煤制乙二醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究及展望

楊曉通，時(shí) 鵬

(河南龍宇煤化工有限公司，河南 永城 476600)

乙二醇(EG)又名“甘醇”，物理性質(zhì)為無色無臭、有甜味液體，對(duì)動(dòng)物具有一定毒性[1]。乙二醇的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，可用于生產(chǎn)聚酯，進(jìn)一步加工為塑料瓶、滌綸、薄膜等產(chǎn)品，目前，廣泛應(yīng)用于服裝、包裝、醫(yī)療衛(wèi)生等行業(yè)，此外，乙二醇還多用于防凍劑、增塑劑等行業(yè)。

乙二醇的生產(chǎn)工藝路線有很多，其中主要包括煤制乙二醇直接和間接合成法、乙烯制乙二醇[2]。由于煤制乙二醇工藝技術(shù)路線具有投資少、消耗少、技術(shù)發(fā)展成熟等的優(yōu)點(diǎn)，且選用煤炭作為原料，與其它乙二醇生產(chǎn)工藝相比，更符合我國煤炭資源豐富的基本國情，深受煤化工行業(yè)的廣泛關(guān)注。因此，大力發(fā)展煤制乙二醇產(chǎn)業(yè)，提高國內(nèi)乙二醇產(chǎn)能，既填補(bǔ)了我國乙二醇市場(chǎng)需求的缺口，也為煤炭行業(yè)轉(zhuǎn)型增添了動(dòng)力。

1 乙二醇生產(chǎn)工藝

1.1 煤制乙二醇(間接合成法)

如圖1所示，煤制乙二醇生產(chǎn)工藝路線是以煤炭為主要原料，通過氣化、變換、凈化以及分離提純后得到CO和H2。間接合成法工藝路線主要包括三步反應(yīng)：(1)O2、NO和甲醇發(fā)生酯化反應(yīng)生成亞硝酸甲酯(MN)；(2)CO與MN在羰基化偶聯(lián)催化劑(Pd/Al2O3)的作用下發(fā)生羰化合成反應(yīng)生成草酸二甲酯(DMO)；(3)DMO和H2在加氫催化劑(Cu/SiO2)的作用下發(fā)生加氫反應(yīng)生成乙二醇，后續(xù)進(jìn)入乙二醇精餾系統(tǒng)通過精餾方式得到精制乙二醇產(chǎn)品。其反應(yīng)方程式如下：

MN再生反應(yīng)：1/2O2+2NO+2CH3OH=2CH3ONO+H2O

DMO合成反應(yīng)：2CO+2CH3ONO=(COOCH3)2+2NO

DMO加氫反應(yīng)：4H2+(COOCH3)2=(CH2OH)2+2CH3OH

總反應(yīng)方程式：2CO+4H2+1/2O2=(CH2OH)2+H2O

間接合成法制乙二醇工藝路線具有能耗低、水耗少的優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)方法不使用高壓反應(yīng)裝置，通過設(shè)置固定床或流化床反應(yīng)器，防止生產(chǎn)過程中催化劑的損失，提高了催化劑的使用壽命[3]。

圖1 煤制乙二醇生產(chǎn)工藝

1.2 直接合成法

直接合成法是利用CO和H2在催化劑作用下一步合成乙二醇，該技術(shù)方法存在諸多不足，催化劑的研發(fā)是關(guān)鍵，當(dāng)前催化劑存在乙二醇選擇性不高，產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率低，副產(chǎn)品種類較多等問題，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)較為困難。

1.3 乙烯制乙二醇

乙烯制乙二醇工藝技術(shù)路線是以乙烯作為原料，該技術(shù)路線是先將乙烯氧化生成環(huán)氧乙烷，再通過水合反應(yīng)得到乙二醇。乙烯的來源途徑主要有石油、天然氣、煤制氣(甲醇)等。其中，石油制乙二醇工藝是利用原油加工的石腦油為原料生產(chǎn)乙烯；天然氣制乙二醇以油田開采產(chǎn)生的伴生氣或頁巖氣獲得乙烷，再通過乙烷裂解成乙烯。目前石油和天然氣制乙二醇主要以中東、北美地區(qū)為主。

煤制氣(甲醇)制乙二醇工藝是通過利用煤氣化后的合成氣(CO、H2)催化制得甲醇，再將甲醇烯烴化(MTO)后得到乙烯。目前國內(nèi)技術(shù)主要有中科院大連化物所的DMTO、中國石化公司的SMTO和清華大學(xué)的FMTO三種不同煤(甲醇)制烯烴工藝路徑。煤制乙二醇工藝技術(shù)的研發(fā)象征著我國在世界上擁有了一套完整的獨(dú)立自主的煤制乙二醇技術(shù)路線[4]。

1.4 生物制乙二醇設(shè)想

生物質(zhì)制乙二醇技術(shù)路線是以廢棄的農(nóng)作物秸稈為原料，利用可再生的生物質(zhì)制取乙醇后，通過乙醇發(fā)生消去反應(yīng)后得到乙烯，乙烯與溴水發(fā)生加成反應(yīng)生成1，2-二溴乙烷，1，2-二溴乙烷再發(fā)生水解反應(yīng)后就可得到乙二醇[5]。利用可再生的生物質(zhì)制取乙二醇，在解決不可再生能源消耗過快問題的同時(shí)，還可以解決環(huán)境污染問題，有效地降低生產(chǎn)成本，是今后工業(yè)化生產(chǎn)乙二醇的重要研究方向。

