煤制低碳烯烴工業示范工程最新進展

吳秀章

（中國神華煤制油化工有限公司，北京 100011）

神華包頭煤制低碳烯烴示范工程是我國實施能源安全戰略、化工基礎原料多元化戰略的一項重要工程，是世界上首套以煤為原料生產乙烯、丙烯、丁烯為主要產品的工業化項目，其核心工藝技術——甲醇制低碳烯烴工藝和催化劑采用了具有自主知識產權的DMTO技術。該示范工程2007年初開工建設、2010年5月底建成。

2010年8月8日甲醇制烯烴裝置投料試車，8月12日、13日分別生產出合格的聚合級丙烯、乙烯中間產品，8月15日、21日分別生產出合格的聚丙烯、聚乙烯產品。

2011年1月1日起，神華包頭煤制低碳烯烴示范工程正式轉入商業化運營，目前已經安全、穩定、長周期、滿負荷、優化商業化運行了整整 3年。3年來累計加工原料煤865萬噸、生產甲醇中間產品530萬噸、生產聚合級乙烯和丙烯中間產品 164.5萬噸、生產聚乙烯和聚丙烯產品159萬噸，累計實現銷售收入175億元，實現利潤31.5億元。3年多來的運轉結果表明神華包頭煤制低碳烯烴示范工程取得了圓滿成功，不僅使中國成為世界上唯一掌握煤制烯烴工業化技術的國家，而且為中國煤制烯烴產業化發展起到了很好的引領示范作用。

1 中國原油、低碳烯烴的生產與需求

改革開放以來，中國的石油生產取得了很大進展，但遠遠不能滿足消費的需求，中國已經成為僅次于美國的全球第二大石油消費國，2012年石油消費量達到了4.76億噸，自產量2.07億噸，石油對外依存度為56.5%。研究機構認為中國2020年的原油對外依存度最高可能要達到76%[1]。

乙烯、丙烯是化學工業的基礎原料，國外多以天然氣或輕質石腦油餾分為原料通過蒸汽裂解工藝生產；由于中國輕質烴資源匱乏，生產乙烯的原料大多是原油蒸餾生產的石腦油、輕柴油和加氫尾油等。近20年來，蠟油或重油餾分的催化裂解或催化熱裂解已經成為生產低碳烯烴的重要補充。蒸汽裂解生產乙烯的同時，還副產丙烯、丁二烯、芳烴等重要的有機化工原料。由于乙烯在石油化工基礎原料生產中的地位，常將乙烯產能作為衡量一個國家石油化工生產水平的標志。最近20年中國乙烯工業飛速發展，2007年乙烯生產能力達到了 998萬噸/年、產量達1047.7萬噸/年，首次突破千萬噸大關[2]。到2010年底中國的乙烯生產能力達到了1494.9萬噸/年、產量為1418.8萬噸/年，成為僅次于美國的（2755.4萬噸/年）第二大乙烯生產大國；2012年中國乙烯產量為1514萬噸，當年當量乙烯消費量為3190萬噸，對外依存度為52.5%。預計2015年、2020年的乙烯當量消費將分別達到 4003萬噸和4936萬噸，乙烯當量的缺口將一直維持在 44%左右[3]。近10年來世界乙烯原料繼續向輕質化方向發展，乙烷占原料的比例從 2000年的 28%提高到35%、石腦油從2000年的55%降低到了2010年的47%；美國近年來發現的大量頁巖氣，將對美國乙烯原料輕質化產生重要影響。中國的乙烯生產原料主要是石腦油，據預測，中國2015年、2020年對乙烯裂解原料的需求將分別達到6484萬噸和8466萬噸[3]。陳俊武等[4]研究指出到2020年中國乙烯的生產能力將達到2300萬噸，能夠滿足國內乙烯當量需求量的60%左右，但乙烯原料仍缺口達1400萬噸/年。

