煤经甲醇制烯烃

煤经甲醇制烯烃

—— 现代煤化工发展的新途径

摘要 随着甲醇制烯烃技术的不断发展，以煤为原料替代石油制取低碳烯烃的工艺路线在技术上已具备工业化条件，目前世界原油价格不断高涨，该路线逐渐在经济上显示出竞争力。本文结合神华集团正在筹建的包头煤制烯烃项目，对煤制烯烃工艺路线的技术可靠性和经济可行性进行分析，为采用这一新兴的工艺路线，发展煤化工产业提供参考。

1．前言

我国一次能源资源的特点是富煤、贫油、少气，近年来我国一次能源中石油的供需矛盾日益突出，自从1993年我国成为石油净进口国之后，进口石油的比重不断加大，2004年中国原油净进口量1.2亿吨，对境外石油的依存度超过40%。我国石油缺口逐年增大已是不可回避的严峻现实, 并对能源的安全供应、国民经济的平稳运行以及全社会的可持续发展构成了严重威胁。

乙烯、丙烯是重要的基础有机化工原料，传统的乙烯、丙烯的制取路线是通过石脑油裂解生产，其缺点是过分依赖石油。由甲醇制乙烯、丙烯等低碳烯烃是最有希望替代石脑油为原料制烯烃的工艺路线，目前工艺技术开发已趋于成熟。甲醇制烯烃技术的发展，开辟了由煤炭经气化生产基础有机化工原料的新工艺路线，有利于改变传统煤化工的产品格局，是实现煤化工向石油化工延伸发展的有效途径，同时对缓解我国石油短缺的矛盾具有重要的战略和现实意义。

神华集团作为国家能源领域的大型企业之一，坚决贯彻党中央、国务院的一系列方针政策，急国家之所急，想国家之所想，站在国家发展战略和保障国家石油安全乃至国家经济安全战略的高度，率先提出了采用世界先进技术发展煤炭液化产业和现代煤化工产业的设想，

并把煤炭液化和现代煤化工产业作为神华集团“二次创业、再造辉煌”的战略重点来抓，形成“以煤炭生产为躯干，以煤液化/煤化工和发电为两翼的上下游一体化、均衡发展的格局”。神华集团正在内蒙建设的开世界之先河的煤直接液化项目，已于2004年8月正式开工建设，先期工程将于2007年建成投产。与此同时，神华集团拟采用现代煤化工和石油化工技术，在内蒙古包头市发展煤制烯烃项目，目前项目各项前期工作均已准备就绪，预计2005年7月获得国家发改委的核准批复后即可开工建设。本文将结合神华煤制烯烃项目情况，从技术的可靠性和经济的可行性两方面对煤经甲醇制烯烃这一煤化工发展的新途径进行论述。

2．煤制烯烃工艺技术来源及可靠性分析

以煤为原料经甲醇制取低碳烯烃的工艺路线可以用图1示意，该工艺技术包括煤气化、甲醇合成及甲醇制烯烃三个核心技术，工艺路线为煤在高温高压下通过纯氧部分氧化反应生成主要成份为CO和H2的粗合成气，粗合成气经过部分耐硫变换及净化然后合成甲醇，最后甲醇转化为低碳烯烃。目前煤气化和甲醇合成技术均已实现商业化，有多套大规模装置在运，甲醇制烯烃技术已日趋成熟，具备工业化条件，以下分别予以介绍。

2.1煤气化技术

煤气化技术已有100多年的历史，但煤气化技术的发展由于多种原因开始比较缓慢;直至20世纪70年代世界石油危机的出现，促使

西方发达国家投入巨资开展了煤气化技术的研究与应用开发，开发出先进的气流床气化技术并于20世纪80年代开始由应用研究转入大规模商业应用，该技术具有高温、高压、大型化、节能、环保、合成气质量高等特点，产品气可适用于化工合成、制氢和联合循环发电。

目前，世界上最先进的气流床气化工艺技术主要有三种，分别是美国GE水煤浆加压气化（原Texaco）技术、英荷壳牌粉煤加压气化(Shell)技术和德国未来能源粉煤加压气化(GSP)技术，均实现了大规模工业化生产，日处理煤量超过了2000吨/天。与此同时国内科研技术人员经过多年努力研究，也开发出了具有中国知识产权的气流床煤气化技术。这些先进的气流床煤气化技术为现代煤化工产业的发展提供了强有力的技术支撑。

