煤基化学品创新成果及展望

能源消费结构
3
4
我国煤炭资源“井”字形分布格局
彭苏萍等，煤炭资源与水资源，科学出版社，2014
“井”字形区划格局示意图
5
石油资源特点
6
7
我国路上油气供应管线
8
我国石油及石油化工原料供求矛盾突出

强烈地受制于石油资源
2014 年，我国原油产量 2.10 亿
吨，进口量3.08亿吨
对外依存度59.4％
石油供应已经成为制约我国经济社
会健康发展的重大战略问题
coal, 87%
发展洁净煤技术是实现石油替代的
必然选择
natural gas, 3.90% oil, 18% coal, 70.30% nuclear ,wind and others, 7.80%
国家中长期科学和技术发展规划纲
要(2006－2020年)重点领域及其优 先主题
460 420 380 340 300 0:00

9:50 361℃ 2:24 4:48 7:12 9:36 12:00
时间 工业反应器投料升温曲线
34
实现世界首次甲醇制烯烃工业化
—— 神华包头180万吨煤基甲醇制60万吨烯烃项目
2006年12月发改委核准（发改工业[2006]2772号）
世界首套煤制烯烃工厂，国家现代煤化工示范工程

烯烃、芳烃不足，制约下游 发展

乙烯为例
2104 年乙烯产量 1704 万吨，当
量消费量3587万吨
乙烯当量自给率 49.2% 主要原料为石脑油
数据来源：国家统计局 9
内容

背景 石油替代的定位
我国炼油化工的结构性缺陷 石油替代的产品定位与技术路线



我国煤化工进展和技术方向 甲醇转化技术进展 展望 结语
——工业放大过程中关键的一步
2004年8月启动，2006年6月完成试验。
甲醇进料规模（50吨/天，1.67万吨/年 )
（国家重大产业技术开发项目）
重要技术成果
催化剂放大与验证 反应器放大 工艺验证与优化 开、停工方法 技术集成 工艺包编制 通过工业性试验，验证和开发了自主知识产权 的DMTO工业化成套技术，为建设大规模工业化 装置奠定了技术基础
解决了气体穿透和气固均匀分布问题，成功开发了直径11米的 大型浅层密相流化床反应器（高径比0.3)
微型反应器
甲醇进料规模
藏量 气体速度 流化床床型
中试反应器
~120 kg/d
1 kg ~25 cm/s 鼓泡床
工业性试验反应器
50,000 kg/d
300 kg ~ 1 m/s 湍流床
工业装置反应器
5500,000 kg/d
～80%
DMTO-II 流 化 反 应
2.6～2.7吨甲醇→1吨烯烃
中间产品
甲醇
混合烯烃
分离
C4+ + C2= + C3=
85-90% 41
DMTO-II商业装置：陕西蒲城煤制烯烃

2010年签约，2014年12月投产
42
中国DMTO装置布局图（20套装置、1126万吨烯烃产能）
宝丰内蒙60万吨/年 宁夏宝丰能源 60万吨/年 中煤蒙大60万吨/年 神华包头60万吨/年
柴油 混合醇醚
乙二醇
乙烯
丙烯
芳烃 二甲醚 汽油 芳烃（PX）
煤
合成气
甲醇
二甲醚 DMM
DMMn柴油 乙醇 乙二醇
22
基础问题

催化剂及催化作用

高效催化剂 催化作用原理

一个普遍性的问题

C1催化过程中第一个C-C的形成原理 对不同的催化反应体系，第一个C-C的形成具有特征性

甲醇转化不同于和F-T合成
山西焦化60万吨/年
青海大美60万吨/年
山东神达33万吨/年 青海盐湖33万吨/年 富德常州33万吨/年
青海矿业60万吨/年
浙江兴兴新能源 60万吨/年
甘肃平凉60万吨/年 宁波富德60万吨/年
60万吨/年 60万吨/年x 2 60万吨/年 60万吨/年 68万吨/年
陕西：
神华榆 中煤榆林 延长靖边 延长延安 蒲城能化
F-T合成中的气－液－固三相并存

针对新反应体系的工程科学基础研究 过程实时在线检测新方法、新技术 过程的多尺度模拟
24
内容

背景 石油替代的定位
我国炼油化工的结构性缺陷 石油替代的产品定位与技术路线



我国煤化工进展和技术方向 甲醇转化技术进展 展望 结语
25
内容

技术路线 技术进展
反应器、再生器并列布置
反应移热及时，反应床层
温度分布均匀
反应接触时间可控 乙烯/丙烯产品比例可调
33
技术成果：创新的工艺和技术集成
发明了独特的投料开工技术
500