丙烯也是一種非常重要的基礎有機化工原料，中國主要用于聚丙烯、丙烯腈和丁辛醇的生產。世界大約57%的丙烯來自于乙烯生產的副產品、35%來自煉油廠的副產品。2005年中國的丙烯產量為803萬噸、2010年達到了1329萬噸，2005—2010年均增長率為 10.6%；盡管丙烯產能迅速增長，但還是滿足不了日益增長的需求，2010年中國丙烯的當量需求為2150萬噸，對外依存度為38%左右。近年來，市場對丙烯的需求增速高于乙烯，2012年前中國丙烯需求年均增速在 6%左右，2013—2015年均增速5%～7%，預計2015年中國丙烯表觀消費量為2100萬噸、當量消費接近2600萬噸。預計到2020年中國的丙烯產能將達到2600萬噸，但丙烯當量需求將高達3300萬噸。

與石油類似，中國乙烯工業在快速發展的同時也面臨著原料資源短缺的矛盾，以煤為原料生產甲醇、經甲醇制低碳烯烴是緩解乙烯原料短缺的重要措施。

2 煤制低碳烯烴示范工程工藝總流程

以煤為原料制低碳烯烴的主要工藝包括：空氣分離裝置生產煤氣化裝置所需的氧氣和全廠各裝置需要的氮氣；煤氣化裝置將原料煤和氧氣在氣化爐中發生部分氧化反應，生成以 H2、CO、CO2為主要組分的粗合成氣，并將煤中的灰以渣的形式排出；CO變換單元是將部分粗合成氣通過CO變換反應器將CO與水蒸氣發生反應，以便使合成氣的H2/CO分子比調整為2左右，滿足甲醇合成對原料氣的組成要求；合成氣凈化單元一般采用低溫甲醇洗工藝技術，將合成氣中的H2S和絕大部分CO2脫除，以便使合成氣的雜質含量滿足甲醇合成的要求，富含H2S的酸性氣送到硫回收裝置生產硫黃；甲醇合成裝置是將凈化合成氣催化轉化為甲醇目標產物，因甲醇制烯烴裝置要求甲醇進料含有 5%左右的水，因此甲醇合成裝置可以不設置甲醇精餾單元；甲醇合成裝置的弛放氣通過膜分離和變壓吸附（PSA）單元生產高純度的H2，供烯烴分離裝置炔烴加氫飽和、聚乙烯和聚丙烯調節分子量等使用；甲醇制烯烴裝置是在SAPO-34分子篩催化劑的催化作用下，將甲醇轉化為以乙烯、丙烯、丁烯等為主要產物的混合反應氣體，并回收反應放熱和催化劑再生的放熱；烯烴分離單元就是將甲醇制烯烴單元生產的混合反應氣體進行增壓、精餾等工序進行分離，生產聚合級乙烯、聚合級丙烯、混合C4和混合C5等產品；聚乙烯裝置以烯烴分離單元生產的聚合級乙烯及1-丁烯為原料，生產聚乙烯塑料顆粒產品；聚丙烯裝置以烯烴分離單元生產的聚合級丙烯及乙烯為原料，生產聚丙烯塑料顆粒產品。以神華包頭煤制烯烴示范工程為例，主要方塊工藝流程如圖1所示。

圖1 神華包頭煤制烯烴工程方塊工藝流程圖

2.1 煤氣化

煤氣化是所有煤制油、煤化工的龍頭和基礎，煤炭氣化過程屬熱化學加工過程，它是以煤炭為原料、以氧氣為主要氣化劑、蒸汽作為輔助氣化劑，在氣化爐內在高溫、高壓下通過化學反應將煤炭轉化為氣體的過程。煤炭的氣化一般包括煤的干燥、熱解、氣化和燃燒4個階段，生成以CO、H2、CO2、H2S、CH4為主的粗合成氣，同時煤炭中的灰分以渣或灰渣的形式排出。

