我国发展煤制烯烃产业的必要性和可行性探讨

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第24卷第1期化工技术经济2第0016期年1月CHEMICALTECHNO-ECONOMICS·17·我国发展煤制烯烃产业的必要性和可行性探讨张明辉(中国神华煤制油有限公司,北京100011)摘要:随着现代煤化工技术的发展,以煤为原料替代石油制取低碳烯烃的工艺在技术上已趋于成熟,在国际石油价格居高不下的背景下在经济上日益显示出明显的竞争力。这一新兴产业有望成为石油化工的重要补充,建议国家对煤制烯烃工艺的产业化发展予以重视和支持。关键词:煤;烯烃;制备;可行性研究文章编号:1006-253X(2006)01-0017-05中图分类号:TQ529文献标识码:A传统的乙烯、丙烯的制取路线主要是通过石以规模100万t/a乙烯工厂为例,如果用石脑油作脑油裂解生产,其缺点是过分依赖石油。由甲醇为裂解原料,每年需要石脑油至少300万t,而年制乙烯、丙烯等低碳烯烃是最有希望替代石脑油产300万t石脑油就需要有1000万t/a的原油加工能为原料制烯烃的工艺路线,目前已趋于成熟。甲力。如果以煤炭为原料,一个100万t/a规模的乙醇制烯烃技术的发展,开辟了由煤炭经气化生产烯工厂,每年所需的煤炭量为1000万t。就我国煤基础有机化工原料的新工艺路线,有利于优化传炭和石油的储量对比关系来看,用煤炭为原料替统煤炭产业的产品格局,提高应对市场的竞争能代石油发展化工,可以扬长避短,能够满足未来力,是实现煤化工向石油化工延伸发展的有效途相当长时间内的原料需求,同时可提高资源的合径,同时对缓解我国石油短缺的矛盾具有重要的理、有效利用程度,在资源的有效利用方面具有战略和现实意义。明显的优势。因此,发展煤制烯烃产业符合我国1我国发展煤制烯烃产业的必要性资源结构特点,具有可靠的资源保障,并有利于1.1符合我国多煤少油的能源结构特点缓解石油资源紧缺的局面,是保障我国石油战略近年来,随着国民经济的快速发展,我国对安全的一项有力举措。石油资源的需求日益增长,已经成为石油生产大1.2能够替代进口,满足市场需求国和消费大国。自从1993年我国成为石油净进口近年来,虽然石油化工产业发展迅速,但国内国之后,进口石油的比重不断加大,2004年我国市场自给率依然十分不足,大量依赖进口。以聚烯原油净进口量1.2亿t,对境外石油的依存度超过烃产品为例:2004年,我国聚乙烯产量441万t,进40%。我国石油缺口逐年增大已是不可回避的严口量达479万t,国产满足率仅为47.8%;聚丙烯峻现实,并对能源的安全供应、国民经济的平稳运产量474万t,进口量达291万t,国产满足率仅为行以及全社会的可持续发展构成了严重威胁。61.9%。随着现代煤化工技术的发展,以煤为原我国拥有的煤炭资源保有储量约1万亿t,一料经适当的工艺路线来生产聚乙烯和聚丙烯产品次能源结构的特点是富煤、贫油、少气,在化石已经成为可能,因此,利用我国丰富的煤炭资源,能源总量中,95.6%为煤炭,3.2%为石油,1.2%采用先进的煤化工技术,大力发展煤制烯烃产业,[2]为天然气。目前,我国已成为世界上最大的煤炭在我国拥有广阔的市场前景。生产国和消费国,能源消费以煤为主的状况在未[1]收稿日期:2005-11-29来相当长的一段时间内不会有大的改变。作者简介:张明辉(1977-),男,江西省人,博士,从事项传统的石油化工需要消耗大量的石油资源,目管理工作。 化工技术经济·18·CHEMICALTECHNO-ECONOMICS2006年第24卷1.3可以调整煤炭企业产品结构,有效拓展发展硫回收率,可以减排二氧化硫1.5万t/a以上。空间1.5有利于带动区域经济的发展,是促进西部大相对国际而言,我国煤炭市场价格低廉,煤开发的具体举措炭企业的经济效益长期在低位徘徊。发展煤化工我国的煤炭资源大多分布在西部地区,长期产业,将低价值的煤转变为具有高附加值的化工以来,煤炭工业的发展模式都是简单的采矿外运,产品,可以大大提高煤炭企业的经济效益。以神而煤炭价格在煤炭产地又非常低廉,因此传统的华煤制烯烃项目为例:5.5t煤可以生产1t聚烯烃煤炭工业对资源地区经济的发展贡献非常有限。