35分钟
10:25 491℃
温度（C）
首创了利用反应热直接升 温反应器和再生器的开工 方法
投料约半小时反应器温度 达到设计工况
10
典型的石油加工方案
油品
石脑油
化工原料
芳烃
重 整
汽油 直馏汽油
原油
常 压 蒸 馏
直馏煤油
直馏轻柴油 重柴油 液化气
蒸 汽 裂 解 石脑油
烯烃
减压馏份 减 压 蒸 馏
催 化 裂 化
裂加 化氢
醚化
MTBE 催化汽油 催化柴油 柴油、石 脑油 焦化汽油 焦化柴油
问题
原油重质化 催化裂化占二次加工比
MTBE 催化汽油 催化柴油 柴油、石 脑油 焦化汽油 焦化柴油
大型炼油厂配套烯烃或芳烃
中间馏份
装置 本质上仍是原料供应问题
减压渣油
焦 化 石油焦
12
华北某公司1000万吨/年炼油与炼化一体化比较
万吨/年
类型 汽油
炼油 225.6
炼化 145.4
氢气
3.4
甲烷气 46.9
97#IV
93#IV 煤油 柴油
烯烃（国内完成首次工业化）
甲醇
工业化
中国煤化工技术已经走在世界前列 仍处于技术快速发展期
二甲醚 甲醛 汽油 DMMn（柴油添加剂） ……
20
技术方向
柴油 混合醇醚
乙二醇
乙烯
丙烯
二甲醚 汽油 芳烃（PX）
煤
合成气
甲醇
二甲醚 DMM
DMMn柴油 乙醇 乙二醇
21
合成气、甲醇两个转化平台
新技术方向
18
内容

背景 石油替代的定位
我国炼油化工的结构性缺陷 石油替代的产品定位与技术路线



我国煤化工进展和技术方向 甲醇转化技术进展 展望 结语
19
我国煤化工技术进展
FT 合成柴油：南非早已工业化，国内 正在大型工业化
煤
合成气
天然气 汽油
混合醇醚（汽油添加剂）
NH3
乙醇 乙二醇（国内完成首次工业化） 芳烃，……
煤基化学品创新成果与展望
2016.11.23
内容

背景 石油替代的定位
我国炼油化工的结构性缺陷 石油替代的产品定位与技术路线



我国煤化工进展和技术方向 甲醇转化技术进展 展望 结语
2
化石资源在能源结构中仍然处于主导地位
探明常规能源 资源结构
oil, 3% natural gas, 0% others, 10%
45,000 kg ~1-1.5 m/s 湍流床
32
~1.2 kg/d
0.01 kg 5~25 cm/s 鼓泡床
技术成果：创新的工艺和技术集成
研究了多种流化反应方式，结合积碳和烧碳研究，提出了密相 循环流化反应-再生工艺，发展了完整的大连化物所甲醇制烯烃工 艺技术（DMTO），具有以下特点：
连续反应-再生
39.0
186.6 65.3 556.9
29.2
110.6 49.8 393.9 59.9%
4.0
油田轻烃
乙烯 丙烯
100.6 48.1
58.0%
100 乙烯
裂解碳四30.0 碳五 10.1
成品油产率 85.8%
乙烯料
243.9
C6-C8 38.6
1.炼油与乙烯规模匹配 2.成品油量与质的影响 3.优质乙烯原料利用率
大连化物所作为技术许可方提供设计工艺包、技术指导和服务
DMTO 煤
GE
合成气
Davy
甲醇
180万吨/年
烯烃
60万吨/年
分离
Lummus
乙烯 丙烯
聚合
聚乙烯
30万吨/年
聚丙烯
Univation 30万吨/年
DICP/Syn/LEPC
35
DMTO工业装置工艺流程图
甲醇转化为低碳烯烃，总体流程与催化裂化 装置相似。 精制分离部分，与石脑油热裂解工艺的 精制分离部分相似。
造气：难以回避的高能耗过程
C
>800oC
CO + H2
催化过程
？
O2 ，H2O


造气投资大，能耗高，原料应尽可能全部利用 理想的产品

产品中尽量不含氢或少含氢，减少造气的负荷：芳烃、烯烃、炔烃 产品含氧，以提高产品重量 市场容量大

醇、醚、醛、酸、芳烃及烯烃下游含氧物等（有机化工基本 原料或下游产品）
中间馏份
减压渣油
焦 化 石油焦
重～80% 不合格汽油 劣质柴油 不能为下游化工提供充 足原料（石脑油）
11
炼油化工一体化？
油品
石脑油
化工原料 芳烃
重 整
汽油 直馏汽油
原油
常 压 蒸 馏
直馏煤油
直馏轻柴油 重柴油 液化气
蒸 汽 裂 解
烯烃
减压馏份 减 压 蒸 馏
催 化 裂 化
裂加 化氢
醚化