根據煤氣化系統的備煤和氣化爐進料方式的不同，煤氣化有干法進料和濕法進料兩種形式。屬于干法進料氣流床氣化的爐型有 Shell粉煤氣化爐、GSP氣化爐等，具有代表性的濕法進料氣流床氣化的爐型為GE水煤漿氣化爐、華東理工大學的四噴嘴氣化爐。水煤漿加壓氣化技術是當前世界上已工業化最成熟可靠的氣化技術之一。水煤漿氣化工藝對煤種的適應范圍比較寬；氣化爐操作彈性大，單臺氣化爐生產能力較大；煤氣中有效氣成分（CO+H2）含量高，是生產甲醇合成氣的理想原料氣。結合原料煤的性質，神華包頭煤制低碳烯烴示范工程采用了水煤漿加壓氣化工藝技術，采用7臺氣化爐（5開2備），每臺氣化爐處理干煤量為1500 t/d；氣化爐操作壓力為6.5 MPa（G）。

2.2 合成氣變換與凈化

甲醇合成對合成氣組成的要求是H2/CO的摩爾比在2左右，水煤漿氣化生產的粗合成氣的H2/CO摩爾比約為0.75（CO干基含量為47%、H2干基含量為 35%）、干煤粉氣化生產的粗合成氣的 H2/CO摩爾比約為0.33（CO干基含量為69%、H2干基含量為23%），因此均需要將粗合成氣進行CO變換將合成氣的H2/CO比調整為2左右。CO水蒸氣變換的化學反應為：CO + H2O —→CO2+ H2。CO變換反應的特點是反應放熱、可逆，反應速度比較慢，因此需要催化劑來加快反應速度。目前使用的催化劑主要有鐵鉻系和鈷鉬系兩大類，鐵鉻系催化劑機械強度好、耐熱性能好、壽命長、成本低，但耐硫性能較差；鈷鉬系催化劑具有良好的耐硫性能，目前應用較多[5]。變換工藝主要分為常規變換和耐硫變換兩種，常規變換即原料氣先脫硫再變換，耐硫變換即含硫原料氣不經脫硫而直接進行變換。采用耐硫變換時，水煤漿氣化粗水煤氣經洗滌后含塵量1～2 mg/m3，溫度230～245 ℃，并被水蒸氣飽和，水氣比約為 1.3～1.5，直接經過加熱升溫后即可進入變換爐，不需再補加蒸汽。由于流程短，能耗低，故水煤漿氣化配耐硫變換是最佳選擇。根據粗水煤氣量，神華包頭煤制烯烴示范工程采用部分變換（耐硫變換+配氣）流程，總量約 55%的粗煤氣經過耐硫變換將其大部分 CO變換，再與配氣流程中約45%的未變換粗煤氣混合，形成氫碳比為2的變換氣送至下游的低溫甲醇洗單元。按照變換進氣量核算，CO變換設置了兩個系列；為了降低壓力損失以及減少變換爐設備尺寸，示范工程變換采用了徑向變換爐。

甲醇合成的原料是CO和H2，而經過CO變換后的粗合成氣中含有大量的CO2，而且還含有對甲醇合成銅催化劑有毒害作用的硫化物，因此需要將粗合成氣進行凈化處理，以脫除其中的酸性氣（H2S、COS、CO2），特別是要將其中的硫化物脫除到0.1 mg/m3以下。脫除酸性氣的方法分為物理吸附法和化學吸附法，通常當酸性氣組分的分壓較低、氣體量較小時采用化學吸附法的效果較好、也經濟；而酸性氣組分的分壓較高，且氣體量比較大的時候，則宜采用物理吸附法。物理吸附法又分為熱法和冷法兩種，熱法包括了UOP公司的Selexol工藝和南化研究院的 NHD工藝，冷法即低溫甲醇洗工藝[6]。低溫甲醇洗法（Rectisol法）采用甲醇為吸附劑，在加壓、低溫下操作，原料氣中的酸性氣在甲醇中的溶解度大、較易脫除，溶劑甲醇的損失量也很小。甲醇溶劑具有如下特點：①對H2S、COS、CO2的溶解度大，溶劑的循環量低；②H2S和COS比CO2的選擇性高，可以得到富H2S的物流，有利于硫黃回收；③對H2、CO和CH4的溶解度低，有效氣體損失小；④溶劑易回收，溶劑損失率低；⑤對水的溶解度高，可以脫除原料氣中的水；⑥低溫下黏度小，適宜于低溫操作；⑦具有較好的化學穩定性和熱穩定性；⑧對設備不產生腐蝕；⑨易得且價格低廉。神華包頭煤制烯烴示范工程的粗合成氣凈化采用了兩系列低溫甲醇洗工藝技術；由于工廠自產丙烯，低溫甲醇洗采用了丙烯制冷獲得冷量。