产品,在煤矿坑口附近建设煤制烯烃工厂,1t煤现代煤化工项目投资大,属资金、技术、人才密的价格可以控制在100元以内,而目前国内聚烯集型产业,如果在资源地区建设大型煤化工项目,烃产品的市场价格已经超过了1万元/t,按保守价可以把西部的发展潜力转化为现实生产力,把资格6000元/t计算,发展煤制烯烃项目可以实现10源优势转换为经济优势,大大拉动当地经济的发倍以上的增值。此外,国内煤炭工业的发展长期展,为西部大开发作出贡献。存在着运力不足的问题,在国内各主要煤炭消费2煤制烯烃工艺路线及技术可行性市场,煤炭价格高昂,而在煤炭产地,煤炭价格2.1煤制烯烃工艺路线低廉,因此煤炭企业为了实现产品的增值,不得以煤为原料经甲醇制取低碳烯烃的工艺路线不占用宝贵的运输资源,把大量的煤炭从坑口运可以用图1示意,该工艺技术包括煤气化、合成气出到消费市场。比如2004年以来,东部沿海地区净化、甲醇合成及甲醇制烯烃四项核心技术。工的煤炭价格一直维持在400元/t左右,而西部地区艺路线为煤在高温高压下通过纯氧部分氧化反应的煤炭因为运力限制不能外运,在当地的销售价生成主要成份为CO和H2的粗合成气,粗合成气经格低于100元/t。如果在煤炭产地发展煤化工,可过部分耐硫变换及净化然后合成甲醇,最后甲醇以实现就地转化,将质量大、价值低的煤炭转变转化为低碳烯烃。为质量轻、价值高的化工产品,既大大减少了运目前,煤气化、合成气净化和甲醇合成技术输压力,又实现了产品的增值。因此,发展煤化均已实现商业化,有多套大规模装置在运,甲醇工产业,是煤炭企业调整产业结构,实现可持续制烯烃技术已日趋成熟,具备工业化条件。发展的重要途径。1.4有利于污染物的集中治理,改善环境保护我国的能源消费结构中煤炭占67%左右,其中有80%以上采用的是效率低、污染严重的直接燃烧方式,大气中90%以上的SO2、67%的NOx、82%的酸雨以及70%的粉尘是由燃煤引起的。煤图1以煤为原料经甲醇制取低碳烯烃的工艺路线示意炭的低效利用还造成了CO2温室气体的排放大大增2.2各单元技术来源及可靠性分析加,严重地威胁到生态环境和人类健康。目前,2.2.1煤气化技术我国已成为世界上环境污染最严重的国家之一,煤气化技术已有100多年的历史,但煤气化技全国酸雨面积已占国土面积的30%,每年由于酸术的发展由于多种原因开始比较缓慢;直至20世雨和SO2污染造成的经济损失已超过1000亿元。纪70年代世界石油危机的出现,促使西方发达国煤制烯烃工艺路线采用目前世界上最先进的洁净家投入巨资开展了煤气化技术的研究与应用开发,煤技术及污染物处理技术,通过集中处理的方式开发出先进的气流床气化技术并于20世纪80年代尽量减小污染物的排放,相比传统的煤直接燃烧开始由应用研究转入大规模商业应用。该技术具方式,对环境的污染大大降低。以筹备中的神华有高温、高压、大型化、节能、环保、合成气质煤制烯烃项目为例,项目原料煤用量为345万t/a,量高等特点,产品气可适用于化工合成、制氢和拟采用先进的气流床煤气化技术、低温甲醇洗气联合循环发电。体净化技术及Clinsulf硫磺回收技术,总脱硫率可目前,世界上最先进的气流床气化工艺技术主达到99.5%以上,相比传统燃煤热电站60%左右的要有三种,分别是美国GE水煤浆加压气化(原 第1期张明辉:我国发展煤制烯烃产业的必要性和可行性探讨·19·Texaco)技术、荷兰壳牌粉煤加压气化(Shell)技目前,世界上正在建设的百万吨级以上甲醇装置术和德国未来能源粉煤加压气化(GSP)技术,均超过了8套。随着甲醇技术的不断进步,装置规模实现了大规模工业化生产。与此同时国内经过多年的不断扩大,使得甲醇的生产成本大幅度降低,努力研究,也开发出了具有自主知识产权的气流床为很多以甲醇为原料的工艺过程带来了良好的发煤气化技术。这些先进的气流床煤气化技术为现代展前景,使得以甲醇为原料发展下游产品在经济[3]煤化工产业的发展提供了强有力的技术支撑。上具备很强的竞争力。[5]2.2.2合成气净化技术2.2.4甲醇制烯烃技术目前,世界上大型煤气化装置产生的合成气目前,国际上甲醇制烯烃技术主要有两种,净化普遍采用低温甲醇洗(Rectisol)技术。