我国煤制甲醇前景概述

刘艳红

（赤峰学院 化学化工学院，内蒙古 赤峰 024000）

我国煤制甲醇前景概述

刘艳红

（赤峰学院 化学化工学院，内蒙古 赤峰 024000）

随着国家对环保要求的提高和人们环保意识的增强，面对全球石油和天然气资源日益枯竭的现状，甲醇作为替代能源在全世界迅速发展.由于煤制甲醇生产技术成熟、成本低，加上甲醇汽车技术基本成熟，因此在推广甲醇替代或部分替代汽油，发展使用甲醇作为新的替代燃料，已经成为一种趋势，然而目前国内大部分生产装置的生产能力小，所以很难形成规模效益，不能与国外相竞争，所以改善煤炭资源丰富与甲醇的生产力落后的矛盾是当务之急.

煤化工；甲醇燃料；煤炭洁净技术

煤制甲醇即以煤为原料生产甲醇.即以煤炭、天然气、焦炉气三者为原料制备甲醇，且以煤炭为主，这种结构符合气资源不足，煤炭资源相对丰富的国情.经过专家学者的努力，我国在利用高硫、劣质煤生产甲醇的方面取得不错的进展.甲醇是具有与汽油类似的燃烧特性的有机物，与汽油以任何比例混溶，可作为汽车发动机的混合燃料，或单独作为甲醇汽车的燃料.甲醇里不含硫，所以在燃烧时不会产生含硫化物黑烟，其环保性能远远优于含硫的汽油，因而甲醇是一种理想的代替石油的清洁燃料.甲醇，无论作为化工合成原料还是作为替代燃料，具有广阔的发展和推广前景[1].

1 能源燃料面临的主要问题

随着科技的进步和工业的发展，全球化经济已经形成，随之而来的是全球性的能源危机，我国尤其能源危机尤为严重，成为制约中国经济发展的关键因素.所以21世纪的中国能源结构必须逐步走向多元化发展，开发有更多替代产品的新能源，以满足国家又好又快的发展需求.我们知道中国是个“石油和天然气储量少而煤炭资源相对丰富”的国家.目前专家学者一致认为2l世纪世界煤化工发展的主流方向是发展煤炭洁净利用技术，发展洁净煤技术之一应是气化技术、合成燃料技术(主要指醇燃料和烃燃料)及多联产工艺技术.其产业化重点应该放在影响大使用广的合成洁净燃料技术，煤制发动机燃料在能源安全和环境保护上来讲都较具影响[2].在合成发动机燃料技术方面，目前，较为成熟的是煤制烃类含氧化合物的甲醇技术，由于甲醇价格较汽油要低很多，并且使用起来环境效益好，如果推广可使汽车燃料成本大大降低，所以在市场上竞争力最强.甲醇作为能源向多元化方向发展的一个重要领域，引起全球专家学者和行业企业的广泛的关注.因此煤制甲醇也就成为现代煤化工较具影响的技术领域.

2 国内外的甲醇产量及甲醇汽车原料应用分析

目前全球的甲醇需求成逐年递增的趋势，而我国作为能源使用大国需求增加更是迅猛.如根据美国《化学周刊》的报道，截至2006年底世界甲醇的2006年总需求达3680万吨，总生产能力接近4800万吨，预计2010年的甲醇产量能达到5947万吨.2006年中国甲醇表观消费约为800万吨，2007年需求量将达到900万吨，预计未来几年内消费量还会以8%～10%的速度增长.到“十一五”末期，甲醇生产厂家大约有200家，产能在2500～3200万吨，产量1900～2500万吨，发展十分迅速[1].

随着甲醇需求的增加，人们使用各种方法来提高甲醇的产量，其中煤基甲醇产业的发展在技术上已经成熟.甲醇的传统消费领域是主要用于生产甲醛醋酸MTBE和用作溶剂，因为产品消费市场比较单调，所以甲醇需求量增长率有限，年增长率仅在10%左右.甲醇汽车燃料未来有望在甲醇应用领域取得突破，甲醇制烯烃及二甲醚燃料等，随着汽车消费市场的扩大以及全球石油危机，这些新兴应用领域的发展将极大地带动甲醇的需求量的极大提高，从而促进煤基甲醇产业的不断完善和快速发展[2].

