我国煤基甲醇制烯烃行业发展现状及其分析

2010年2月

山　西　化　工

SHANXICHEMICALINDUSTRY

Vol.30　No.1

Feb.2010

　综述与论坛

我国煤基甲醇制烯烃行业发展现状及其分析朱志钢(徐州矿务集团有限公司,江苏　徐州　210067)

摘要:从产品市场、产业政策和技术进展等方面对我国煤基甲醇制烯烃(MTO/MTP)行业的发展现状进行了论述。通过分析可知,煤基甲醇制烯烃具有产品市场前景广阔、技术逐步推广、MTP优势较为明显、投资强度和风险较大等特点。

关键词:甲醇制烯烃;乙烯;丙烯;产业政策;技术进展

中图分类号:TQ536　　文献标识码:A　　文章编号:100427050(2010)0120026204

工业、农业、医药卫生及日常生活用品。

引　言

我国“富煤、贫油、少气”的能源特点决定了国

民经济的可持续发展需要依靠调整和优化能源结构,降低对石油进口的依存度,充分利用煤炭资源优势,大力发展煤化工高新技术产业,以煤化工产品替代石油化工产品。近年来,煤基甲醇制烯烃(MTO/MTP)行业备受从事煤化工产业人士的青睐和关注。

丙烯是仅次于乙烯的一种重要有机石油化工基本原料,可以生产多种基本有机原料,如苯酚、丙酮、丁醇、辛醇、丙烯腈、环氧丙烷、丙二醇、环氧氯丙烷、合成甘油、丙烯酸以及异丙醇等。同时,丙烯也是合成材料的单体,可以生产聚丙烯(PP)。聚丙烯是主要的通用塑料之一,可做成注塑和挤出制品、纤维和簿膜,广泛应用于汽车、电器、日用品、家具和包装等行业。

1　煤基甲醇制烯烃(MTO/MTP)

煤基甲醇制烯烃是指以煤气化合成的甲醇为原

料生产低碳烯烃的化工技术,主要有甲醇制乙烯和丙烯(methanoltoolefins,MTO)及甲醇制丙烯(meth2anoltopropylene,MTP)技术。

乙烯是最基本的石油化工原料之一,它可以生产多种基本有机原料,如乙醇、环氧乙烷、乙二醇、乙苯、苯乙烯和氯乙烯等。同时,乙烯也是合成材料的单体,可以生产各种规格的聚乙烯(PE)。聚乙烯是当今世界上产量和消费量最大的通用塑料产品之一,可以制成板、管、簿膜、纤维、储槽和容器等,用于

收稿日期:2010201208

作者简介:朱志钢,男,1980年出生,毕业于河北理工大学化学工程与工艺专业,助理工程师,现任职于徐州矿务集团有限公司煤化工筹建项目部。

2　产品市场

目前,乙烯、丙烯主要以石化路线生产。但我国石油资源短缺,石油进口依存度逐年增加,2007年的对外依存度为46.06%,2008年为48%,如果按照目前的原油消费水平和国内产量的增速来估算,2010年我国石油的对外依存度约52%,2015年约60%。我国石油对外依存度的增加,在一定程度上

限制了以石化路线生产乙烯和丙烯产品的发展,不利于我国能源安全保障。

长期以来,国内乙烯的进口量非常小(主要进

口的是其下游产品),因此一般以乙烯当量消费量(当量消费量=产量+进口量-出口量+下游产品

净进口折算量)来评价国内乙烯的实际市场容量。据中国石油和化学工业协会统计,2008年,我国乙

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烯产量为1025万t,乙烯当量进口量近1000万t,对外依存度接近50%。虽然中石油独山子、中石化镇海、中石化天津等大型乙烯装置将在2009年～2010年陆续投产,但随着石化行业的新一轮扩能,乙烯产量仍然无法满足下游市场的需求。据有关部门预测,2010年,我国乙烯当量需求量约2484万t,产量约1784万t,供需缺口700万t。乙烯主要用于生产聚乙烯。2006年,我国聚乙烯树脂产能为722.5万t,产量599万t,表观消费量约1083.4万t,进口量达495万t,进口量占表观消费量的比例为45.7%。预计2010年,我国聚乙烯的产量约950万t,需求量约1588万t,供需缺口638万t。同样,国内的丙烯产量也远远不能满足市场需求。近年来,由于丙烯下游产品的快速发展,丙烯需求量增长迅速,从当量需求来看,丙烯供需矛盾十分突出。预计到2010年,我国对丙烯的当量需求量约1905万t,产量约1315万t,供需缺口约590万t。丙烯主要用于生产聚丙烯。2006年,我国聚丙烯产能约694万t,产量约584.2万t,分别比2005年增长了12.6%和11.6%,进口294.5万t,出口2.6万t,表观消费量876万t,进口量占表观消费量的比例为33.3%。预计到2010年,我国聚丙烯产量约725万t,表观消费量约1212万t,供需缺口约487万t。

