我國煤制甲醇前景概述

劉艷紅

（赤峰學院 化學化工學院，內蒙古 赤峰 024000）

我國煤制甲醇前景概述

劉艷紅

（赤峰學院 化學化工學院，內蒙古 赤峰 024000）

隨著國家對環保要求的提高和人們環保意識的增強，面對全球石油和天然氣資源日益枯竭的現狀，甲醇作為替代能源在全世界迅速發展.由于煤制甲醇生產技術成熟、成本低，加上甲醇汽車技術基本成熟，因此在推廣甲醇替代或部分替代汽油，發展使用甲醇作為新的替代燃料，已經成為一種趨勢，然而目前國內大部分生產裝置的生產能力小，所以很難形成規模效益，不能與國外相競爭，所以改善煤炭資源豐富與甲醇的生產力落后的矛盾是當務之急.

煤化工；甲醇燃料；煤炭潔凈技術

煤制甲醇即以煤為原料生產甲醇.即以煤炭、天然氣、焦爐氣三者為原料制備甲醇，且以煤炭為主，這種結構符合氣資源不足，煤炭資源相對豐富的國情.經過專家學者的努力，我國在利用高硫、劣質煤生產甲醇的方面取得不錯的進展.甲醇是具有與汽油類似的燃燒特性的有機物，與汽油以任何比例混溶，可作為汽車發動機的混合燃料，或單獨作為甲醇汽車的燃料.甲醇里不含硫，所以在燃燒時不會產生含硫化物黑煙，其環保性能遠遠優于含硫的汽油，因而甲醇是一種理想的代替石油的清潔燃料.甲醇，無論作為化工合成原料還是作為替代燃料，具有廣闊的發展和推廣前景[1].

1 能源燃料面臨的主要問題

隨著科技的進步和工業的發展，全球化經濟已經形成，隨之而來的是全球性的能源危機，我國尤其能源危機尤為嚴重，成為制約中國經濟發展的關鍵因素.所以21世紀的中國能源結構必須逐步走向多元化發展，開發有更多替代產品的新能源，以滿足國家又好又快的發展需求.我們知道中國是個“石油和天然氣儲量少而煤炭資源相對豐富”的國家.目前專家學者一致認為2l世紀世界煤化工發展的主流方向是發展煤炭潔凈利用技術，發展潔凈煤技術之一應是氣化技術、合成燃料技術(主要指醇燃料和烴燃料)及多聯產工藝技術.其產業化重點應該放在影響大使用廣的合成潔凈燃料技術，煤制發動機燃料在能源安全和環境保護上來講都較具影響[2].在合成發動機燃料技術方面，目前，較為成熟的是煤制烴類含氧化合物的甲醇技術，由于甲醇價格較汽油要低很多，并且使用起來環境效益好，如果推廣可使汽車燃料成本大大降低，所以在市場上競爭力最強.甲醇作為能源向多元化方向發展的一個重要領域，引起全球專家學者和行業企業的廣泛的關注.因此煤制甲醇也就成為現代煤化工較具影響的技術領域.

2 國內外的甲醇產量及甲醇汽車原料應用分析

目前全球的甲醇需求成逐年遞增的趨勢，而我國作為能源使用大國需求增加更是迅猛.如根據美國《化學周刊》的報道，截至2006年底世界甲醇的2006年總需求達3680萬噸，總生產能力接近4800萬噸，預計2010年的甲醇產量能達到5947萬噸.2006年中國甲醇表觀消費約為800萬噸，2007年需求量將達到900萬噸，預計未來幾年內消費量還會以8%～10%的速度增長.到“十一五”末期，甲醇生產廠家大約有200家，產能在2500～3200萬噸，產量1900～2500萬噸，發展十分迅速[1].

隨著甲醇需求的增加，人們使用各種方法來提高甲醇的產量，其中煤基甲醇產業的發展在技術上已經成熟.甲醇的傳統消費領域是主要用于生產甲醛醋酸MTBE和用作溶劑，因為產品消費市場比較單調，所以甲醇需求量增長率有限，年增長率僅在10%左右.甲醇汽車燃料未來有望在甲醇應用領域取得突破，甲醇制烯烴及二甲醚燃料等，隨著汽車消費市場的擴大以及全球石油危機，這些新興應用領域的發展將極大地帶動甲醇的需求量的極大提高，從而促進煤基甲醇產業的不斷完善和快速發展[2].