2 乙二醇發(fā)展現(xiàn)狀

國家政策方面，2019年我國最新修改并發(fā)布的《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄(2019年本，征求意見稿)》將20萬t/a及以上合成氣制乙二醇的鼓勵(lì)類項(xiàng)目更改為限制類項(xiàng)目。鼓勵(lì)項(xiàng)目的取消以及更高標(biāo)準(zhǔn)的安全環(huán)保規(guī)定，向國內(nèi)煤制乙二醇行業(yè)提出了更高的要求，企業(yè)應(yīng)當(dāng)樹立嚴(yán)格的安全環(huán)保意識(shí)，在擴(kuò)大乙二醇產(chǎn)能規(guī)模的同時(shí)，提高合成氣制乙二醇技術(shù)創(chuàng)新能力，加強(qiáng)廢氣、廢水的處理能力，減少或避免安全環(huán)保事故的發(fā)生。

成本效益方面，在當(dāng)前市場(chǎng)形勢(shì)下，國內(nèi)主流工廠煤制乙二醇成本為4350元/t左右，2019年4月乙二醇產(chǎn)品價(jià)格顯示月平均價(jià)格為4600元/t，煤制乙二醇行業(yè)整體收益較小，同時(shí)受國際原油價(jià)格和聚酯下游產(chǎn)品價(jià)格影響較大。此外，具相關(guān)資料顯示，2018年乙二醇產(chǎn)能增加產(chǎn)能約150萬t，但由于裝置處于剛建成調(diào)試等技術(shù)原因，開工率相較2017年略微有所下降。

產(chǎn)能供需方面，目前我國乙二醇總產(chǎn)能約為1050萬t，其中，煤制乙二醇產(chǎn)能約500萬t。表1展示了國內(nèi)主要煤制乙二醇企業(yè)及產(chǎn)量，從表中可以看出，國內(nèi)煤制乙二醇企業(yè)主要分布在內(nèi)蒙古、河南、新疆和安徽等地。圖2展示了近年來國內(nèi)乙二醇總產(chǎn)能、進(jìn)口量及自給率。如圖2所示，與2018年663萬t的乙二醇總產(chǎn)量相比，2019年國內(nèi)乙二醇總產(chǎn)量同比增長(zhǎng)116.1%，乙二醇進(jìn)口量約979.1萬t，同比增長(zhǎng)11.9%，國內(nèi)乙二醇自給率40.4%[6]。

表1 煤制乙二醇生產(chǎn)企業(yè)分布

圖2 我國乙二醇供需情況

3 煤制乙二醇行業(yè)發(fā)展展望

目前，我國已經(jīng)成為了乙二醇的最大消費(fèi)國和主要生產(chǎn)國。其中聚酯行業(yè)作為乙二醇的主體消費(fèi)行業(yè)，消費(fèi)占比約93.2%，滌綸長(zhǎng)絲、滌綸短纖等聚酯下游產(chǎn)品占聚酯行業(yè)消費(fèi)75%左右，因此，紡織業(yè)的市場(chǎng)趨勢(shì)在一定程度上影響著乙二醇行業(yè)的效益。隨著國內(nèi)紡織業(yè)的回暖，乙二醇主要下游聚酯產(chǎn)業(yè)從2016年下半年起逐漸復(fù)蘇，2017～2018年進(jìn)入了產(chǎn)能擴(kuò)張的高峰期。截至2018年年底，我國聚酯產(chǎn)能增至5400萬t，折合乙二醇消耗量約1800萬t。對(duì)比往年資料，乙二醇需求的增長(zhǎng)是遠(yuǎn)大于產(chǎn)能的增長(zhǎng)，因此國內(nèi)乙二醇發(fā)展前景還是非常開闊和樂觀的。

對(duì)于合成氣制乙二醇技術(shù)路線，乙二醇的生產(chǎn)受其地域資源的限制，煤制乙二醇路線以華北地區(qū)和中南地區(qū)為主，而乙二醇的主要消費(fèi)領(lǐng)域聚酯行業(yè)的加工產(chǎn)地多位于東南部沿海區(qū)域，相較于華東地區(qū)以海中石油為原料制乙二醇，煤制乙二醇有著運(yùn)輸成本高和煤制產(chǎn)品質(zhì)量低的劣勢(shì)。因此，煤制乙二醇生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)在生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)中應(yīng)發(fā)揮煤制乙二醇工藝技術(shù)成本低、能耗少的優(yōu)勢(shì)，建立成本管控體系，優(yōu)化生產(chǎn)技術(shù)減少不必要的能耗損失，提高連運(yùn)時(shí)間，降低開車成本，此外還可采取充分利用余熱、減少漂水損失等措施提高生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)能力。

4 總結(jié)

煤制乙二醇行業(yè)的發(fā)展較乙烯制乙二醇更加符合我國“富煤、貧油、少氣”的基本國情，而且未來中國依然是乙二醇需求大國。2019年國內(nèi)仍有新疆天業(yè)、陜西煤化、湖北三寧等新建煤制乙二醇項(xiàng)目，隨著國內(nèi)乙二醇產(chǎn)能的提高，乙二醇進(jìn)口需求量有望降低。但是，煤制乙二醇成本低廉的優(yōu)勢(shì)受到較大影響。此外，煤制乙二醇產(chǎn)品質(zhì)量與石油路線制乙二醇質(zhì)量相比又略微不足。因此，擴(kuò)大乙二醇產(chǎn)能需參照市場(chǎng)行情及行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，以免造成國內(nèi)乙二醇產(chǎn)能過剩，導(dǎo)致企業(yè)出現(xiàn)虧損，進(jìn)而影響到企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)與轉(zhuǎn)型升級(jí)。