煤制烯烃工艺路线及技术可行性分析

煤制烯烃工艺路线及技术可行性分析

一、煤制烯烃工艺路线

以煤为原料经甲醇制取低碳烯烃的工艺技术包括煤气化、合成气净化、甲醇合成及甲醇制烯烃四项核心技术。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、合成气净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。

二、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、荷兰壳牌粉煤加压气化(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。与此同时国内经过多年努力研究,也开发出了具有自主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三、合成气净化技术

目前,世界上大型煤气化装置产生的合成气净化普遍采用低温甲醇洗(Rectisol

技术。该工艺是采用冷甲醇作为溶剂脱除酸性气体的物理吸收方法,是由德国林德公司和鲁奇公司联合开发的一种有效的气体净化工艺,具有技术成熟可靠、能耗较低、气体净化度高等特点,可将C02脱至10μg/L以下,H2S小于0.1μg/L;溶剂价格便宜,吸收能力大,循环量小,操作费用低。目前,国外低温甲醇洗工艺有林德工艺和鲁奇

工艺两种流程,二者在基本原理上没有根本区别,都有多套商业化装置运行经验。两家专利在工艺流程设计、设备结构和工

程实施上各有特点。国内大连理工大学经过近20年的研究,也开发成功了低温甲醇洗工艺软件包,并获得了国内两项专利。

四、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化实现开始的。高压法合成甲醇工艺投资大,生产成本高。为此,世界各国都在开发能够降低合成压力的甲醇生产方法｡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,促进了甲醇生产的快速发展。

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(Mega Methan01概念的提出,Lurgi、Topsqoe、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,应用德国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,现在该装置的负荷达到日产甲醇5050t。由Davy公司提供技术的特立尼达另一套日产5000t甲醇装置,目前正在进行开车,预计2005年10月份可以出甲醇产品。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,的甲醇装置。目前,世界上正在建设的百万吨级以上甲醇装置超过了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,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。

五、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很高的选择性。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,对催化剂的制备、性能试验和再生、反应条件对产品分布的影响、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丁考核验证,证明MTO工艺在技术上是可行的。1995年11月,UOP和Norsk Hydro宣布可对外转让MTO技术。

六、MTP技术

MTP32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Tieldbergolden 的Statoil 工厂建设了MTP工艺的示范装置,截552004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技术反应器采用固定床,工艺流程与上个世纪20世纪80年代在新西兰建成的甲醇制汽油装置基本一样,反应器的工业放大有成熟经验可以借鉴,技术基本成熟,工业化的风险很小。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。2004年Lurgi公司与伊朗国家石化公司签订10万t/a规模MTP装置的专利合同。