煤制烯烃

化工业技术

根据石油和化学工业协会的统计，2008 年中国石油原油产量为 1.79 亿吨，中国乙烯的产量为 1026 万吨。另据海关总署的数据，2008 年中国石油产品进口总量为 2.18 亿吨，2008 年乙烯当量进口量近 1000 万吨。中国石油和乙烯的对外依存度分别超过和接近 50%。

摘要

煤制烯烃即煤基甲醇制烯烃，是指以煤为原料合成甲醇后再通过甲醇制取乙烯、丙烯等烯烃的技术。

背景介绍

中国石油和化学工业协会预计，“十二五”和“十三五”期间中国乙烯产能的增速将分别达到 4.9% 和 5.6%，尽管如此，乙烯仍然无法满足下游市场的需求，2010 年和 2020 年的自给率只有 56.4%和 62.1%。以“煤”代“油”生产低碳烯烃，是实现中国以“煤代油”能源战略，保证国家能源安全的重要途径之一。

发展战略

由煤炭信息研究院和奥地利国际咨询中心共同进行的一项研究表明，在参考情形下，到 2015 年和 2020 年，包括煤制甲醇﹑煤制二甲醚﹑煤制烯烃和煤制油在内的我国煤代油产业产品将分别替代 3779 万吨和 8352 万吨的原油消费，占同期国内石油生产量的 15.96% 和 29.35%。而在低增长情形和高增长情形下，到 2020 年，我国煤代油产业可以替代 4656 万吨和 1.3675 亿吨原油，占同期国内石油产量的 18.81% 和 40.49%。届时，煤代油产业将对我国石油消费形成有效的替代，发展煤代油产业成为我国必然的战略选择。

煤代油是指通过发展清洁煤技术实现对石油的有效替代，煤制甲醇可与汽油按一定比例掺烧，煤制二甲醚可与液化石油气(LPG)和柴油掺烧，煤制烯烃替代石油裂解制得的低碳烯烃，煤制油则直接生产柴油、汽油、石脑油等油品和石油化工产品。

我国己投入工业化示范的煤制油项目有 5 个，产能达 160 万吨。根据煤制油项目进展情况和几个煤制油企业规划，到 2015 年煤制油产能可达 1200 万吨，2020 年可达 3300 万吨的规模。

核心技术

煤制烯烃包括煤气化、合成气净化、甲醇合成及甲醇制烯烃四项核心技术。主要分为煤制甲醇、甲醇制烯烃这两个过程。而其中煤制甲醇的过程占了煤气化、合成气净化、甲醇合成这三项核心技术。

煤制烯烃首先要把煤制成甲醇，煤制甲醇技术也就是煤制烯烃技术上的核心。而煤制甲醇的过程主要有4个步骤：首先将煤气化制成合成气；接着将合成气变换；然后将转换后的合成气净化；最后将净化合成气制成粗甲醇并精馏，最终产出合格的甲醇。

经济性

(a) 主要问题

就整个煤制烯烃行业自身所面临的经济性问题来讲主要有：投资大，融资难度大。原材料及能耗大，水耗高。

(b) 问题核心

煤制甲醇作为煤制烯烃的主要环节以及技术核心，主要面对的也是这 2 个难题。总结下来就是：1、缩小前期投资规模。2、节能降耗。同时在整个煤制甲醇流程的所有单元中能耗最高的是甲醇精馏单元，甲醇精馏技术的革新对于缩小投资规模、降低全厂能耗有至关重要的作用，也是煤制甲醇节能降耗的技术核心。

节能降耗

煤制甲醇工艺成套节能降耗技术

针对缩小前期投资规模及节能降耗的问题，目前国内已有的煤气化工业示范装置主要有，惠生-壳牌新型混合气化炉示范装置。

装置采用煤制甲醇工艺成套节能降耗技术，针对目前的甲醇双效精馏中，常压塔塔顶甲醇蒸汽需要用大量冷公用工程来冷却，与此同时必须消耗大量的热公用工程来加热高压塔塔釜液体，造成了冷、热公用工程的双重消耗。随着甲醇装置规模不断扩大，即使采用双效精馏工艺，能耗总量非常巨大的情况。