2.3 甲醇合成

甲醇是煤制低碳烯烴工藝過程中的重要中間產品，低廉而穩定的甲醇是實現煤制低碳烯烴的關鍵。要實現中間產品甲醇的低成本，一是要生產出低成本的合成氣（通過低煤價、煤氣化及粗合成氣凈化技術先進及大型化等實現）；二是要實現甲醇合成的大型化。文獻[7]指出同等條件下生產能力是 5000 t/d的甲醇項目的甲醇生產成本是2500 t/d裝置生產成本的73%；另外，合成氣壓力高也是“大甲醇”概念中的重要組成部分。張明輝[8]指出甲醇裝置的生產能力由30萬噸/年提高到150萬噸/年之后，單位產品的投資可降低28%、產品生產成本可降低24%；如果生產能力進一步提高到300萬噸/年，單位產品的投資可降低32%、產品生產成本可降低27%。

神華包頭煤制烯烴示范工程的 180萬噸/年甲醇合成裝置采用了串/并聯工藝雙反應器流程[9]，甲醇合成回路由兩個串聯在一起的低壓蒸汽上升反應器組成，該流程比傳統流程在催化劑與設備投資上更為經濟。甲醇反應器采用了徑向流反應器，該反應器的特點是：催化劑裝填在管外、進入合成反應器內的原料氣徑向流動、列管不對稱排列、采用帶膨脹圈的浮頭式結構。在該流程中，絕大部分的新鮮原料氣與第二粗甲醇分離器頂部來的循環氣混合后進入第一反應器；反應后的混合氣體經回收熱量后進入第一粗甲醇分離器實現氣液分離，循環氣與少量新鮮原料氣混合，壓縮后進入第二甲醇反應器；反應后的氣體經熱量回收后，進入第二粗甲醇分離器實現氣液分離，循環氣再與新鮮原料氣混合進入第一甲醇反應器。第一粗甲醇分離器與第二粗甲醇分離器的粗甲醇通過閃蒸罐減壓后進入甲醇穩定塔，除去粗甲醇中殘留的溶解氣體及少量低沸物，獲得含水5%的MTO級甲醇。由于甲醇制烯烴的甲醇原料中含有一定量的水可以提高低碳烯烴的選擇性，因此為甲醇制低碳烯烴配套的甲醇合成裝置可以不用設置甲醇精餾裝置。

2.4 甲醇制烯烴（MTO）

MTO是煤制烯烴工程中最為核心的工藝過程。甲醇制烯烴工藝的實現得益于 SAPO-34分子篩催化劑的開發成功[10-13]。磷酸硅鋁（SAPO）系列分子篩是美國聯碳公司于1984年新開發的分子篩，其中SAPO-34分子篩具有8元環構成的橢球形籠和三維孔道結構，孔口直徑為0.43～0.50 nm，該分子篩具有小孔結構、中等酸性、良好的水熱穩定性的特點。以SAPO-34催化MTO反應，低碳烯烴的選擇性高于90%，乙烯選擇性可以達到50%以上，充分顯示出 SAPO-34分子篩催化 MTO反應的優越性[14]。

國內中國科學院大連化學物理研究所、中國石油化工集團公司、神華集團等，國外的 UOP、ExxonMobil等公司均對SAPO-34分子篩進行了很多研究。

MTO的反應機理是甲醇先脫水生產二甲醚（DME），然后二甲醚與甲醇的平衡混合物脫水繼續轉化為以乙烯、丙烯為主的低碳烯烴，少量C2=～C5=進一步環化、脫氫、氫轉移、縮合、烷基化等反應生產分子量不同的飽和烴、芳烴、C6+烯烴及焦炭等。甲醇制烯烴反應包括如下3個反應步驟[15]：①在分子篩表面形成甲氧基；②生成第一個C—C鍵；③生成C3、C4。