该工一是美国UOP/挪威HYDRO公司开发的MTO工艺,艺是采用冷甲醇作为溶剂脱除酸性气体的物理吸另一是德国Lurgi公司开发的MTP工艺。经过十几收方法,是由德国林德公司和鲁奇公司联合开发年的研究开发,两种技术均已具备工业化条件。的一种有效的气体净化工艺,具有技术成熟可靠、(1)MTO技术能耗较低、气体净化度高等特点,可将CO2脱至MTO工艺是经由甲醇制取乙烯、丙烯的工艺。10μg/L以下,H2S小于0.1μg/L;溶剂价格便宜,20世纪80年代联碳公司的科学家发现SAPO催化剂吸收能力大,循环量小,操作费用低。目前,国对于甲醇转化为乙烯和丙烯具有很高的选择性。外低温甲醇洗工艺有林德工艺和鲁奇工艺两种流1988年UOP公司兼并了联碳公司的分子筛部,开程,二者在基本原理上没有根本区别,都有多套始进行甲醇制烯烃的小试研究。UOP公司和Norsk商业化装置运行经验。两家专利在工艺流程设计、Hydro公司于1992年开始联合开发MTO工艺,对催设备结构和工程实施上各有特点。国内大连理工化剂的制备、性能试验和再生、反应条件对产品大学经过近20年的研究,也开发成功了低温甲醇分布的影响、能量利用、工程化等问题进行了深洗工艺软件包,并获得了国内两项专利。入试验研究。此后,在挪威Prosgrann建立了小型2.2.3甲醇合成技术工业演示装置,运行时间超过6个月,对催化剂和甲醇的大规模工业化生产是从20世纪20年代工艺流程进行了考核验证,证明MTO工艺在技术高压法合成甲醇的工业化实现开始的。高压法合上是可行的。1995年11月,UOP和NorskHydro宣成甲醇工艺投资大,生产成本高。为此,世界各布可对外转让MTO技术。国都在开发能够降低合成压力的甲醇生产方法。(2)MTO工艺由甲醇转化制烯烃单元和轻烯英国ICI公司和德国Lurgi公司分别成功地研制出中烃回收单元组成。甲醇转化制烯烃单元除反应段低压甲醇合成催化剂,降低了反应压力,促进了的热传递方向不同之外,其它都与目前炼油过程[4]甲醇生产的快速发展。中成熟的催化裂化工艺过程非常类似,且由于原目前甲醇合成技术向单系列、大型化方向发料是单一组分,更易把握物性,具有操作条件更展,随着Lurgi超大规模甲醇(MegaMethanol)概温和,产物分布窄等特点,更有利于实现过程化;念的提出,Lurgi、Topsφe、Davy等甲醇技术供应轻烯烃回收单元与传统的石脑油裂解制烯烃工艺商相继开发出了年产百万吨以上规模的甲醇生产中的裂解气分离单元基本相同,且产物组成更为技术,并成功实现了商业转让。2004年6月2日,简单,杂质种类和含量更少,更易于实现产品的在南美洲的特立尼达,应用德国Lurgi公司大规模分离回收。因此在工程实施上,MTO工艺可以借甲醇生产技术的甲醇装置投产,投产后的一个月鉴现有的成熟工艺,技术风险处于可控范围。从内装置就达到了平稳运行,经过4个月的运转,这工艺的技术特点、成熟的催化剂技术和UOP公司套装置在11月中旬达到了设计负荷,现在该装置在工程实施方面的丰富经验来看,MTO技术已经的负荷达到日产甲醇5050t。由Davy公司提供技具备工业化条件。目前已经有两个MTO工业项目术的特立尼达另一套日产5000t甲醇装置,目前在实施中,其中尼日利亚项目装置能力为40万t/a正在进行开车,预计2005年10月份可以出甲醇产乙烯和40万t/a丙烯,该联合装置预计于2007年投品。在建的最大规模甲醇装置是采用Topsφe公司产。第二套同等规模的MTO装置将在埃及建设,技术,在尼日利亚建设的年产250万t的甲醇装置。目前专利转让合同已经签订,正在进行工艺包编 化工技术经济·20·CHEMICALTECHNO-ECONOMICS2006年第24卷制工作。国内中科院大连化物所也在MTO工艺的[6]煤制烯烃工艺路线在经济上就具有竞争力。据UOP研究开发方面做了大量的工作,获得了与UOP类公司公开发表的文献介绍,当原料甲醇价格控制似的小试结果,目前正在陕西建设16000t/a甲醇在90～100美元/t时,采用MTO工艺制取的乙烯和进料的工业示范装置。丙烯成本与20～22美元/bbl原油价格条件下石脑油[7](3)MTP技术裂解制烯烃的成本相比具备经济竞争力。在目前MTP工艺是Lurgi公司基于改性ZSM-5催化剂的高油价背景下,煤制烯烃工艺路线的经济性是开发的将甲醇转化为丙烯的工艺。