煤制烯烴工藝及下游項目的發(fā)展前景

張俊龍

0 引言

乙烯、丙烯是有機化工的重要原料。近年來，現(xiàn)代化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對低碳烯烴的需求尤為旺盛，供需矛盾也逐漸突出，其中丙烯產(chǎn)品的缺口尤為明顯。作為重要的有機合成單體，丙烯目前主要來自于石腦油蒸汽裂解聯(lián)產(chǎn)和煉油廠副產(chǎn)[1]。大型煉油和石化裝置的丙烯產(chǎn)品基本自用，極少外售，所以很多烯烴下游的化工企業(yè)所需的丙烯原料主要依靠進口，因此工信部在“烯烴工業(yè)十二五發(fā)展規(guī)劃”中提出了丙烯原料多元化的要求，到2015 年中國丙烯產(chǎn)能達到2 400 萬t/a，烯烴原料多元化率達到20%以上。

我國的資源類型屬于“富煤、貧油、少氣”，因此發(fā)展煤化工、建設(shè)煤制烯烴項目既有利于緩解社會對能源的需求，也有利于宏觀上調(diào)整化工行業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，尤其是對于產(chǎn)煤地區(qū)而言具有明顯的成本和能源優(yōu)勢。此外，對于煤制烯烴項目，無論是從市場利潤的戰(zhàn)略角度，還是從產(chǎn)業(yè)鏈的延伸來看，開發(fā)符合企業(yè)自身發(fā)展情況的烯烴下游產(chǎn)品勢在必行。

1 煤制烯烴生產(chǎn)工藝

煤制烯烴主要指煤基甲醇制烯烴，是以煤氣化合成的甲醇為原料生產(chǎn)低碳烯烴的化工技術(shù)[2]，同時甲醇可直接或經(jīng)過二甲醚路線合成烯烴，主要工藝路線見圖1。

目前國內(nèi)外較為具有代表性的有以下幾種甲醇制烯烴工藝技術(shù)：美孚公司、UOP 公司、UOP/Hydro 的MTO 工藝，大連化物所的DMTO、SDTO 工藝，Lurgi公司的MTO、MTP 工藝以及清華大學(xué)的流化床甲醇制丙烯技術(shù)（FMTP）等。其中甲醇制丙烯的MTP 工藝和甲醇制乙烯、丙烯的MTO 工藝是發(fā)展非石油資源生產(chǎn)乙烯、丙烯等產(chǎn)品的核心技術(shù)。

圖1 煤制烯烴合成工藝

UOP/Hydro 的MTO 技術(shù)在工藝技術(shù)路線上與石油催化裂化過程類似，具有操作條件更溫和、產(chǎn)物分布窄等特點。由于原料為單一組分，物性容易把握，更有利于實現(xiàn)過程化。Lurgi 的MTO 工藝具有丙烯收率較高、低結(jié)焦、在反應(yīng)溫度下可不連續(xù)再生、降低再生循環(huán)次數(shù)等特點，其獨立開發(fā)的MTP 工藝也已經(jīng)在國內(nèi)取得了應(yīng)用。

近年來我國在烯烴技術(shù)及催化劑的研究應(yīng)用上也取得了突破性進展，由大連化物所自主開發(fā)的DMTO技術(shù)完成了萬噸級（1.67 萬t/a）甲醇制烯烴工業(yè)性試驗（美國UOP 公司MTO 裝置可處理甲醇0.78 t/d），工業(yè)化試驗裝置運行平穩(wěn)、安全可靠，技術(shù)指標先進，甲醇轉(zhuǎn)化率大于99%，乙烯加丙烯選擇性大于78%，單位乙烯+丙烯原料消耗為2.96 t，技術(shù)指標和試驗規(guī)模均達到了國際領(lǐng)先水平。清華大學(xué)完成了流化床甲醇制丙烯（FMTP）小試技術(shù)的開發(fā)，小試規(guī)模為處理甲醇量2 kg/h[3]，具有后續(xù)分離難度低，低碳烯烴產(chǎn)量大的特點；上海石油化工研究院正在開發(fā)的固定床S-MTO 中試技術(shù)被列入“十一五”國家科技攻關(guān)計劃[4]，并且已經(jīng)在中原石化烯烴項目上得到了應(yīng)用。