2005年底陜西新興煤化工科技發展有限公司與中國科學院大連化學物理研究所、中國石化洛陽石化工程公司合作，于2005年底在陜西省建設了年加工甲醇1.67萬噸的試驗裝置，該裝置于2006年2月一次投料成功，并平穩運行了1150 h，試驗期間甲醇轉化率近 100%，低碳烯烴（乙烯、丙烯、丁烯）選擇性達90%以上[16]。大連化學物理研究所與UOP公司的MTO中試評價結果如表1所示[17]。

神華包頭煤制烯烴工業示范項目甲醇制烯烴裝置加工甲醇180萬噸/年，設計生產乙烯30萬噸/年、丙烯30萬噸/年，采用了中國科學院大連化學物理研究所開發的DMTO技術。與其在陜西建設并運行的 1.67萬噸/年試驗裝置相比，神華包頭甲醇制烯烴裝置放大了108倍，該裝置于2010年8月8日一次投料試車成功。

表1 大連化學物理研究所與UOP公司的中試裝置評價結果比較

2.5 烯烴分離

烯烴分離（或稱為輕烯烴回收）是將甲醇制烯烴單元生產的混合產物中的乙烯、丙烯等低碳烯烴以經濟、低能耗、最大回收率的方式生產能夠滿足下游加工裝置產品規格的烯烴產品，最普通的就是生產聚合級乙烯和聚合級丙烯。甲醇制烯烴反應得到的反應產物的組成有其特有的特點。MTO反應產物組成與石腦油蒸汽裂解產物組成對比如表 2所示[17]。表2中數據表明MTO反應產物的組成有如下特點：①氫氣和甲烷少，有利于乙烯分離；②乙烯、丙烯含量明顯高于石腦油裂解氣；③重組分（C5+）少；④炔烴含量少；⑤不含H2S；⑥產物中含有含氧化合物（甲醇、二甲醚等）。MTO烯烴分離工藝的目標主要是：有效脫除雜質（未反應的甲醇、二甲醚、CO2、CO、NOx、N2、O2等）、簡化分離流程、盡可能不采用深冷分離和冷箱設計。

神華煤制烯烴示范工程烯烴分離針對 MTO反應產物中含有微量NOx以及含有過氧化物的特點，在烯烴分離流程設計時在 3個方面進行了重點考慮：①控制關鍵點的操作溫度，盡量減少結垢的形成；②在一些關鍵部位注入阻聚劑，降低結垢的形成速率；③關鍵的換熱器采用折流板換熱器。另外，烯烴分離與反應區進行熱量利用的整合，利用反應區的低品位廢熱作為回收工段的熱源[18]。

2.6 烯烴聚合生產聚乙烯、聚丙烯

神華煤制烯烴示范工程采用氣相法聚乙烯工藝和氣相法聚丙烯工藝生產聚乙烯和聚丙烯產品。本裝置主要由原料精制單元、聚合反應單元、樹脂脫氣和排放氣回收單元、樹脂和添加劑處理單元、擠壓造粒單元、產品摻混風送單元等組成。

表2 MTO工藝與石腦油裂解工藝產品氣組成對比

聚乙烯工藝采用冷凝態操作技術，來自界區的乙烯加熱后經過精制與干燥，除去微量的O2、CO、CO2等雜質，然后與其他精制的原料（1-丁烯或 1-己烯和氫氣）及催化劑連續被送進入流化床反應器發生聚合反應，通過循環氣在反應器外部冷卻循環，使反應床流化，同時除去反應熱。樹脂間歇地從反應器排入產品出料系統（PDS）。在產品排料過程中，一些夾帶的反應氣被送到另一個出料系統，出料系統臨時貯存的反應氣，在下一個排料周期直接返回到反應器。聚乙烯樹脂被送往產品脫氣倉，同時輸送氣進入排放氣回收系統。根據產品牌號的不同，采用多種不同的催化劑，特別是茂金屬催化劑的工業化生產，極大地拓寬了共聚型聚乙烯產品的應用領域。