2.2 甲醇合成技术

甲醇的大规模工业化生产是从20世纪20年代高压法合成甲醇的工业实现开始的。高压法合成甲醇工业投资大，生产成本高。为此，世界各国都在探求能够降低合成压力的工业生产方法。英国ICI公司和德国Lurgi公司分别成功地研制出中低压甲醇合成催化剂，降低了反应压力，促进了甲醇生产的高速发展。

目前甲醇合成技术向单系列、大型化方向发展，随着Lurgi超大规模甲醇（MegaMethanol）概念的提出，Lurgi、Topsφe、Davy等甲醇技术供应商相继开发出了年产百万吨以上规模的甲醇生产技术，并成功实现了商业转让。2004年6月2日，在南美洲的特立尼达，德国Lurgi公司大规模甲醇生产技术的甲醇装置投产，投产后的一个月内装置就达到了平稳运行，经过4个月的运转，这套装置在11月中旬达到了设计负荷，目前该装置的负荷达到日产甲醇5050吨。目前在建的最大规模甲醇装置是采用Topsφe公司技术，在尼日利亚建设的年产250万吨的甲醇装置。目前世界上正在建设实施的百万吨级以上的甲醇装置超过了8套。随着甲醇

技术的不断进步，装置规模的不断扩大，使得甲醇的生产成本大幅度降低，这就为很多以甲醇为原料的工艺过程带来了良好的发展前景，使得以甲醇为原料发展下游产品在经济上具备很强的竞争力。

2.3 甲醇制烯烃技术

目前，国际上甲醇制烯烃技术主要有两种，一是UOP/HYDRO公司开发的MTO工艺，另一是德国鲁奇公司开发的MTP工艺。经过十几年的研究开发，两种技术均已具备工业化条件，以下分别予以介绍。

2.3.1 MTO技术

MTO工艺是经由甲醇制取乙烯、丙烯的工艺。20世纪80年代联碳公司的科学家发现SAPO催化剂对于甲醇转化为乙烯和丙烯具有显著的选择性。1988年UOP公司兼并了联碳公司的分子筛部，开始进行甲醇制烯烃的小试研究。UOP公司和Norsk Hydro公司于1992年开始联合开发MTO工艺，对催化剂制备、性能试验、催化剂再生、能量利用、工程化等问题进行了深入试验研究。此后在挪威Prosgrann建立了小型工业演示装置，运行时间超过6个月，对催化剂和工艺流程进行了考核验证，证明MTO工艺在技术是可行的。1995年11月，UOP和Norsk Hydro宣布可对外转让MTO技术。

MTO工艺由甲醇转化制烯烃单元和轻烯烃回收单元组成。甲醇转化制烯烃单元与目前炼油过程中成熟的催化裂化工艺过程非常类似，轻烯烃回收单元与传统的石脑油裂解制烯烃工艺中的裂解气分离单元基本相同，因此在工程实施上MTO工艺可以借鉴现有的成熟工艺，风险相对较小。

从工艺的技术特点、成熟的催化剂技术和UOP公司在工程实施

方面的丰富经验来看，MTO技术已经具备工业化条件。目前已经有两个MTO工业项目在实施中，其中尼日利亚项目装置能力为40万吨/年乙烯和40万吨/年丙烯，该联合装置预计于2007年投产。第二套同等规模的MTO装置将在埃及建设，目前专利转让合同已经签订，正在进行工艺包编制工作。国内中科院大连化物所也在MTO工艺的研究开发方面作了大量的工作，获得了与UOP类似的小试结果，目前正在陕西建设10000吨/年甲醇进料的工业示范装置。

2.3.2 MTP技术

MTP工艺是Lurgi公司基于改性ZSM-5催化剂开发的将甲醇转化为丙烯的工艺。Lurgi公司从20世纪90年代开始研究MTP工艺，并与Sudchemie公司合作开发成功了MTP工艺所需的催化剂，2001年Lurgi公司在挪威Tjeldbergolden的Statoil工厂建设了MTP工艺的示范装置，截至2004年3月已运行11000小时，催化剂测试时间大于7000小时，为大型工业化设计取得了大量数据。

Lurgi公司的MTP技术基本成熟，反应器为固定床，放大风险较小，且有工业上成熟的反应器放大经验可以借鉴。MTP技术所用催化剂的开发和工业化规模生产已由供应商完成。