我国乙烯和丙烯的市场缺口较大,特别是近年来丙烯的需求增长已超过乙烯。由于需求强劲,一般的石脑油蒸汽裂解和催化裂解方法所得丙烯产品已远远满足不了市场的需求,因此人们纷纷研究开发增产丙烯的新技术,甲醇制丙烯技术就是其中之一。由此可见,乙烯和丙烯的市场前景广阔,特别是国内的丙烯生产原料不足,市场需求增长较快,更为市场所看好。

3.2　煤基烯烃

目前,我国煤基烯烃项目处于工业示范阶段。按国家发改委《关于加强煤化工项目建设管理促进

(发改工业[2006]1350号)产业健康发展的通知》

规定,一般不应批准年产规模在60万t以下的煤基烯烃项目。按石化产业调整振兴规划,2009年～2011年,原则上不再安排新的煤化工试点项目,重点抓好现有煤基烯烃等类示范工程。按山西省煤化工产业调整振兴规划,甲醇制烯烃产能应不低于60万t/a。我国正在建设的煤基烯烃示范项目有3个,即神华包头煤基烯烃项目(MTO),规模为60万t/a烯烃(30万t/a乙烯、30万t/a丙烯);大唐国际煤基烯烃项目(MTP)和神华宁煤煤基烯烃项目(MTP),规模约50万t/a丙烯。

4　技术进展

目前,国外开发研究比较成功的甲醇制烯烃工艺主要有UOP/HYDRO公司的MTO技术和德国Lurgi公司的MTP技术。国内主要有大连化物所的DMTO技术、中石化的SMTO技术和清华大学的FMTP技术。4.1　工艺技术

4.1.1　UOP/HYDRO公司的MTO技术

[1,2]

该技术是以粗甲醇或产品级甲醇为原料生产聚合级乙烯/丙烯,反应采用流化床反应器。UOP技术的催化剂型号为MTO2100,主要成分是SAPO234(硅、铝、磷),并经黏合剂处理,使催化剂既有较高的选择性,又有较好的强度和耐磨性。1995年,UOP公司与HYDRO公司合资建设了一套0.75t/d甲醇处理能力的示范装置,装置连续运行90d,运行情况良好。目前,尼日利亚的天然气化工联合企业采用UOP/HYDRO公司的MTO技术正在建设一套80万t/a的MTO装置,乙烯和丙烯的产量均为40万t/a。UOP/HYDRO技术有以下特点:装置操作简便和灵活;装置有较大的操作弹性;能耗低,原料利用率高;“三废”排放量较小;乙烯和丙烯产量比可在0.75～1.50调节,市场抗风险能力强。4.1.2　德国Lurgi公司的MTP技术

该公司开发的MTP技术的主要产品为丙烯,催化剂采用Snd2Chemie开发的改性ZSM25催化剂。其特点是甲醇经2台连续的固定床反应器,甲醇首先在第1台反应器中转化为二甲醚,然后在第2台反应器中转化为丙烯。MTP技术采用固定床催化

3　产业政策

3.1　石化产业

目前,乙烯和丙烯的生产主要来自石化产业。国家投资政策明确指出,新建乙烯及改、扩建新增能力超过20万t/a的乙烯项目需由国务院投资主管部门核准;新建60万t/a以下乙烯装置、新建20万t/a聚乙烯装置、新建7万t/a以下聚丙烯装置属限制类项目。根据石化产业调整振兴规划,到2011年,乙烯企业平均规模提高到60万t/a。由于目前丙烯主要来自石脑油蒸汽裂解生产乙烯的副产品和炼油厂催化裂解(FCC)生产汽、柴油的副产品,因此国家没有制定丙烯项目的具体投资政策。

