我国煤制烯烃产业现状及发展前景

周传雷

（黑龙江省石油化工干部学校，黑龙江 哈尔滨 150076）

乙烯、丙烯作为主要的化工原料，其产量的高低往往被视为一个国家石化工业发达程度的标志。传统的生产工艺是通过石脑油（石油轻馏分的泛称）裂解制取乙烯和炼厂催化裂化副产丙烯。其缺点是过分的依赖石油，特别是在石油资源日益匮乏的今天，其前景堪忧。

2010年中国乙烯产量达到1418万t超过日本跃居世界第二位，丙烯产量约1380万t约占世界总产量的16.8%。而中国2010年的原油消耗量为4.42亿t，其中进口2.39亿t，进口量同比2009年增长17.4%，占到全部原油消费的54.1%。由此可见，中国的石油资源越来越无法满足国内石化工业的发展。

国民经济的持续健康发展要求我国企业必须依托本国资源优势发展化工基础原料，煤制烯烃技术是以煤替代石油生产甲醇，进而再向乙烯、丙烯、聚烯烃等产业链下游方面发展。国际油价的节节攀升使煤制烯烃项目的经济性更具竞争力。采用煤制烯烃技术代替石油制烯烃技术，可以减少我国对石油资源的过度依赖，而且对推动贫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 主要工艺路线

煤基甲醇制烯烃是指以煤经气化合成的甲醇为原料，借助类似催化裂化装置的流化床反应形式，生产低碳烯烃的化工技术。目前，国外具有代表性的煤制烯烃工艺技术主要是：美国UOP／挪威Hydro、Exxon Mobil公司开发的MTO技术，以及德国鲁奇（Lurgi）开发的MTP技术。MTO煤制烯烃工艺的产物主要是乙烯和丙烯，而MTP煤制烯烃工艺主要以生产丙烯为主，同时也副产乙烯和LPG。

一般认为甲醇制烯烃的反应过程是：甲醇首先脱水为二甲醚（DME），再继续脱水生成包括乙烯和丙烯在内的低碳烯烃，少量低碳烯烃则以缩聚、环化、脱氧、烷基化、氢转移等反应生成饱和烃、芳烃及高级烯烃等[1]。反应方程式如下：

1.1 MTO工艺路线

二十世纪70年代，美国Mobil公司在研究甲醇使用ZSM-5催化剂转化为其它含氧化合物时，发现了甲醇制汽油（Methanol to Gasoline，MTG）反应。1979年，新西兰政府利用天然气建成了全球首套MTG装置，其能力为75万t·a-1，1985年投入运行，后因经济原因停产。从MTG反应机理分析，低碳烯烃是MTG反应的中间产物，因而MTG工艺的开发成功促进了MTO工艺的开发。UOP公司和Norsk Hydro公司于1992年开始联合开发MTO工艺，并在挪威建设了小型工业演示装置，运行时间超过6个月，从而证明MTO工艺的技术可行性。此后，国际上的其它一些知名石化公司，如Mobil、BASF等都投入巨资进行技术开发。

MTO工艺是经由甲醇制取乙烯、丙烯的工艺，主要过程包括甲醇生产、甲醇催化制烯烃、裂解产物分离与精制等几个工艺过程。MTO工艺中最主要的是甲醇转化制烯烃单元，该反应单元除反应段的热传递方向不同之外，其它都和目前炼油过程中的成熟的催化裂化工艺过程非常类似，且由于原料是单一组分，也更容易把握[2]。

MTO工艺的主要工艺流程：液态粗甲醇经加热变成气相，进入流化床转化反应。在催化剂的作用下，生成产物，反应热则通过产生蒸汽移出塔外。反应器设置催化剂溢出侧线，溢出的催化剂通过气力输送进入再生反应器，经空气再生完成的催化剂重新返回转化反应器。如此循环往复，从而保持了催化剂床层的稳定。转化反应器的流出物再经过热回收装置冷却，大部分的冷凝水从产品物中分离出来。产物加压，送入碱脱除系统，然后再干燥脱水。脱水后的产物流入回收段，该段由脱乙烷塔、乙炔饱和器、脱甲烷塔、乙烯分离器、脱丙烷塔、丙烯分离器和脱丁烷塔等七部分组成。在此，根据沸点不同将产物逐一分离出来，同时反应过程中通过使用不同的催化剂控制产物中乙烯和丙烯的比率，以达到高产乙烯或丙烯的目的。

表1 MTO工艺中乙烯与丙烯含量（%）Tab.1 Contentof ethylene and propylene in MTO technology

1.2 MTP工艺路线

甲醇制丙烯（MTP）工艺是德国鲁奇公司使用甲醇作为原料生产聚合物级丙烯的专利技术，该工艺同时可副产乙烯、LPG和汽油。

MTP工艺主要包括甲醇生产、MTP反应、催化剂再生、气体冷却和分离碳氢压缩和精制等工艺部分。

MTP反应单元主要工艺流程是：新鲜甲醇和由甲醇回收塔返回的循环甲醇经过一系列换热设备，加热到275℃。混合物料在DME反应器中于275℃、1.6MPa条件下，在γ-氧化铝催化剂的作用下反应生产二甲醚。之后，生成的二甲醚与循环回的C2/C4/C5混合进入MTP反应器（3台、2开1备），于480℃、0.13MPa下，在沸石基催化剂的作用下进行反应，生成以丙烯为主要产品的各种烃类，再经气体分离和精制最终生产出聚合物级丙烯[3]。