聚丙烯工藝應用第一反應器能夠生產均聚和無規共聚產品，串連第二反應器可生產抗沖共聚產品，其抗沖共聚產品的乙烯含量可高達17%（橡膠含量大于 30%）。該工藝的另一顯著特點是采用超冷凝態操作，由于液體含量多少是流化床穩定、形成聚合物結塊的基本因素，因此該技術關鍵的操作變量是膨脹床的密度及膨脹松密度與沉降松密度的比例。由于超冷凝態操作能夠最有效地移走反應熱，它能使反應器在體積不增加的情況下生產能力大幅提高，節省了投資。

3 神華包頭煤制低碳烯烴成套工業化技術開發

立足煤制低碳烯烴示范工程的建設與運轉，神華煤制油化工公司聯合中國科學院大連化學物理研究所、中國石化洛陽石化工程公司、新興能源科技有限公司等單位開展了大量的技術開發工作，在工藝技術開發、工程放大、工程施工、生產運行等多個方面取得了一系列重大成果，形成了煤制低碳烯烴成套工業化技術。

3.1 制定并驗證了世界首套煤制烯烴生產線的總體工藝路線

包頭煤制低碳烯烴為世界首次煤制烯烴技術的工業化。總體工藝技術路線的確定、單元技術的選擇及互相匹配、總體公用工程技術及環境保護技術等將決定煤制烯烴首次工程化的成敗。但本項目實施之前，這些方面基本無經驗可供借鑒。

該項目技術人員經過多次認真論證，確定了大型化煤制甲醇、甲醇制烯烴、烯烴分離后聚合的總體工藝技術路線，核心技術確定采用具有自主知識產權的DMTO技術，并論證提出了各單元銜接的技術和工程化實施方案。提出了兼顧各單元裝置又兼顧總體的公用工程方案，提出了全廠統籌協調的熱量利用方案、污水處理和環境保護方案。在充分評估技術風險、工程風險和經濟風險的前提下，確定了本項目6大系統共46個裝置（單元）的具體技術方案。

在工藝路線關鍵問題上實現了突破：解決了大型煤制甲醇工藝路線的確定及系統配置問題，開發了MTO級甲醇獨特生產路線，開發出了利用甲醇弛放氣生產氫氣的技術，解決了大型煤化工項目的全廠排放及火炬系統集成問題，解決了全廠高壓氮氣配置問題，開發了煤化工高氨、低硫化氫氣體的綜合處理工藝等。開發了煤制烯烴示范工程開停車及運轉技術，實現了煤制烯烴工廠一次投料試車成功，5個月后成功實現商業化運營。

國產特大型空分裝置成套設備技術工程化。開發了國產特大型空分裝置成套工程化技術，建成了制氧量每小時 24萬立方米的當時國內最大的空分裝置，對推進國家能源重點項目建設及裝備制造業的提升具有十分重要的意義。

作為全球最大、世界首套煤制烯烴示范工程，在技術開發和工程建設過程中成功實現了 30多臺套關鍵設備和特大型設備的工程化。包括水煤漿氣化爐、碳洗塔、一氧化碳變換爐、產能最大的甲醇合成塔、甲醇制烯烴單元反再兩器和立式換熱器、烯烴分離單元丙烯精餾塔等核心關鍵設備工程化應用。該示范工程設備國產化率達到87%以上，帶動國內煤制烯烴項目裝備國產化進程。

煤制烯烴示范工程的一次投料成功、長期的商業化運行實踐和技術指標證明，所提出的工藝技術路線合理可行。

3.2 完成了具有自主知識產權的甲醇制烯烴核心技術首次工業化

甲醇制烯烴技術為煤制烯烴的關鍵技術，是煤制烯烴項目能否成功的關鍵環節。中國科學院大連化學物理研究所和中國石化洛陽石化工程公司在萬噸級工業化試驗裝置的基礎上，確定并優化了百萬噸級甲醇制烯烴技術的工藝流程、催化劑流態化技術、反再系統工程化技術、減少催化劑損耗和催化劑回收技術、催化劑再生技術反應-再生系統催化劑汽提技術、反應產物的后處理技術、含氧化合物的回收技術、再生煙氣的余熱利用技術。甲醇制烯烴技術的成功開發與工業化應用，有力推進了中國技術自主創新和裝備制造戰略性產業的發展，同時也有利于促進國內技術產業化和大型裝備設計、制造水平。