目前，煤氣化工藝、合成氣凈化以及甲醇合成技術(shù)均已實現(xiàn)商業(yè)化，國內(nèi)已有多套煤氣化制甲醇大型工業(yè)裝置穩(wěn)定運行，而煤制甲醇制烯烴技術(shù)也已日趨成熟，逐步具備大規(guī)模工業(yè)化普及的條件[5]。

2 國內(nèi)工業(yè)化情況

隨著甲醇制烯烴技術(shù)的不斷進步，以及煤制甲醇產(chǎn)量的逐年增長，煤制烯烴在技術(shù)上和經(jīng)濟上都具有一定的可行性。

因目前國內(nèi)丙烯原料供應(yīng)嚴重不足，許多化工企業(yè)紛紛開始投建丙烯生產(chǎn)裝置。其中天津、江蘇、浙江等沿海地區(qū)主要采用以丙烷為原料制丙烯的PDH技術(shù)，而陜西、內(nèi)蒙古、寧夏等內(nèi)陸地區(qū)則主要選擇以煤制甲醇為原料制丙烯的（MTO/MTP）技術(shù)。

對于煤化工行業(yè)而言，甲醇制丙烯（MTO/MTP）技術(shù)的推廣與應(yīng)用將成為丙烯原料多元化的主流技術(shù)之一。

到2012 年底，國內(nèi)已投產(chǎn)的煤制烯烴（MTO/MTP）項目有4 項，分別是中國第一個煤制烯烴項目——神華包頭60 萬t/a 煤制烯烴項目，神華寧煤50 萬t/a 煤制烯烴項目，大唐多倫46 萬t/a 煤制烯烴項目，以及中原石化的60 萬t/a 甲醇制烯烴項目。這4 套烯烴裝置除了中原石化裝置以外，其他3 個項目均是從煤氣化開始，經(jīng)過合成氣凈化、甲醇合成、烯烴合成及烯烴聚合的生產(chǎn)等多項技術(shù)的組合。此外，采用華電集團、清華大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的流化床甲醇制芳烴（FMTA）技術(shù)的3 萬t/a 中試項目也于2013 年1月投料試車成功，年內(nèi)將在陜西榆林啟動百萬噸工業(yè)示范裝置，其他省份的烯烴項目也即將陸續(xù)投產(chǎn)。

3 煤制烯烴生產(chǎn)面臨的問題

煤制烯烴屬于新興產(chǎn)業(yè)，開辟了有機化工原料生產(chǎn)的新路線，將成為未來烯烴生產(chǎn)的主流發(fā)展趨勢，但目前仍存在以下問題需要解決。

（1）煤制烯烴項目具有原料消耗多，水耗高，能耗大，污染大的缺點，因此最好在水資源充足、環(huán)境容量好的煤炭輸出地區(qū)進行集中布局建設(shè)。

（2）為保證企業(yè)利潤，該類項目需保證一定的工業(yè)化規(guī)模，因而投資巨大，建設(shè)周期長，融資難度大。

（3）許多項目或依托煤化工一體化建設(shè)，或采用外購甲醇作為原料，但前者需配套建設(shè)甲醇項目以補充原料產(chǎn)能，因而擴大了投資，而后者則需要面對甲醇價格波動和原料供應(yīng)的主導(dǎo)權(quán)問題。

（4）目前許多企業(yè)紛紛投建烯烴生產(chǎn)裝置，因此企業(yè)必須結(jié)合自身實際情況，著眼長遠戰(zhàn)略發(fā)展，做好烯烴下游產(chǎn)業(yè)鏈及烯烴副產(chǎn)品混合碳四的發(fā)展規(guī)劃，規(guī)避烯烴市場產(chǎn)品競爭的風(fēng)險。