2 国内煤制烯烃产业发展状况

中国的煤炭资源相对于石油资源比较丰富，其1000m以内保有储量约1万亿t，占世界总储量的34%，可开采量为1800亿t左右，以目前的储量足以供中国用100年以上。丰富的煤炭资源为中国煤化工的发展提供了原料基础。煤制烯烃产业是煤炭和能源规划的主要发展方向，也是我国石化振兴的主要内容。中国不断的探索以煤制烯烃为标志的煤化工发展方向，并已取得显著的成效。国内科研机构，如中科院大连化物所、石油大学、中国石化石油化工科学研究院等相继开展了煤制烯烃的研究工作。经多年研究，在借鉴世界上已有的MTO生产工艺的基础上，大连化物所开发出新一代煤制合成气经二甲醚制低碳烯烃的工艺路线（简称DMTO）。DMTO工艺与传统的MTO工艺相比，其CO的转化率高达到90%以上，投资和运行费用节省50%～80%。当采用D0123催化剂时产品以乙烯为主，当使用D0300催化剂是产品以丙烯为主。

目前，我国在第一代DMTO技术的基础上继续加大攻关力度，开始组织新一代甲醇制烯烃技术（DMTO-Ⅱ）的开发，通过优化技术性能，实现甲醇制烯烃技术再创新。该工艺已于2010年5月间完成了万吨级工业化试验，并于6月26日通过了中国石油和化学工业联合会组织的技术鉴定，成果达到世界领先水平。新一代技术每吨烯烃产品甲醇原料单耗降低10%以上，经济性显著提高。

在MTP工艺的研究方面，我国也取得了重大突破。由中国化学工程集团公司、清华大学、淮南化工集团公司联合开发了MTP煤制丙烯技术。该项研究始于1999年，历经8年的技术攻关，终于研制成功具有自主知识产权的新一代MTP工艺技术，即FMTP。2009年10月，世界第一套3万t·a-1流化床FMTP工业性试验装置一次性开车成功。其甲醇转换率达到99.9%，丙烯选择性（C基）%达到67.3%，吨甲醇/吨丙烯比为3.39。

2006年12月经国家发改委核准，由中国神华集团投资170多亿元在包头建设一套采用中国自主知识产权DMTO工艺技术，包括年产180万t煤基甲醇联合化工装置、年产60万t甲醇基聚烯烃联合石化装置的煤制烯烃示范项目，该项目于2010年完工并投料试车，8月份正式实现商业化运营。这套示范装置不仅是我国，同时也是全球首套实现工业化生产的MTO煤制烯烃装置。装置投运后，甲醇单程转化率、乙烯和丙烯的选择性等主要技术指标都超过了预期的水平，这充分证明了这项技术的先进性和可靠性。DMTO技术成功应用后引起了国内外的高度关注，同时也极大地鼓舞和坚定了我国发展煤制烯烃的信心和决心。

2010年10月，由神华宁夏煤业团体公司承建，采用德国鲁奇MTP技术的年产52万t煤基聚丙烯大型煤化工示范项目投料试车，并成功产出纯度为99.69%的丙烯产物，这是全球首套MTP大规模产业化装置。

两个煤制烯烃示范项目的成功，都表明我国已率先掌握了煤制烯烃工业化关键技术，且都开创了世界高碳能源低碳化发展的新途径。随着我国MTO和MTP示范项目的成功，我国煤制烯烃产业也必将迎来一个迅速发展的时期。

截至2011年初，我国在建和拟建的MTO/MTP项目[2]主要有：

（1）包头神华采用DMTO技术的60万t·a-1烯烃项目，已顺利投产；

（2）神华宁煤化工在宁东52万t·a-1丙烯，采用德士古煤气化装置，鲁奇（Lurgi）MTP技术，顺利投产；

（3）大唐国际煤化工在多伦的46万t·a-1丙烯。该项目以内蒙古锡林浩特胜利煤田的褐煤为原料，采用壳牌煤气化装置，MTP煤制丙烯技术，年产46万t聚丙烯及其他多种副产品，近期投产。

（4）此外还有近1100万t的MTO和MTP项目已经规划或开展了前期工作。

3 煤制烯烃的经济性分析

（1）成本分析 2010年，甲醇市场平均价格约2200元·t-1左右，相当于73美元·桶-1石油价格下石脑油裂解烯烃的成本，2010年原油年平均价格为78.8美元/桶，按照目前的石油价格，外购甲醇生产烯烃还具有一定的竞争力。但国际油价并不稳定，如果石油价格下滑较大，则外购甲醇生产烯烃难与石脑油裂解制烯烃进行竞争。但如企业自身拥有煤矿，用自产煤生产甲醇，成本约在800～1000元·t-1左右，则煤制烯烃与石油路线相比具有很大的竞争实力。