惠生采用另一种有自主知识产权的技术工艺——甲醇热泵精馏工艺。热泵精馏工艺不设加压塔，而是直接压缩精馏塔（常压）塔顶精甲醇气体，提高塔顶精甲醇气体的压力和冷凝温度，作为精馏塔塔釜再沸器或中间再沸器的热源，从而极大节省了塔釜热公用工程和塔顶冷公用工程消耗。

采用甲醇热泵精馏工艺的装置因为不设加压塔，直接省去了这部分的投资规模，与废锅流程相比投资幅度降低了 40-45%。

以年产 45 万吨甲醇的煤制甲醇装置为例，与典型的甲醇双效精馏、水冷余热发电工艺相比，采用煤制甲醇工艺成套节能降耗技术：吨甲醇水耗降低 30%，每年可以节水 167 万吨，运行能耗降低 17%。

工艺

截止 2008 年底，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行，甲醇制烯烃技术已日趋成熟，具备工业化条件。甲醇转化制烯烃单元除反应段的热传递方向不同之外，其他都与目前炼油过程中成熟的催化裂化工艺过程非常类似，且由于原料是单一组分，更易把握物性，具有操作条件更温和、产物分布窄等特点，更有利于实现过程化。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，且产物组成更为简单，杂质种类和含量更少，更易于实现产品的分离回收。因此在工程实施上都可以借鉴现有的成熟工艺，技术风险处于可控范围。

在工艺技术路线上，煤制烯烃与炼油行业的催化裂化差不多，中国国内是有把握解决的。煤制烯烃问题不在工艺上，而在催化剂上。目前催化剂的长周期运转的数据并没有出来，催化剂的单程转化率、收率、副产物的组成，催化剂、原材料和公用工程的消耗定额、催化剂衰减的特性曲线、废催化剂的毒性和处理、催化剂制备的污水组成和数量、整个装置单程和年连续运行的时间、废液废气的排放等多项重要数据目前没有公布，因此，大规模工业化可能还要过段时间。

工艺流程

通过煤气化制合成气，然后将合成气净化，接着将净化合成气制成甲醇，甲醇转化制烯烃，烯烃聚合工艺路线生产聚烯烃。简单来说可分为煤制甲醇、甲醇制烯烃这两个过程。而将煤制成净化合成气后，除了甲醇还能生产出氢气、一氧化碳、合成气、硫磺等产品，而甲醇除了制成烯烃化学品外，还能制成如醇类、醚类、胺类、脂类、有机酸类等化学品，因此大部分煤化工企业都会维持产品的多样性。

可行性

甲醇是煤制烯烃工艺的中间产品，如果甲醇成本过高，将导致煤制烯烃路线在经济上与石脑油路线和天然气路线缺乏竞争力，此外，MTO 需要有数量巨大且供应稳定的甲醇原料，只有煤制甲醇装置与甲醇制烯烃装置一体化建设才能规避原料风险。因此，在煤炭产地附近建设工厂，以廉价的煤炭为原料，通过大规模装置生产低成本的甲醇，使煤制烯烃工艺路线具有了经济上的可行性。

目前中国煤气化技术和合成气制甲醇技术的应用都已经比较成熟，而甲醇制烯烃技术经过多年的发展在理论上和实验装置上也已经比较完善。

最早提出 MTO 工艺的是美孚石油公司（Mobil），随后巴斯夫（BASF）、埃克森石油公司（Exxon）、环球石油公司（UOP）及海德鲁公司（Hydro）等相继投入开发，在很大程度上推进了 MTO 的工业化。1998 年建成投产采用 UOP/Hydro 工艺的 20 万吨/年乙烯工业装置，截止 2006 年已实现 50 万吨/年乙烯装置的工业设计，并表示可对设计的 50 万吨/年大型乙烯装置做出承诺和保证。

截止 2006 年已经获得批准，在建和将要建设的甲醇能力超过 500 万吨/年，处于规划中的项目能力接近 3000 万吨/年。发展甲醇制烯烃，可以延伸甲醇下游深加工，提高产品竞争力和持续发展能力，为甲醇产业的健康发展作出贡献。