MTO裝置采用SAPO-34分子篩催化劑，甲醇制烯烴反應轉化率高、乙烯丙烯的選擇性高，但存在著催化劑失活快的缺點；根據MTO反應的特點，神華包頭60萬噸/年MTO工業裝置采用了湍流流化床反應器和再生器，反應器內設置內取熱盤管、再生器設置外取熱器以維持兩器熱平衡。開發出了甲醇制烯烴裝置的操作技術[19]，MTO工業裝置開工再生器依靠輔助燃燒室升溫、而反應器需依靠開工加熱爐加熱開工氮氣升溫。MTO工業裝置開工裝填催化劑時首先向反應器裝催化劑、再向再生器加裝催化劑；建立兩器間催化劑循環時，先啟動反應器向再生器轉劑、然后再建立再生器向反應器轉劑。將進料堿金屬含量控制在 1 μg/g以下并含有5%左右的水，對保持催化劑性能和優化產品分布十分關鍵；在較高的溫度下（最好在350℃左右）啟動進料，有利于縮短產品質量調整的時間。控制待生催化劑、再生催化劑的碳差對保持催化劑的活性、選擇性和MTO反應的順利進行至關重要。在不發生稀相超溫的前提下，再生器采用部分燃燒模式是將再生催化劑含碳量維持在合理范圍的重要措施。

3.3 實現了烯烴分離工藝流程開發并首次成功應用

成功完成烯烴分離工藝流程開發與工程化。通過對氮氧化物去除的工程方案措施、低溫熱回收的工程運用、脫甲烷塔頂吸收劑的選擇、含氧化合物回收的工程設置、酸性氣脫除技術工程化、原料的凈化分離、換熱流程選擇優化等方面工程化的研究，開發了世界首套煤基甲醇制低碳烯烴反應產物分離技術，并首次成功應用。

3.4 開發了C4綜合利用深加工技術

甲醇制烯烴技術副產品 C4富含混合丁烯組分（質量分數＞90%），是很好的化工基礎原料，根據實際投料運行組分分析數據，研究開發了C4綜合利用深加工技術路線，綜合利用C4副產品，用于生產MTBE、1-丁烯、二丙基庚醇（2-PH）等產品，既能為下游聚乙烯裝置解決共聚單體的問題，同時又能生產出高附加值的2-PH產品，使C4資源得到充分的應用[20-21]。

3.5 開發出了污水處理和回用技術

針對神華煤制烯烴示范工程生產廢水中的CODcr、BOD5、SS、氨-氮均較高的特點，經過反復研究、論證，污水處理場采用前置反硝化（A/O）工藝+曝氣生物濾池的二級生化處理工藝，A/O由兩部分組成：缺氧池和好氧池，總水停留時間為80 h。原設計處理規模為400 m3/h，2012年新增一座300 m3/h的備用生化系統，改造后污水處理裝置規模為700 m3/h，以適應生產廢水水質、水量變化較大的特點；增設曝氣生物濾池，對一級生化處理后的污水進行深度處理，進一步降低 CODcr 和氨-氮含量，實現穩定達標（CODcr≤100 mg/L和氨-氮≤15 mg/L），達到回用水裝置預處理要求后與清凈下水混合后進入回用水裝置進行深度脫鹽處理，回用水裝置規模為1400 m3/h；回用水做為循環水裝置補充水回用，最大回用水量為900 m3/h，濃鹽水作為廢水外排，最大廢水排放量為460 m3/h。

4 神華煤制低碳烯烴示范工程運轉情況

神華包頭煤制低碳烯烴示范工程從 2011年 1月1日轉入商業化運營后，近3年的運行情況如表3所示；表3數據表明該示范工程商業化運營以來，實現了良好的運營，創造了較好的經濟效益。