（2）投资分析 以MTO或DMTO煤制烯烃工艺建设的万吨级烯烃装置投资约为3.0～3.5亿元，而石脑油裂解制烯烃（包括新建厂，乙烯、丙烯、丁二烯全面深加工和公用工程）的万吨级烯烃装置投资约为1.6～2.0亿元。由此可见，煤制烯烃较石脑油裂解制烯烃的投资大[4]。

（3）综合比较 综合比较煤基甲醇制烯烃和石脑油制烯烃的经济性可以看出，煤基甲醇制烯烃的前期一次性投资较大，但生产成本比石脑油制烯烃降低一半左右，特别是对于50万t以上的装置而言，这个成本优势则更为明显。另外石脑油制烯烃工艺路线受石油资源的制约较大，而我国煤炭资源比较丰富，其价格受外部影响也相对较小，因此，煤基甲醇制低碳烯烃在我国的发展仍具备十分重要的战略优势，无论在资源上，经济上还是能源安全上已具有较强的竞争优势。

4 存在问题及对策

截至2011年初，国内共有在建、拟建以及处于规划阶段的煤制烯烃项目29个，烯烃产能合计超过2000万t·a-1，总投资超过6300亿元。我国是一个相对“富煤少油”的国家，发展煤制烯烃具有一定战略意义，但发展煤制烯烃也应该本着科学的态度，不能盲目发展，搞重复性建设，对发展煤制烯烃的客观条件和市场风险都应有一个清醒的认识[5]。

（1）煤制烯烃仍然面临传统的以原油为原料的石化行业的竞争，特别是中东地区石化工业的快速发展，必将对我国的煤制烯烃产业造成一定的冲击。因此，在发展煤制烯烃项目前应做好充分的经济分析，以免造成不必要的损失和浪费。

（2）尽管目前国内煤制烯烃的工业化技术逐渐走向成熟，但在开工率、设备的稳定性等方面依旧存在问题。这就需要继续加大关键技术的研发力度，特别是新一代高效催化剂的研制，同时积极鼓励研发企业抓紧组织新一代甲醇制烯烃技术工业化示范，为煤制烯烃产业技术升级准备条件。

（3）现代煤化工耗煤、耗水量大，发展煤制烯烃应充分考虑当地的煤炭资源和水资源是否满足需要。煤化工用煤应尽量不与发电用煤、民用煤等冲突，建议使用高硫、高灰劣质煤发展煤化工。同时，考虑到煤制烯烃项目耗水量极大，一定要视当地水资源情况而定，做到不与人争水。

（4）煤化工基地大多远离市场，产品需要外运，交通运输条件往往较差。因此，煤制烯烃项目必须在煤炭坑口的工业化园区一体化建设，以减少运输，保证煤价低廉，同时可充分利用工业园区内的公共设施，减少投资。

（5）煤化工产业均属高耗能、高污染行业，发展煤制烯烃应符合国家节能减排的要求。

综合以上条件可以看出，在我国发展煤制烯烃应综合考虑多方面的情况，同时国家也应做到统筹规划、合理布局，科学引导，规范发展，走安全、经济、环保的循环经济发展道路，确保煤制烯烃产业的良性发展。

5 发展前景

随着世界和中国经济的发展，对石油资源需求不断增长，其供需矛盾日益加剧。据统计，目前全球的石油资源还可供开采50年左右，而煤炭资源则可供开采220年以上。随着石油资源的日益枯竭，以煤炭替代石油作为化工原料势在必行。我国作为一个煤炭生产大国，适度发展煤化工是中国能源结构调整和保证经济高速发展的重要途径。随着中国煤制烯烃取得成功，很可能在全球掀起发展煤化工产业的热潮，特别是对那些拥有丰富煤炭储备的国家如澳大利亚、印尼和印度的化工产业都将产生深远的影响。

[1] 赵毓章，景振华.甲醇制烯烃催化剂及工艺的新进展[J].石油炼制与化工，1999，30（2）：23-28.

[2] 张名辉.我国发展煤制烯烃产业的必要性和可行性探讨[J].化工技术经济,2006,（1）：18-20.

[3] 张殿奎.大型煤气化合成甲醇制丙烯（MTP）是我国煤化工的发展趋势[J].化工技术经济，2007，（1）：1-3.

[4] 陈香生，陈俊武，等.煤基甲醇制烯烃（MTO）工艺生产低碳烯烃的工程技术及投资分析[J].煤化工，2005，（5）：6，7.

[5]龚华俊.“十二五”期间我国煤制烯烃产业发展的几点建议[J].化学工业，2010，28（3）：1-3.