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反应器和高性能沸石催化剂,生成丙烯的选择性高、

结焦少、丙烷产率低。甲醇先进入二甲醚(DME)预反应器,采用高活性、高选择性催化剂,甲醇在此转化为DME和水。甲醇/水/DME进入第1台MTP反应器,并加入蒸汽,甲醇/DME转化率高达97%以上。Lurgi公司在Frankfurt的试验装置上运行超过4000h获得了工艺设计数据,示范装置于2002年1月开车,共运行了8000h,确认了实验室成果。催

公司、清华大学和安徽淮化集团有限公司3家单位在淮化集团厂区内建设的流化床3万t/a甲醇制丙烯工业试验装置,目前正处在试生产阶段。4.2　工艺过程

4.2.1　MTO的工艺过程

MTO装置包括甲醇制烯烃(MTO)和轻烯烃回收(LORP)单元。MTO工艺采用气相进料、流化催化技术将甲醇转化为轻烯烃(主要是乙烯和丙烯)。原料甲醇可采用精甲醇、粗甲醇或两者的混合物,粗甲醇是指来自甲醇合成装置还未被精制的甲醇,其中甲醇和水的质量分数约为80%和20%。MTO单元主要由下列工序和系统构成:甲醇蒸发和产品激冷工序、反应和再生工序、空气系统和烟道气排放系统等。

轻烯烃回收单元(LORP)的主要功能是通过对气相反应产物进行压缩、冷凝、分离和提纯,得到有价值的轻烯烃(主要是乙烯和丙烯)。LORP单元包括以下几个工序:压缩、DME回收、水洗、碱液洗涤、干燥、乙炔转化、分馏、丙烯制冷和氧化物回收工序(ORU)。压缩工序的主要目的是提高MTO单元来的气体反应产物的操作压力,以便用分馏、冷凝的方法回收烯烃产品;DME回收工序主要用于回收二甲醚(DME);碱液洗涤工序用于除去MTO反应产物中的副产品CO2;干燥工序是为下游分馏工序的深冷工艺作预处理;乙炔转化工序为了有选择性地加氢转化成乙烯;分馏工序用于分离产品和副产品等。4.2.2　MTP的工艺过程

原料甲醇首先预热到260℃后进入固定床绝热式DME预反应器,采用高活性、高选择性的催化剂将75%甲醇转化为二甲醚和水。然后,反应物流继续预热到470℃,进入第1台MTP反应器,并加入少量蒸汽(0.3kg/kg～0.8kg/kg),99%以上的甲醇和二甲醚得到转化。反应物流通过第2和第3台MTP反应器继续反应。最后,反应混合物冷凝,并分离气体产物、液体有机物和水。

气体产物经压缩移出痕量的水、CO2和二甲醚后,进一步精制分离出产品丙烯、汽油组分和燃料气。分离出的含烯烃物流返回至MTP反应器,以增加丙烯产量。生成的水,一部分循环到MTP反应器,另一部分去发生蒸汽。

甲醇制丙烯工艺所用催化剂已实现工业化生产,并且积炭量小(<0.01%的甲醇原料转化成焦炭),可进行原位间歇再生,再生温度较低(在反应温度下再生),对催化剂要求低,因此甲醇制丙烯工

化剂开发已完成,可供商业化生产。MTP工艺中,甲醇/DME的转化率均大于99%,对丙烯的总碳收率约71%。目前,大唐国际集团和神华宁煤采用Lurgi公司的MTP技术,正分别在内蒙、宁夏建设煤基甲醇制丙烯工业装置,并计划于2010年投产。

[3]

4.1.3　大连化物所的甲醇制烯烃(DMTO)技术

中科院大连化物所经过多年的研究,开发出具有自主知识产权的DMTO技术。1991年,完成了日处理能力1t的甲醇制烯烃试验。2004年,大连化物所、洛阳炼油设计院和陕西新兴煤化工公司三方合作,在陕西建设了年处理甲醇1.67万tDMTO工业化中试装置,该装置于2005年12月建成,2006年2月20日一次投料试车成功。现场考核组专家认为,该工业化试验装置是具有自主知识产权的创新技术,装置运行稳定、安全可靠,技术指标先进。主要指标为:甲醇转化率大于99.0%;乙烯/丙烯选择性大于78%。目前,神华集团采用该技术正在建设180万t/a甲醇制60万t/a烯烃项目,预计2010年投产。4.1.4　中石化的甲醇制烯烃(SMTO)技术该技术的前期研究工作主要由上海石化研究院完成,包括SAPO234催化剂的开发,C4以上组分回炼技术等。反应动力学、结焦动力学以及催化剂再生动力学研究由华东理工大学课题组合作完成。2007年,中石化在北京燕山石化建立了100t/d甲醇制烯烃(SMTO)工业试验装置,产出的乙烯、丙稀