各国专家学者开始寻找替代能源，取得了不少的收获，其中煤基甲醇燃料进展尤为突出.首先新西兰、德国、瑞典等国开始使用含5%甲醇的M5汽油；1987年美国加州甚至开始使用含85%甲醇的M85汽油；作为能源危机的大国，我国在“六五”和“七五”期间国家科技重点攻关项目之一就是甲醇汽车开发技术，2002年在山西省太原、阳泉、临汾、晋城4个城市进行了甲醇汽油应用试验.尽管甲醇掺烧汽油具有以下有点首先经济性好，其价格仅为石油的一半；其次动力性能好，世界上最昂贵、速度最快、科技含量最高的F1赛车还有航模，都是以甲醇作为动力能源；最后CO和碳氢化合物排放量低，由于甲醇中含氧高燃烧充分.但迄今为止甲醇应用于汽车燃料一直未获得广泛推广，其根本原因是：甲醇有毒以及沸点低易挥发，使得甲醇在储运、销售、使用和车辆维修保养时，其毒性都难以难以防范；从环保方面看，如果汽车以甲醇作为动力，其甲醛的排放量为同量汽油的3～6倍；从产生的热能看，甲醇的热能值不到汽油的一半，其耗量是汽油的1.8-2倍.特别是甲醇的腐蚀性，使汽车的耐久性难以保证.

综合以上利弊，学者们作了很多的努力，试图克服限制甲醇燃料使用的种种瓶颈.如关于甲醇燃烧问题中国最近取得了2个突破性成果，一个是国家经贸委立项的山西省甲醇燃料汽车示范工程项目通过验收.在中巴车上安装的多点电喷甲醇发动机，来解决煤制甲醇燃料燃烧不充分的弊端，经全速全负荷可靠性试验验收和投产验收表明，与化油器式的同型汽油发动机性能大大提高，百公里的油耗较传统的化油器型中巴车降低，尾气排放较传统的化油器型中巴车碳氧化合物降低了15%～40%，热效率也提高19%.另一个突破性成果是大同汽车制造厂对传统汽油机结构进行了改造，成功地研制出了国内第一台全甲醇(M100)发动机.它的显著优点是：全甲醇发动机，不加入汽油，这样就有效地避免了国产甲醇含蜡成份高，而导致传统甲醇发动机发生经常发生喷油嘴被蜡质堵塞的现象，较好地解决传统甲醇发动机的雾化程度不高、燃烧不净的问题，其燃料消耗比传统甲醇发动机下降30%以上.它的生产成本与普通汽油发动机相当.这两项成果的取得，使得甲醇成为汽车燃料的推广取得突破性进展，同时也符合环境友好型社会的要求.

3 煤制甲醇生产过程

甲醇的合成始于1923年，由BASF公司研制，其温度和压力都很高，被称为高温反应法，后经过改进，采用铜作为催化剂，将反应压力和温度降低，称为低温反应法，目前大多数甲醇都是以低压反应法制得的.煤制甲醇属于煤间接液化范畴，目前其合成普遍采用的是鲁奇法和ICI法工艺流程[3]，流程主要包括用煤和高纯氧来制造反应气、将分离出的反应气进行压缩、在反应器中粗合成和将制得的粗甲醇在精馏塔中精制等4个工序.首先,由煤运系统将原料煤送入鲁奇高压气化炉，使用纯氧作为气化剂，为了调整煤浆的粘度和Ph值，分别加入木质磺酸类和42%的碱液加以调整，产出的高温混合气经冷却脱出煤焦油、硫化物以及二氧化碳，然后分离出H2和CO的合成气.煤洁净利用的关键所在是，煤气化制成合成气可以脱除气态硫等污染物，脱硫的合成气经过换热、冷却、压缩后转入列管式或等温式反应器里进行合成反应.