各國專家學者開始尋找替代能源，取得了不少的收獲，其中煤基甲醇燃料進展尤為突出.首先新西蘭、德國、瑞典等國開始使用含5%甲醇的M5汽油；1987年美國加州甚至開始使用含85%甲醇的M85汽油；作為能源危機的大國，我國在“六五”和“七五”期間國家科技重點攻關項目之一就是甲醇汽車開發技術，2002年在山西省太原、陽泉、臨汾、晉城4個城市進行了甲醇汽油應用試驗.盡管甲醇摻燒汽油具有以下有點首先經濟性好，其價格僅為石油的一半；其次動力性能好，世界上最昂貴、速度最快、科技含量最高的F1賽車還有航模，都是以甲醇作為動力能源；最后CO和碳氫化合物排放量低，由于甲醇中含氧高燃燒充分.但迄今為止甲醇應用于汽車燃料一直未獲得廣泛推廣，其根本原因是：甲醇有毒以及沸點低易揮發，使得甲醇在儲運、銷售、使用和車輛維修保養時，其毒性都難以難以防范；從環保方面看，如果汽車以甲醇作為動力，其甲醛的排放量為同量汽油的3～6倍；從產生的熱能看，甲醇的熱能值不到汽油的一半，其耗量是汽油的1.8-2倍.特別是甲醇的腐蝕性，使汽車的耐久性難以保證.

綜合以上利弊，學者們作了很多的努力，試圖克服限制甲醇燃料使用的種種瓶頸.如關于甲醇燃燒問題中國最近取得了2個突破性成果，一個是國家經貿委立項的山西省甲醇燃料汽車示范工程項目通過驗收.在中巴車上安裝的多點電噴甲醇發動機，來解決煤制甲醇燃料燃燒不充分的弊端，經全速全負荷可靠性試驗驗收和投產驗收表明，與化油器式的同型汽油發動機性能大大提高，百公里的油耗較傳統的化油器型中巴車降低，尾氣排放較傳統的化油器型中巴車碳氧化合物降低了15%～40%，熱效率也提高19%.另一個突破性成果是大同汽車制造廠對傳統汽油機結構進行了改造，成功地研制出了國內第一臺全甲醇(M100)發動機.它的顯著優點是：全甲醇發動機，不加入汽油，這樣就有效地避免了國產甲醇含蠟成份高，而導致傳統甲醇發動機發生經常發生噴油嘴被蠟質堵塞的現象，較好地解決傳統甲醇發動機的霧化程度不高、燃燒不凈的問題，其燃料消耗比傳統甲醇發動機下降30%以上.它的生產成本與普通汽油發動機相當.這兩項成果的取得，使得甲醇成為汽車燃料的推廣取得突破性進展，同時也符合環境友好型社會的要求.

3 煤制甲醇生產過程

甲醇的合成始于1923年，由BASF公司研制，其溫度和壓力都很高，被稱為高溫反應法，后經過改進，采用銅作為催化劑，將反應壓力和溫度降低，稱為低溫反應法，目前大多數甲醇都是以低壓反應法制得的.煤制甲醇屬于煤間接液化范疇，目前其合成普遍采用的是魯奇法和ICI法工藝流程[3]，流程主要包括用煤和高純氧來制造反應氣、將分離出的反應氣進行壓縮、在反應器中粗合成和將制得的粗甲醇在精餾塔中精制等4個工序.首先,由煤運系統將原料煤送入魯奇高壓氣化爐，使用純氧作為氣化劑，為了調整煤漿的粘度和Ph值，分別加入木質磺酸類和42%的堿液加以調整，產出的高溫混合氣經冷卻脫出煤焦油、硫化物以及二氧化碳，然后分離出H2和CO的合成氣.煤潔凈利用的關鍵所在是，煤氣化制成合成氣可以脫除氣態硫等污染物，脫硫的合成氣經過換熱、冷卻、壓縮后轉入列管式或等溫式反應器里進行合成反應.