4 烯烴的下游產(chǎn)品及發(fā)展趨勢

丙烯作為重要的有機化工基本原料，主要用于生產(chǎn)丙烯酸/酯、聚丙烯、丙烯腈、環(huán)氧丙烷、丁/辛醇、苯酚/丙酮等。

近年來，國內(nèi)煤化工行業(yè)快速發(fā)展使得煤制甲醇產(chǎn)能大幅增長，以及化工企業(yè)對烯烴需求日益增長，導(dǎo)致許多化工企業(yè)、煤炭企業(yè)紛紛擬建、投建各種規(guī)模的烯烴生產(chǎn)裝置。雖然此舉有利于緩解甲醇過剩、烯烴原料供應(yīng)不足的國內(nèi)市場現(xiàn)狀，但從長遠發(fā)展的角度分析，烯烴項目建設(shè)過多也必將造成產(chǎn)品的市場競爭加劇，出現(xiàn)甲醇市場產(chǎn)能過剩的情況。因此，對于投資烯烴項目的企業(yè)來說，勢必要認真規(guī)劃下游產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)延伸，著眼于增強企業(yè)的市場競爭力。

對于烯烴的下游產(chǎn)品而言，作為五大通用樹脂之一，聚丙烯是最主要的下游產(chǎn)品，目前所投產(chǎn)的煤制烯烴項目下游都是配套聚丙烯裝置。根據(jù)中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，2012 年聚丙烯產(chǎn)量為1 122 萬t，同比增長12.66%。由于國內(nèi)聚丙烯產(chǎn)能增加過快，將導(dǎo)致聚丙烯產(chǎn)品的市場競爭加劇，因此對于未來新增加的丙烯項目而言，更需要立足自身條件，認真研究市場趨勢，在聚丙烯、丙烯腈等傳統(tǒng)大宗產(chǎn)品之外，合理規(guī)劃有競爭力和潛力的下游產(chǎn)品（丙烯酸、丁/辛醇、異丙醇等）[6]。

4.1 丙烯酸

丙烯酸（AA）的生產(chǎn)工藝已經(jīng)比較成熟，目前我國主要采用的都是兩步法氧化工藝，即首先將丙烯在鉬鉍系催化劑作用下與空氣催化氧化成丙烯醛，然后再進一步催化氧化成丙烯酸[7]。目前世界上有6種丙烯酸的生產(chǎn)工藝，分別是美國索亥俄（Sohio）技術(shù)、日本觸媒技術(shù)、日本三菱油化技術(shù)、日本化藥技術(shù)、德國BASF 技術(shù)和蘭州化工研究中心的自主技術(shù)。作為生產(chǎn)技術(shù)水平的關(guān)鍵，每一種技術(shù)都有自己研發(fā)的催化劑。丙烯酸主要用于生產(chǎn)各種丙烯酸酯類原料，在造紙、印刷、涂料、建材、橡膠等方面都具有廣泛的應(yīng)用，市場前景十分廣闊。隨著丙烯酸下游的迅速發(fā)展，亞洲尤其是中國已成為世界上新興的丙烯酸生產(chǎn)地區(qū)，需求和產(chǎn)能增長都十分旺盛，目前世界范圍內(nèi)的需求增速大概為5%左右，而國內(nèi)的需求增速為15%左右。據(jù)有關(guān)文獻介紹[8]，2010 年全球丙烯酸產(chǎn)能約為520 萬t，需求量為460 萬t；2011年產(chǎn)能為553 萬t，需求量為492 萬t。2011 年～2015年全球的新增產(chǎn)能預(yù)測為330 萬t，其中70%以上的產(chǎn)能都集中在中國。通過對丙烯酸的產(chǎn)能及需求增長進行對比判斷，可以認為在未來一段時間內(nèi)，丙烯酸市場基本上是平衡的，可以作為烯烴下游的一種產(chǎn)業(yè)鏈加以延伸。

