天然气经甲醇制烯烃技术的进展及经济分析

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1、天然气经甲醇制烯烃技术的进展及经济分析天然气经甲醇制烯烃技术的进展及经济分析田凤杨英杨世元（中国石油天然气股份有限公司兰州石化分公司研究院，730060）摘要：在天然气制烯烃工艺中，天然气经甲醇制烯烃（NG-MTO）技术是最具备工业化条件的技术。文章着重从工艺及催化剂等方面对MTO工艺技术的最新进展作了评述，分析了其技术经济性，结果表明：MTO技术是可行的，经济上，天然气的价格越低越有竞争力，如天然气的价格为1.0美元/百万Btu时，竞争力就较大，最后对国内MTO技术的发展提出了建议。关键词：天然气甲醇烯烃MTO烯烃作为基本有机化工原料，在现代石油和化学工业中具有十分重要的作用。由于近几年

2、来石油资源的持续短缺以及可持续发展战略的要求，世界上许多石油公司都致力开发非石油资源合成低碳烯烃的技术路线，并取得一些重大的进展[1～2]。以天然气为原料制取烯烃的方法有三种：甲醇法（MTO）、费－托合成法（F-T）及甲烷氧化偶联法（OCM）。随着我国西气东输工程的全面启动，对于天然气的化工利用也取得一定的进展。我国内蒙古伊化集团与德国EUB财团签署了开发天然气化工产业合资合作协议，计划在内蒙古鄂尔多斯市兴建规模为600kt/a天然气经甲醇制烯烃(NG—MTO)装置，建设期为3年。项目建成后，将成为世界上采用该技术最大的生产装置[3]。这样不仅可以减少我国对石油资源的过度依赖，而且对推动贫

3、油地区的工业发展及均衡合理利用我国资源都具有重要的意义。1技术现状天然气制烯烃技术路线主要有三种：甲烷氧化偶联反应制烯烃、天然气经合成气制烯烃和天然气经甲醇或二甲醚制烯烃工艺。天然气中含有95%的甲烷，用甲烷制取烯烃曾受到各国科学家的重视，针对OCM反应机理、新催化剂、反应工艺及反应器等方面进行了研究，作为研究的重点——催化剂，由于其本身反应受动力学控制，C2烯烃单程收率较低，最新的专利[4]C2烯烃的收率最高才达到26.83%，而且副产物的气体分离也相当困难，难以实现OCM工业化，对以OCM合成乙烯的最新研究报道也不是很多。由合成气制烯烃工艺是用费-托法制合成气，再由合成气，即：CO与H

4、2反应制得烯烃，副产水和CO2。由于产品分布受Andorson-Sohulz-Flory规律（链增长依批数递减的摩尔分布）的限制，想要高选择性地得到低碳烯烃有相当的难度，并且选择性F-T合成的催化剂寿命还有待提高，近期难以实现工业化[5]。MTO法是由合成气经过甲醇转化为烯烃的工艺，是目前天然气制烯烃的研究开发中最具备实现工业化条件的工艺[6]。国际上一些著名的石油和化学公司，如埃克森美孚公司（Exxon-Mobil）、巴斯夫公司（BASF）、环球石油公司（UOP）和海德鲁公司（NorskHydro）都投入大量资金和人员，进行了多年的研究，目前已建有采用UOP/Hydro工艺的200kt/

5、a乙烯工业装置。此外，ChemStystems咨询公司还对300kt/aMTO工艺、通用乙烯生产工艺进行了技术经济分析比较，确立MTO工艺技术的可行性。2MTO技术研究进展2.1技术概述最早提出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。1995年，UOP与挪威NorskHydro公司合作建成一套甲醇加工能力0.75t/d的示范装置，连续运转90天，甲醇转化率接近100%，乙烯和丙烯的选择性高。1998年建成投产采用UOP/Hydro工艺的2

6、00kt/a乙烯工业装置，目前已实现500kt/a乙烯装置的工业设计，并表示可对设计的500kt/a大型乙烯装置做出承诺和保证。UOP/Hydro的MTO工艺对C2与C3烯烃具有灵活的调节功能，各生产商可根据市场需求生产适销对路的产品，以获取最大的收益[7]。国内对MTO工艺的研究开发也已进行多年，其中，中国科学院大连化学物理研究所（以下简称“大连化物所”）研究的DO123催化剂取得突破性的进展，其各项性能指标与UOP公司的催化剂接近[8]（见表1），为我国今后此领域催化剂的国产化奠定了一定的基础。表1大连化物所与UOP公司的催化剂对比项目UOP公司大连化物所中试规模/t·d-10.750

7、.06～0.1原料甲醇二甲醚沸石类型SAPO-34SAPO-34反应器类型流化床流化床催化剂价格高低催化剂牌号MTO-100DO123原料消耗﹡/t·t－12.6591.845(相当于2.567甲醇)烯烃质量分数，%乙烯34～4649乙烯+丙烯76～79＞79乙烯+丙烯+丁烯85～90约87﹡原料消耗：指生产每吨混合烯烃所消耗的原料吨数。2.2工艺新进展早期的MTO工艺均采用固定式反应器。由于甲醇转化为低碳烯烃是一放热反