Lurgi公司从20不言而喻的。世纪90年代开始研究MTP工艺,并与Sudchemie公4结束语司合作开发成功了MTP工艺所需的催化剂,2001从资源可供性、技术可行性、经济合理性和年Lurgi公司在挪威Tjeldbergolden的Statoil工厂建洁净煤技术有利环保等各方面综合考虑,我国发设了MTP工艺的示范装置,截至2004年3月已运行展煤制烯烃产业不仅必要而且可行。建议国家对11000小时,催化剂测试时间大于7000小时,为煤制烯烃工艺的产业化发展予以重视和支持。从大型工业化设计取得了大量数据。借鉴国外技术加快国内技术开发步伐的角度看,Lurgi公司的MTP技术反应器采用固定床,工艺可以考虑先引进国外技术建设示范工厂,推动该流程与上个世纪20世纪80年代在新西兰建成的甲醇技术的工程开发以形成我国的自有技术。通过一制汽油装置基本一样,反应器的工业放大有成熟经系列举措,促进我国以煤为原料替代石油生产石验可以借鉴,技术基本成熟,工业化的风险很小。化产品这一新兴产业的发展,作为传统石化工艺MTP技术所用催化剂的开发和工业化规模生产已由路线的有益补充,以缓解我国原油紧缺的压力,供应商完成。2004年Lurgi公司与伊朗国家石化公司支撑国民经济持续、健康发展。签订10万t/a规模MTP装置的专利合同。参考文献:3煤制烯烃技术路线的经济竞争力[1]张玉卓.神华集团的煤炭洁净转化战略[J].中国煤煤制烯烃和石脑油裂解制烯烃技术路线相比炭,2004,(4):5—7.较,在经济上的竞争力取决于甲醇的成本。如果[2]岳国.现代煤化工发展的新途径——煤制烯烃[A].依靠科技进步促进神华持续快速协调发展——神华首在煤炭产地附近建设工厂,以廉价的煤炭为原料,届科技研讨会论文集[C].北京:煤炭工业出版社,通过大规模装置生产低成本的甲醇,再将甲醇转2005.461—464.化成烯烃,经济上将具有很强的竞争能力。神华煤[3]贺永德主编.现代煤化工技术手册[S].北京:化学工制烯烃项目可行性研究结果表明,当原料煤价格在业出版社,2003.100元/t左右,煤制甲醇的规模达到100万t/a以上[4]钱伯章.国内外甲醇市场需求和生产技术发展[J].化时,可以将甲醇的完全生产成本控制在100美元/t工科技市场,2004,(2):1—6.以下。通过对以煤为原料(采用MTO工艺)与以石[5]田凤,杨英,杨世元,等.天然气经甲醇制烯烃技术的进展及经济分析[J].石油化工技术经济,2005,(1):脑油为原料制取的聚乙烯、聚丙烯成本进行测算30—34.和比较表明,煤路线(煤价100元/t)制取的聚烯[6]神华煤制烯烃项目可行性研究报告[M].2004—10.烃成本比石脑油路线(石脑油价格22美元/bbl)[7]ChenJQ,BozzanoA,GloverB,etal.Recentadvance-低400元/t左右。此外,煤路线制烯烃的成本中原mentsinethyleneandpropyleneproductionusingthe料煤所占的比例小于20%,煤价的波动对经济性UOP/HydroMTOprocess[J].Catalysistoday,2005,106影响较小,因此只要原油价格高于22美元/bbl,(1-4):103—107.(下转第24页)"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!!欢迎订阅,欢迎投稿!!"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!" 化工技术经济·24·CHEMICALTECHNO-ECONOMICS2006年第24卷利时、德国、荷兰和俄罗斯的进口到中华人民共酰胺装置的建设受国家鼓励,而小型装置则受到和国境内的己内酰胺征收反倾销税,反倾销税率限制。在国家发展与改革委员会制订的《产业结自5%到28%不等,征收反倾销税的时间为自2003构调整指导目录》中,大型己内酰胺的生产技术年6月6日起5年,有效地扼制了倾销局面,为国内开发和成套设备制造属于鼓励类,而新建10万t/a己内酰胺的发展创造了条件。以下己内酰胺装置属于限制类。