2009 年 2 月，神华包头180 万吨/年煤基甲醇制 60 万吨/年烯烃项目被列入中国石化振兴规划。神华包头、大唐多伦和神华宁煤的煤制烯烃项目预计将于 2009 和 2010 年相继建成试车。煤制烯烃同样吸引了跨国石化企业的关注，陶氏与神华共同推进的陕西榆林煤制烯烃项目将在 2009 年完成调研，道达尔宣布将成为中国煤制聚烯烃项目的长期合作伙伴。

面临问题

1. 传统的乙烯、丙烯单体的制取路线主要是通过石脑油裂解生产，其缺点是过分依赖石油。2008 年下半年，美国金融危机引发了世界经济大衰退，导致石油及石化产品价格大幅下滑。虽然 2009 年上半年，价格所有反弹，但部分国家正积极研究电、天然气等新能源，试图摆脱或减少对石油的依赖。替代由石油生产烯烃的“煤基甲醇制烯烃”产业，刚刚兴起也受到了质疑，其经济性因为相对性存在波动。

2. 煤制烯烃投资大，融资难度大。

3. 原材料及能耗大，水耗高，污染重，三废综合利用和环境治理要求严，新兴行业的扶持和政府的环境保护行政管理可能形成矛盾。

4.煤化工产业一般都将依矿而建，一般都远离市场，交通运输成本较高。

5. 煤制烯烃属新型产业，几乎无现成经验可借鉴，稳定运转需经较高的技术检验。

技术方面，有关专家指出，目前中国 SAPO 分子筛催化剂尚不够成熟。在烯烃回收分离方面，虽与传统的石脑油裂解制烯烃工艺中的裂解气分离单元相似,但煤制烯烃产物中含有微量含氧化合物，对烯烃分离系统有影响，在实践时还有待研究。

突破

在煤的清洁高效利用中，煤制烯烃是公认和可行的发展方向，其中甲醇制烯烃是在世界范围内目前尚未实现工业化应用的关键技术，已经成为发展新型煤化工的瓶颈。

2009 年 10 月 9 日，“流化床甲醇制丙烯（FMTP）工业技术开发项目”工业试验装置在安徽淮南开车成功，装置经过 470 小时满负荷连续运行，获得了预期成果，并于 11 月 27 日通过了由中国石油和化学工业协会组织的成果鉴定。

最大项目

日前，环保部首向能源央企旗下项目开出罚单，中国神华煤制油化工有限公司包头煤化工分公司，因环境违法被环保部责令立即停止生产，并罚款10万元。

21 日，环保部下发《行政处罚决定书》，称神华包头煤化工分公司煤制烯烃项目于 2005 年 3 月经环保部环评批复并于 2010 年 6 月投入试生产，但至今配套建设的环保设施仍未通过环保部门验收。

环保部认为，该行为已违反了《中华人民共和国环境保护法》第二十六条和《建设项目环境保护管理条例》第二十三条关于“三同时”制度的规定。根据《建设项目环境保护管理条例》第二十八条规定，环保部决定责令该公司煤制烯烃项目停止生产，并罚款 10 万元。

据了解，神华包头煤制烯烃项目总投资 170 亿元，采用中科院大连化物所自主研发的 DMTO 专利技术，是世界首套最大煤制烯烃示范项目。公开资料显示，该项目于 2007 年 9 月开工建设，2011 年 1 月，项目正式投入商业化运营，试运营当年即累计生产聚烯烃产品 50 万吨，营业收入 56.4 亿元，实现利润近 10 亿元。

2012 年上半年，实现销售收入 31 亿元、利润 6 亿元，成为我国 5 个现代煤化工示范工程中第一个进入商业化运营并取得较好效益的项目。不过，依照环保部规定，在通过环保竣工验收之前，神华包头公司将不得擅自恢复生产。其实，近年来我国企业环境违法现象不断出现，其中不乏国企甚至央企的身影，不过央企首遇罚单还是在去年 5 月份。在 5 月 22 日，环保部连开两份罚单，处罚对象为中石油管道建设项目经理部和中国国电集团公司谏壁发电厂，受罚原因均为未批先建。环保部责令上述两工程停止建设，分别罚款 20 万元。

据悉，“未批先建”是环评违法中最严重的形式，而本次神华煤制烯烃项目因“三同时”违规被罚款 10 万元，已是《建设项目环境保护管理条例》所规定的最高限额。

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