4.2 丁/辛醇

丁/辛醇主要是指正丁醇和異辛醇。正丁醇是丁醛、丁酸、丁胺、醋酸丁酯、丙烯酸丁酯、鄰苯二甲酸二丁酯、癸二酸二丁酯等有機化工產(chǎn)品，而異辛醇則是油品的添加劑，兩者用途十分廣泛。目前丁/辛醇的生產(chǎn)工藝基本上采用低壓羰基合成法中的Davy液相低壓法，將丙烯、CO、H2在銠系催化劑和三苯基膦的作用下生產(chǎn)丁醛。自2011 年以來，北美、西歐和日本等地的丁/辛醇盡管需求旺盛，但整體看來供過于求已成事實，新增產(chǎn)能很少[9]，而亞洲尤其是中國則具有相當大的市場空間。隨著上游丙烯原料供應(yīng)逐漸增加，下游產(chǎn)品需求量增長迅速。近年來國內(nèi)丁/辛醇的年需求量始終在4%～5%左右，國內(nèi)包括天津堿廠、大慶石化、中國石油、魯西化工、惠生能源在內(nèi)的許多擴產(chǎn)或投建的丁辛醇項目近期將紛紛開工，新增產(chǎn)能在150 萬t 以上。盡管中國的丁/辛醇市場比較穩(wěn)定，但仍然存在著一些需要關(guān)注的問題。首先，目前已投產(chǎn)的丁/辛醇項目基本上都采用國外工藝技術(shù)，對于生產(chǎn)工藝尤其是銠系及非銠系催化劑的自主研發(fā)還比較緩慢；其次，丁/辛醇的價格依然受國際市場以及下游鏈條需求的影響，一旦國內(nèi)新增產(chǎn)能逐漸釋放，將會對產(chǎn)品市場造成很大的波動；此外，還需要考慮自身的原料供應(yīng)及裝置規(guī)模問題。

4.3 異丙醇

異丙醇（IPA）也是一種重要的有機化工中間體，其生產(chǎn)工藝主要有間接水合法和直接水合法兩種，目前世界工業(yè)上主要采用直接水合法進行生產(chǎn)，在催化劑的作用下使丙烯生成異丙醇，同時副產(chǎn)正丙醇，分為德國的氣相維巴法、日本德山曹達液相法以及德士古的氣液混相3 種方法，各有其特點[10]。異丙醇作為小宗精細化工產(chǎn)品，其價格始終在10 000元/t 左右。但據(jù)有關(guān)資料報道，亞洲地區(qū)將有總計34 萬t/a 異丙醇產(chǎn)能陸續(xù)投產(chǎn)，其中65%以上異丙醇新增產(chǎn)能將來自中國。盡管近年來國內(nèi)異丙醇市場需求量一直增長，還有很大的缺口，但一旦這些新增產(chǎn)能全部釋放，必將導(dǎo)致國內(nèi)供需關(guān)系出現(xiàn)平緩的趨勢；而且作為其原料的丙烯價格始終在1 300 美元/t～1 400 美元/t，如果企業(yè)沒有自己的原料供應(yīng)和一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，投資異丙醇則需謹慎對待。

5 結(jié)論

在煤的潔凈高效利用中，煤制烯烴將成為現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)的重要支柱。現(xiàn)階段我國的煤化工尚不足以完全取代石油化工，只能作為其有效的補充，以煤制甲醇、二甲醚生產(chǎn)烯烴及其下游產(chǎn)品為主要發(fā)展路線。以煤炭為原料，開發(fā)烯烴下游衍生物及副產(chǎn)物，走煤-甲醇-烯烴-下游產(chǎn)品的新產(chǎn)業(yè)鏈條符合國家當前的能源政策需要，只要企業(yè)因地制宜，結(jié)合自身發(fā)展現(xiàn)狀，做好長遠的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)規(guī)劃，在短期內(nèi)會具有一定的市場競爭力，隨著產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級加速，新型煤化工產(chǎn)品發(fā)展迅速，將會具有很大的發(fā)展空間。

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