产物选择性控制问题

如F-T合成：S-F分布规律如何打破，如何控制产物分布

反应的耦合作用规律 新材料的发现，合成及应用 纳米孔道内分子之间及其与表面的相互作用

催化新材料


催化剂制备的基本规律的深入了解
23
基础问题

工程科学问题

传质－传热的强化

合成气、甲醇转化反应几乎均为强放热反应

石油加工的基本任务

向社会提供充足的油品

勉强维持供应

质量有待提高
没有满足需求

提供石油化工基本原料（烯烃、芳烃）

严重制约下游精细化工发展

主要原因：石油资源不足，重质化严重

石油化工技术仍需更新

蒸汽裂解
催化裂解
甲醇＋甲苯
15
联合芳烃装置制PX
石油替代的定位

弥补石油资源不足 弥补石油化工的结构性缺陷 现代煤化工与石油化工协调发展，形成新的更 合理的产业结构
聚 烯 烃 生 产 线
性大于 80%，最高运行负荷 110%，
全部达到合同指标
8月20日聚烯烃对外销售
聚烯烃产 品 库 房
从投料到产品外销仅用12天
聚烯烃销 售 仪 式
40
DMTO-II技术方案和技术特征
技术方案
DMTO
3吨甲醇→1吨烯烃
中间产品
甲醇
流 化 反 应
混合烯烃
分离
C4+ + C2= + C3=

绿色可持续

本质上在于过程的简化和效率的提高 创新驱动
16
石油替代技术的产品定位和技术路线

产品定位：燃料和大宗石化产品 技术特征：甲醇、合成气转化的低碳催化 开辟煤化工新途径
油品
(汽、柴、煤、润滑油)
石油
烯烃
(乙烯、丙烯、丁烯)
芳烃
(苯、甲苯、二甲苯)
下游产品
煤
合成气
甲醇
17
煤化工的理想产品是什么
36
典型60万吨/年煤制烯烃项目的产品组成
C2H4 C3H6
37
神华包头煤制烯烃工厂
聚烯烃装置 DMTO装置 甲醇合成装置 备煤装置
2010年5月31日，装置全部建成中交，进入投料试车阶段
38
神华包头DMTO装置
39
DMTO及下游装置投料运行
2010年8月8日一次投料开车成功
甲醇转化率100% ，乙烯＋丙烯选择
河南中科 60万吨/年
43
甲醇制烯烃—目前投产项目（单位：万吨/年）
序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
项目
神华包头 宁波富德能源公司 延长靖边 中煤榆林 宁夏宝丰 山东神达 陕西蒲城 (DMTO-II) 浙江兴兴 神华榆林 中煤蒙大 青海盐湖


甲醇制烯烃系列技术 甲醇经二甲醚制乙醇 甲醇、甲苯制对二甲苯联产烯烃 甲醇与烃类耦合制烯烃
26
甲醇转化主要技术路线
烃类ห้องสมุดไป่ตู้
甲醇
低碳烯烃 丙烯
甲苯 PX＋烯烃
二甲醚 乙酸甲酯
乙醇
27
甲醇制烯烃的关键科学和技术问题
反应体系十分复杂
金属催化
合成气 醛 汽油、柴油、烯烃
甲醇
碱催化 酸催化
关键科学和技术问题
60.0
外供石脑油
C9 ⁺
5.0
燃料油 25.3
13
芳烃联合装置
直馏石 脑油 戊烷油 液化气 抽余油 苯
预加氢
汽提塔
抽提
苯塔
甲苯塔
歧化
重整油塔
加氢裂化 石脑油
重整
对二甲苯
吸附 二甲苯 分馏
异构化
混合二甲苯
邻二甲苯
催化剂连续 再生
二甲苯塔 邻二甲苯塔 二甲苯再 蒸馏塔 重芳烃塔
重芳烃 H2
14
我国炼油化工的结构性缺陷

反应机理 分子筛催化剂酸性与反应的构效关系 复杂反应体系中选择控制原理 强放热催化反应工艺 反应器放大 技术集成
28
甲醇耦合反应更复杂
技术进展：DMTO & DMTP

DMTO工业性试验及其工业化 DMTO-II工业性试验及其工业化 DMTO-III
DMTP
29
DMTO万吨级工业性试验
30
技术成果： 专用催化剂生产技术
发明了
SAPO分子筛合成方法 SAPO分子筛改性方法 SAPO分子筛催化剂原位合成技术 流化催化剂直接制备技术 微球催化剂活化和保存技术
催化剂技术实施许可 已经实现工业化生产
31
技术成果：流化床反应器设计与放大


成功关联鼓泡床与湍流床，实现了反应器百倍级别的逐级放大