虽然MTP工艺缺乏商业化经验，但从工艺的技术特点、催化剂技术、工艺进展和Lurgi公司的工程实施经验来看，此技术的风险基本可控。目前Lurgi公司已经向伊朗转让一套MTP装置。

3、煤制烯烃工艺的经济竞争力分析

煤经甲醇制烯烃和石脑油裂解制烯烃技术路线比较，在经济上具有竞争力的核心是：以靠近煤矿坑口的廉价煤炭为原料，通过大规模装置制得低成本的甲醇，然后采用甲醇制烯烃技术制得低成本的烯烃（乙烯、丙烯）。

神华煤制烯烃项目可行性研究对以煤为原料生产甲醇的工艺路线进行了成本测算，结果表明当原料煤价格在100元/吨左右，煤制甲醇的规模达到100万吨/年以上时，可以将甲醇的完全生产成本控制在100美元/吨以下，为甲醇制烯烃工艺提供廉价有竞争力的原料甲醇。

进一步对以煤为原料和以石脑油为原料制取聚乙烯、聚丙烯成本进行测算和比较，见表1：

表1 煤制烯烃与石脑油制烯烃生产聚乙烯、聚丙稀成本比较

注：石脑油制烯烃方案规模：80万吨乙烯，30万吨聚乙烯，30万吨聚丙烯 煤制烯烃方案规模：180万吨甲醇 30万吨聚乙烯，30万吨聚丙烯 因涉及项目信息保密，故仅给出相对价格

从上述比较可以看出，如果在靠近煤矿坑口建设煤制烯烃项目，煤炭价格较低，以煤为原料经甲醇制烯烃（MTO）工艺制取聚烯烃的工艺路线在经济上相比传统的石脑油路线，具有明显的竞争力。

4、神华煤制烯烃项目简介

随着煤气化、大规模甲醇合成、甲醇制烯烃等技术的成熟，煤经甲醇制烯烃的工艺路线在技术上已经具备工业化条件。伴随着国际原油价格长期在高位运行，煤制烯烃工艺路线在经济上也显示出很强的竞争力。神华集团审时度势，将发展煤制烯烃作为集团煤化工战略的突破口，目前正在筹建一个大型的煤经甲醇制烯烃项目。该项目建

设地位于内蒙古自治区包头市，依托当地丰富的煤炭和水资源，拟采用世界上最先进的工艺技术，以煤为原料生产市场紧缺的聚烯烃产品。建设内容主要包括煤气化装置、180万吨/年甲醇装置、60万吨/年甲醇制烯烃装置、30万吨/年聚乙烯装置、30万吨/年聚丙烯装置，10万KW热电联产装置及其它辅助设施，主要产品为聚乙烯和聚丙烯，同时副产丁烯、C5+、丙烷、乙烷及硫磺等产品。可行性研究估算项目总投资在120亿元左右，投产后年销售收入可达40多亿元，并具有良好的盈利能力。

自2004年2月份以来，在神华集团领导的关心和大力支持下，在内蒙古自治区及包头市领导的关心和相关部门的通力协助下，神华煤制烯烃项目从无到有，先后完成了厂址考察、方案论证、初步的技术交流、可研报告的编制及评估、外部协作条件的落实、环评报告的编制及评估、项目用地的预审、合资合作伙伴的选择、项目筹备组的组建、项目申请报告的编撰及评估等一系列的工作，取得了可喜的进展。预计2005年7月项目将获得国家发改委的最终核准，并正式付诸实施。该项目的实施将为神华集团煤制油/煤化工板块的发展书写浓重的一笔，为把神华集团建设成为上下游一体化的世界一流能源企业打下坚实的基础。

5、结束语

发展煤制烯烃项目适合我国多煤少油的能源结构，适应国家能源战略安全要求。从技术可靠性和经济可行性两方面分析，煤经甲醇制烯烃已经成为现代煤化工发展的一条颇具优势的新途径。神华集团煤炭资源丰富的西部地区发展煤制烯烃项目，通过煤的深加工，提高产品的附加值，能够有效改善企业的产品结构，大大提高企业对市场的应变能力，拓宽企业发展空间；同时充分发挥西部地区的资源优势，为国家西部大开发作出积极贡献。

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