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