甲醇制低碳烯烃技术现状及前景分析

韩宝庆

（天津大沽化工股份有限公司，天津 300455)

以乙烯和丙烯为代表的低碳烯烃是重要的基本化工原料，随着我国经济的快速发展，特别是现代化学工业的发展对低碳烯烃的需求日渐攀升，供需矛盾也将日益突出。目前国外乙烯和丙烯的主要生产原料是低碳烷烃和石油，而我国主要依赖于石油，2012年我国原油进口量已经超过了2.7亿t，进口依存度已接近57%；同时乙烯和丙烯的年进口量不断攀升，据统计，2012年我国乙烯的进口量在140万t左右，而丙烯的进口量已经超过了200万t。因此，发展非石油路线生产低碳烯烃是解决国内化工原料紧缺的重要途径，也是国家化工工业战略的重要组成[1]。

甲醇制低碳烯烃是指以甲醇为原料，在适当催化剂作用下，利用固定床或流化床反应器，使甲醇发生脱水并进行碳链重整制取低碳烯烃的过程。根据目的产品的不同，分为甲醇制烯烃工艺（MTO），和甲醇制丙烯工艺（MTP）。本文主要介绍MTO工艺。

目前较为成熟的MTO技术主要有环球石油公司（UOP）和海德鲁公司（Norsk Hydro）共同开发的UOP/Hydro MTO技术，中国科学院大连化学物理研究所自主创新研发的DMTO技术以及中石化的SMTO技术。

1 技术发展介绍

1.1 国外技术发展情况

美国埃克森-美孚和德国巴斯夫于20世纪80年代完成了甲醇制烯烃中试工作，选用沸石催化剂；环球油品公司(UOP) 利用其自主研发的催化剂，主要成分是小孔磷硅铝（以下简称SAPO-34），1995年与海德鲁公司在比利时共同建设了一套日处理甲醇0.75t的中试装置，甲醇转化率为100%，乙烯和丙烯的选择性接近90%，该技术采用可连续反应-再生的流化床作为反应器，连续稳定运行90d，并打通了工艺的全流程，产出了较高纯度的烯烃产品，可满足工业化要求[2]。

1.2 国内技术发展情况

国内甲醇制烯烃技术主要有大连化物所的DMTO技术和中石化的SMTO技术。

DMTO技术是由中科院大连化学物理研究所、陕西煤业化工集团有限责任公司和正大能源集团三方合作组建的新兴能源科技有限公司，所开发出的具有自主知识产权的甲醇制烯烃生产技术。该公司与洛阳石油化工工程公司共同推广该项技术。该技术已于2006年在陕西完成年处理甲醇1.67万t的中试工作，烯烃转化率接近80%，达到世界先进水平，可以满足大型工业流化床的装置要求。神华集团采用该技术在内蒙古包头建设的60万t/aDMTO项目，已于2010年投产，成为全球首套DMTO工业化装置[3]。

2007年，中国石化在燕山石化进行万吨级甲醇制烯烃（SMTO）中试，产出的乙烯、丙烯直接送燕山石化现有装置进行后续处理，实现连续运行。该装置采用流化床反应器和上海石油化工研究院提供的SAPO-34分子筛催化剂。2011年10月，中石化已将该技术成功应用到中原石化20万t/a装置上，实现了稳定运行[2]。

2 生产工艺介绍

甲醇制乙烯和丙烯的生产工艺，以下简称MTO，主要分为两部分。一个是甲醇反应单元，另一个是轻烯烃回收单元。反应单元是该工艺的核心。下面分别介绍国内外主要甲醇制烯烃技术商情况。

