的競(jìng)爭(zhēng)能力取決于未來(lái)石腦油與甲醇的價(jià)格，關(guān)鍵是能否從煤制取大量低價(jià)的甲醇。盡管目前甲醇制烯烴尚不能與石腦油制乙烯相競(jìng)爭(zhēng)，但無(wú)論經(jīng)濟(jì)上還是技術(shù)上它都具有極大的潛力。（9）MTP工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)Lurgi公司對(duì)年進(jìn)料甲醇166.7萬(wàn)t、生產(chǎn)51.9萬(wàn)t丙烯的MTP裝置進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)估。估計(jì)總投資為1.85億美元，股東權(quán)益比率為20%。若丙烯價(jià)格按380美元/t，甲醇價(jià)格按90美元/t計(jì)，內(nèi)部收益率為每年15.6%。若采用Lurgi公司開(kāi)發(fā)的規(guī)模超百萬(wàn)噸級(jí)的Mega甲醇新工藝，每噸甲醇的生產(chǎn)成本可望降至80美元以下。20