直接送燕山石化现有装置,实现连续运行。该装置由中国石化工程建设公司(SEI)进行装置设计及承建,使用流化床反应器,采用上海石化研究院提供的SAPO234分子筛催化剂。2008年,完成了甲醇年进

料180万t的MTO工艺包开发,具备了设计和建设大型MTO工业化装置的条件。

4.1.5　清华大学的循环流化床甲醇转化丙烯(FMTP)技术

利用清华大学循环流化床甲醇转化丙烯(FMTP)国家专利技术成果,由中国化学工程集团

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艺采用固定床反应器。

5　结束语

目前,我国石油资源短缺,乙烯、丙烯产品主要以石化路线生产。2008年,石油进口依存度48%,并呈上升趋势,这在一定程度上限制了我国以石化路线生产乙烯和丙烯产品的发展。适度发展煤基甲醇制烯烃,实现乙烯和丙烯生产的原料多元化,对减轻原油供应压力和保障国家能源安全具有重要的意义。

随着2010年工业示范装置的投产运行,中科院大连化物所的DMTO技术、德国Lurgi公司的MTP技术有望成熟和被推广应用。清华大学的FMTP技术、中石化的SMTO技术也有望建设大型工业示范装置,在运行中完善并被推广应用。

乙烯、丙烯易燃易爆且沸点低,常温常压下是气体,产品外运时需使用钢瓶或耐压罐车,在装运前需报有关部门批准。所以,尽管国内乙烯产品缺口较大,但因运输困难,长期以来其进口量非常小。因此,如煤基烯烃产品在化工园区附近有用户,则可通过管道输送,生产其下游产品。煤基烯烃项目建设在煤炭资源丰富的西部地区,而乙烯和丙烯在当地无销路时,则适宜向其下游产品聚乙烯、聚丙烯延伸。

MTP项目的主要产品为丙烯,MTO项目的主要

由此今后国内乙烯衍生产品将会面临较大的竞争和

压力;二是丙稀的蒸汽压明显低于乙烯的蒸汽压,储运的成本较低。而且,MTP项目不需建设聚乙烯装置,比MTO的项目投资相对较小;三是MTO项目规模一般为60万t/a烯烃(30万t/a乙烯、30万t/a丙烯),这与目前石化产业的百万吨乙烯装置相比,规模效益并不明显。而MTP项目主要产品为丙烯,MTP生产丙烯产品有利于项目规模效益;四是国家

政策明确表明,新建20万t/a聚乙烯装置、新建7万t/a以下聚丙烯装置属限制类项目。

煤基甲醇制烯烃项目的经济效益主要取决于项目的上下游一体化,即取决于煤炭价格和甲醇成本。另外,煤化工项目,需要的电量和蒸汽量较大。因此,如投资者拥有采矿权、自发电和蒸汽直供,实现“煤2电2化”一体化生产,最大限度地降低甲醇和MTO/MTP的生产成本,可在一定程度上应对国际原油价格波动带来的影响,提高与同行业、石油路线及进口产品竞争的实力,保障投资项目的经济效益。

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产品为乙烯和丙烯,从市场和投资等因素分析,选择

MTP比MTO项目更为适宜。主要原因:一是近年来丙烯比乙烯市场增长快,市场需求强劲。从可替代原料看,由于中东乙烷裂解乙烯的竞争力非常强,

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Developmentstatusandanalysisontheindustryofcoal2based

methanolturnedintoolefininChina

ZHUZhi2gang

(XuzhouCoalMiningGroupCo.,Ltd.,XuzhouJiangsu210067,China)

Abstract:ThedevelopmentstatusofMTOfromthreeaspects,productmarket,industrypolicyandtechnicaldevelopmentisdescribed.TheresultisthatMTOindustryhasthefollowingcharacteristics:productmarkettobepromising,technologyimprovingstepbystep,havingMTPadvantage,investmentincreasingandbeingtakenabigrisk.Keywords:MTO;ethylene;propylene;industrypolicy;technologyimprovement