甲醇合成反应为放热反应，反应器设计首先考虑如何降低温度，使反应朝着有利产物生成的方向.冷激式绝热反应器和列管式等温反应器是目前被工业广泛采用的反应器.甲醇反应器材一般采用铬镍钛的合金，目的是防止H2和CO腐蚀，为使反应顺利进行一般加入铜系催化剂，常见的是CuO-ZnO-Al2O3.由于是放热反应，反应热使得反应的单程转化率低，这样我们可以考虑将反应气进行循环反应，最后制得的粗甲醇再进一步在精馏塔里进行精制[4].这样就能制得纯度达到99.185%的甲醇.

4 国内外的甲醇需求统计与预测

从总体来讲，世界甲醇供需基本平衡，但不同地区情况也各不相同.拉丁美洲、东欧、中东、非洲、大洋洲的甲醇供大于求，而美国、西欧、亚洲甲醇供不应求，主要依赖进口解决.世界甲醇生产主要集中在特立尼达、智利、新西兰、沙特和俄罗斯这些天然气资源比较丰富的地区，中国也已经成为世界甲醇主要生产地区，但中国的甲醇生产主要以煤炭为原料.随着全球能源危机的加剧，世界甲醇的产量还会不断增加.

当前甲醇衍生物的消费结构居第一位的仍为甲醛，约占35%～36%；其次为甲基叔丁基醚(MTBE)，用作无铅汽油辛烷值添加剂，约占27%，在美国已经禁止使用；第三为醋酸，约占7%～9%.截至2011年底，甲醇市场出现供过于求的现象.2000年世界甲醇生产能力为3803万吨，需求量仅为3020万吨；2005年生产能力达到4294万吨，而需求量为3481万吨；到2010年，甲醇生产能力为5099万吨，需求量为4226万吨[5].

中国的煤制甲醇生产技术日益成熟，市场发展迅速，但生产规模小，形不成规模效应.而且中国甲醇主要用于化学合成，其次才是燃料和溶剂，近年来随着甲醇衍生物的生产增长速度加快，而医药和燃料市场平稳增长，农药和溶剂在总量中所占比例有所下降.根据对甲醇下游相关行业的统计，到2005年中国甲醇需求量为345万～360万吨，2010年需求量约为435万～480万吨，考虑到2001～2010年间将有一部分小甲醇装置由于技术落后被淘汰.因此2010年中国甲醇约有100万吨左右的缺口[5].截至2011年10月底，国内甲醇产能已经达到4300万吨.

5 结语

当前世界原油紧张，针对原油的争夺战愈演愈烈，而我国的原油半数依赖进口，能源安全受到严重威胁，再加上全球温室气体排放及环保问题，为了可持续性发展，寻找替代原油的能源已成为当前的主要任务之一.尤其现代工业和交通对能源的依存日益严重，如果没有能源，那么中国的工业和交通就会陷入瘫痪，所以寻找替代能源已被纳入国家战略规划，如果甲醇掺烧汽油政策出台，会对能源危机的解决起到重大作用.但国内煤制甲醇的普遍技术还不够成熟，造成甲醇生产规模小，生产厂家比较分散，产能低，再加上外国市场大量廉价甲醇的涌入.所以，需要我们进一步改进煤制甲醇的生产技术来提高原料的利用率，真正做到节约能源的目的.

〔1〕李永生．煤制甲醇项目的可行性．同煤科技，2005(3):30-33.

〔2〕张玉卓．神华集团的煤炭洁净转化战略．中国煤炭，2004(4):5-7．

〔3〕杨绍斌，王继任，王志宏．中国煤制甲醇的现状与发展．洁净煤技术，2001(1):35-39.

〔4〕张明辉，夏俊兵．我国煤基甲醇产业的技术进展及发展前景分析．神化科技，2009(8):86-88.

〔5〕徐兆瑜．甲醇产业的发展和工艺技术新进展[J]．精细化工原料及中间体，2007(6)：23—26．

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1673-260X（2012）04-0004-02