表3 神華煤制低碳烯烴商業化運行情況

神華包頭煤制低碳烯烴示范工程一次開車成功并穩定運轉，激勵了中國煤制烯烴產業的發展，目前我國已經投產和在建的煤制低碳烯烴項目（含甲醇制烯烴）約為20個，項目分部在內蒙古、陜西、寧夏、浙江、河南、江蘇、新疆、安徽等省區。這些項目建成投產后，以煤（或甲醇）為原料生產的乙烯約為556萬噸，約占2015年我國乙烯總消費當量的14%；以煤（或甲醇）為原料生產的丙烯約為590萬噸，約占2015年我國丙烯總消費當量的23%。

5 結 語

神華包頭煤制低碳烯烴示范工程的成功標志著中國率先掌握了煤基烯烴工業化關鍵技術，開創了石油替代的新途徑，奠定了我國在世界煤基烯烴工業化產業中的國際領先地位，對于中國推進低碳經濟發展，減輕和緩解石油高度對外依存的壓力，保障國家能源戰略安全具有重要意義。該示范工程的成功必將使中國煤制聚烯烴產業進入快速有序發展階段。

[1]刁秀華. 中國能源安全：現狀、特點與對策[J]. 東北財經大學學報，2009（3）：50-55.

[2]張福琴，邊鋼月，邊思穎. 高油價背景下我國乙烯產業發展分析[J]. 中國石油和化工經濟分析，2008（9）：26-29.

[3]錢伯章. 中國乙烯工業市場和原料分析[J]. 中外能源，2011，16（6）：62-73.

[4]陳俊武，陳香生. 與石油化工和熱電聯合是煤化工可持續發展之路[J]. 煉油技術與工程，2009，39（1）：1-7.

[5]孫銘緒，趙黎明，林彬彬. 水煤漿氣化生產甲醇配套變換工藝[J].化學工程，2011，39（11）：99-102.

[6]王一中. “煤代油”改造工程凈化工藝路線選擇[J]. 大氮肥，1995（6）：401-408.

[7]何永昌譯. “大甲醇”技術及其應用[J]. 化肥設計，2003，41（1）：59-62.

[8]張明輝. 大型甲醇技術發展現狀評述[J]. 化學工業，2007，25（10）：8-12.

[9]孫高攀. Davy大甲醇技術初期運行中床層超溫問題的淺析[J]. 內蒙古石油化工，2011（17）：125-127.

[10]Kaiser S W. Methanol conversion to light olefins over silicoaluminophosphate molecular sieves [J]. Arab. J. Sci. Eng.，1985，10：361-366.

[11]Union Carbide Corporation. Production of light olefins from aliphatic hetero compounds：WO，86/04577[P]. 1986.

[12]Union Carbide Corporation. Production of light olefins from aliphatic hetero compounds：US，4677243[P]. 1987.

[13]UOP. Chemical conversion process：US，4861938，1989；EP，359843 B1 [P]. 1992.

[14]譚涓，何長青，劉中民. SAPO-34分子篩研究進展[J]. 天然氣化工，1999，24（2）：47-52.

[15]劉紅星，謝在庫，張成芳，等. 甲醇制烯烴（MTO）研究新進展[J]. 天然氣化工，2002，27（3）：49-56.

[16]劉中民，齊越. 甲醇制取低碳烯烴（DMTO）技術的研究開發及工業性試驗[J]. 中國科學院院刊，2006，21（5）：406-408.

[17]陳香生，劉昱，陳俊武. 煤基甲醇制烯烴（MTO）工藝生產低碳烯烴的工程技術及投資分析[J]. 煤化工，2005（5）：6-11.

[18]王皓，王建國. MTO烯烴分離回收技術與烯烴轉化技術[J]. 煤化工，2011（2）：5-8.

[19]吳秀章. 世界首套甲醇制烯烴（MTO）工業裝置及開工技術[C]//中國工程院化工、冶金與材料工程學部第九屆學術會議論文集.徐州：中國礦業大學出版社，2012：34-42.

[20]閆國春. 甲醇制烯烴工藝副產碳四的綜合應用[J]. 內蒙古化工，2007（8）：38-41.

[21]蘭秀菊，李海賓，姜濤. 煤基混合碳四深加工方案的探討[J]. 乙烯工業，2011，13（1）：12-16.