甲醇合成反應為放熱反應，反應器設計首先考慮如何降低溫度，使反應朝著有利產物生成的方向.冷激式絕熱反應器和列管式等溫反應器是目前被工業廣泛采用的反應器.甲醇反應器材一般采用鉻鎳鈦的合金，目的是防止H2和CO腐蝕，為使反應順利進行一般加入銅系催化劑，常見的是CuO-ZnO-Al2O3.由于是放熱反應，反應熱使得反應的單程轉化率低，這樣我們可以考慮將反應氣進行循環反應，最后制得的粗甲醇再進一步在精餾塔里進行精制[4].這樣就能制得純度達到99.185%的甲醇.

4 國內外的甲醇需求統計與預測

從總體來講，世界甲醇供需基本平衡，但不同地區情況也各不相同.拉丁美洲、東歐、中東、非洲、大洋洲的甲醇供大于求，而美國、西歐、亞洲甲醇供不應求，主要依賴進口解決.世界甲醇生產主要集中在特立尼達、智利、新西蘭、沙特和俄羅斯這些天然氣資源比較豐富的地區，中國也已經成為世界甲醇主要生產地區，但中國的甲醇生產主要以煤炭為原料.隨著全球能源危機的加劇，世界甲醇的產量還會不斷增加.

當前甲醇衍生物的消費結構居第一位的仍為甲醛，約占35%～36%；其次為甲基叔丁基醚(MTBE)，用作無鉛汽油辛烷值添加劑，約占27%，在美國已經禁止使用；第三為醋酸，約占7%～9%.截至2011年底，甲醇市場出現供過于求的現象.2000年世界甲醇生產能力為3803萬噸，需求量僅為3020萬噸；2005年生產能力達到4294萬噸，而需求量為3481萬噸；到2010年，甲醇生產能力為5099萬噸，需求量為4226萬噸[5].

中國的煤制甲醇生產技術日益成熟，市場發展迅速，但生產規模小，形不成規模效應.而且中國甲醇主要用于化學合成，其次才是燃料和溶劑，近年來隨著甲醇衍生物的生產增長速度加快，而醫藥和燃料市場平穩增長，農藥和溶劑在總量中所占比例有所下降.根據對甲醇下游相關行業的統計，到2005年中國甲醇需求量為345萬～360萬噸，2010年需求量約為435萬～480萬噸，考慮到2001～2010年間將有一部分小甲醇裝置由于技術落后被淘汰.因此2010年中國甲醇約有100萬噸左右的缺口[5].截至2011年10月底，國內甲醇產能已經達到4300萬噸.

5 結語

當前世界原油緊張，針對原油的爭奪戰愈演愈烈，而我國的原油半數依賴進口，能源安全受到嚴重威脅，再加上全球溫室氣體排放及環保問題，為了可持續性發展，尋找替代原油的能源已成為當前的主要任務之一.尤其現代工業和交通對能源的依存日益嚴重，如果沒有能源，那么中國的工業和交通就會陷入癱瘓，所以尋找替代能源已被納入國家戰略規劃，如果甲醇摻燒汽油政策出臺，會對能源危機的解決起到重大作用.但國內煤制甲醇的普遍技術還不夠成熟，造成甲醇生產規模小，生產廠家比較分散，產能低，再加上外國市場大量廉價甲醇的涌入.所以，需要我們進一步改進煤制甲醇的生產技術來提高原料的利用率，真正做到節約能源的目的.

〔1〕李永生．煤制甲醇項目的可行性．同煤科技，2005(3):30-33.

〔2〕張玉卓．神華集團的煤炭潔凈轉化戰略．中國煤炭，2004(4):5-7．

〔3〕楊紹斌，王繼任，王志宏．中國煤制甲醇的現狀與發展．潔凈煤技術，2001(1):35-39.

〔4〕張明輝，夏俊兵．我國煤基甲醇產業的技術進展及發展前景分析．神化科技，2009(8):86-88.

〔5〕徐兆瑜．甲醇產業的發展和工藝技術新進展[J]．精細化工原料及中間體，2007(6)：23—26．

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1673-260X（2012）04-0004-02