对限制类投资项4.2针对主要目标市场区域开发产品目,各级政府投资主管部门要严格按照有关投资按己内酰胺下游衍生产品分析,我国己内酰管理规定进行核准。对未经核准的限制类投资项胺主要消费于华东地区的江苏、浙江、山东、上目,政府不予投资,各银行、金融机构不予贷款,海等省市,中南地区的广东、湖南等省,华北地土地管理、城市规划、环境保护、消防、海关等区的河北省等。2004年我国己内酰胺消费地区构部门不得办理有关手续。凡违背规定进行投融资成如表7。建设的,要追究有关人员的责任。因此,新建己表72004年我国己内酰胺消费地区构成%内酰胺装置规模应在10万t/a以上。地区消费比例4.4经济效益测算要充分考虑价格风险江苏41.3己内酰胺项目的经济效益对己内酰胺售价浙江15.8比较敏感。从近年己内酰胺价格看,范围波动较广东12.1大。1995年,由于己内酰胺供应紧张,价格高山东12.0达2万元/t。随后价格下滑,到1999年亚洲金融危河北3.9机时,价格下跌到1.2万元/t。2000年以后,受国福建2.8安徽2.2外产品倾销影响,到2002年价格最低谷仅9000陕西1.4元/t。之后价格缓慢上升,到2003年受到采取反上海3.4倾销措施及2004年国际原油价格上涨的影响,湖南3.32004年价格高涨至2.5万元/t。其他1.85结束语因此,在不同地区建设己内酰胺装置要考虑运己内酰胺产品价格是与供求关系、原料价格输费用后,确定在主要目标市场区域的竞争能力。息息相关的。因此,在测算项目的经济效益时,4.3装置规模要符合国家石化产业政策要充分考虑价格风险,进行产品价格、原料价格己内酰胺行业有明确的市场导向,大型己内等多因素风险分析。MarketAnalysisandDevelopmentofCaprolactaninChinaWUGui-song(ChinaNationalPetroleumandChemicalPlanningInstitute,Beijing100013,China)Abstract:ToadvanceopinionondevelopingcaprolactansectorinChinaunderthesituationoflevyingantidumpingtaxiesagainstimportedcaprolactanfromJapan,Belgium,NetherlandsandGermanysinceJune6,2003.Keywords:caprolactan;marketresearch;marketdemandanalysis!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!(上接第20页)DiscussontheNecessityandFeasibilityofDevelopingCoaltoOlefinIndustryinChinaZHANGMing-hui(ChinaShenhuaCoalLiquefactionCorporation,Beijing100011,China)Abstract:Withthedevelopmentofmoderncoalchemicaltechnologies,theprocessforproducinglightolefinfromcoalinsteadofoiltendstobecommercialized,anditgraduallyshowsvisibleeconomiccompetencebasedonthebackgroundthattheinternationaloilpriceiscontinuouslykeepinghigh.Thisnewdevelopingindustryishopefullytobecomeanimportantsupplementforthepetrochemicalindustry,thegovernmentshallpayattentionandsupporttothecommercializationofthecoaltoolefinprocess.Keywords:coal;olefin;manufacture;feasibilitystudy