2.1 大连化物所技术

目前国内外甲醇制烯烃的主要技术商是新兴能源科技有限公司。以下是其反应技术配套鲁姆斯烯烃分离技术的工艺流程简图[3]（见图1）。

图1 大连化物所DMTO和Lummus烯烃分离配套工艺流程简图

该工艺分为一代技术（简称DMTO-I）和二代技术（简称DMTO-II）。一代技术的工艺过程如下：甲醇经过流化反应器后生成混和烯烃，经过分离后得到乙烯、丙烯和部分C4（以丁烯为主）产品；二代技术与一代的主要区别是可以将中间产物C4经过回炼生成更多的丙烯，使乙烯和丙烯的转化率提升近10%，达到85%～90%。可使吨烯烃的甲醇消耗由2.96下降到2.7左右[3]。

截止2012年底大连化物所DMTO技术已授权的主要项目有神华包头、陕西榆林、陕西蒲城和宁波禾元等18家企业，累计烯烃规模超过1000万t/a[3]。

2.2 UOP技术

美国环球油品公司(UOP)是霍尼韦尔旗下的子公司。UOP在FCC（催化裂化）技术方面拥有丰富经验，据统计从20世纪70年代至今，UOP已授权转让215套催化裂化装置，目前运行的装置数量仍有150 多套[4]。

1995年环球油品公司 (UOP)和海德鲁公司(Norsk Hydro)合作建设了一套粗甲醇加工示范装置，凭借成功的中试项目数据，该公司宣称可以实现50万t/a以上的甲醇制烯烃工业化装置，该技术简称UOP/Hydro MTO工艺[4]。

以下是UOP/HydroMTO工艺流程简图[4]（见图 2）。

图2 UOP/Hydro MTO工艺流程简图

UOP/Hydro MTO技术曾在20世纪初转让给尼日利亚一套80万t/aMTO装置，但由于项目延期，一直没有实现工业化。到2012年底，该公司已将其技术授权转让给南京惠生、山东阳煤和内蒙久泰能源3家企业，累计烯烃产能为120万t/a，其中南京惠生30万t/aMTO项目将于2013年投产[2]。

2.3 中石化技术

中石化甲醇制烯烃技术简称S-MTO，于2007年完成中试。该技术选用流化床反应器，催化剂为自主研发的SAPO-34分子筛催化剂，甲醇转化率在99.6%以上，乙烯和丙烯的选择性在80%以上，三烯的选择性在90%以上[2]。

2007年中国石化在燕山石化完成了100t/d甲醇制烯烃（SMTO）工业化实验。该装置采用流化床反应器和上海石油化工研究院提供的SAPO-34分子筛催化剂，吨烯烃约消耗3t甲醇。应用该技术的中原石化20万t/aSMTO项目已稳定运行。并且，中石化已完成60万t/a SMTO工艺包开发，具备了设计和建设大型SMTO工业化装置的条件。中石化规化在贵州、河南、新疆、内蒙古和山西等地建4～5套SMTO工业化装置[2]。

SMTO工艺同样包括甲醇转化和轻烯烃回收两部分。甲醇转化部分包括反应-再生反应器，急冷塔、水汽提塔和氧化物回收塔；轻烯烃回收工艺采用前脱乙烷路线，主要包括压缩、碱洗、脱乙烷、脱甲烷、脱丙烷、脱丁烷和相应产品精馏塔等[2]。

3 甲醇制烯烃原料介绍

3.1 煤

我国煤资源丰富，已探明的煤炭储量占世界煤炭储量的33.8%[1]，可采量位居第二，产量位居世界第一位，出口量仅次于澳大利亚居于第二位。表1是2012年我国主要产煤省份介绍[1]。

表1 2012年我国主要产煤省份储量和产量对比

虽然我国煤资源丰富，但地域差异严重，大部分集中在中西部省份，发展MTO虽有资源保障，但存在水资源匮乏和运输瓶颈等问题。

3.2 甲醇

截止2012年世界甲醇生产能力为1.18亿t，产量为0.66亿t，我国甲醇产能为5500万t，产量为2600万t，市场需求量在3200万t左右[2]。表2是国内主要甲醇生产企业情况[1]。

表2 2012年我国主要甲醇生产企业产能及路线

我国甲醇生产能力虽然总体过剩，但存在装置规模小、技术落后，以煤路线为主生产成本高的客观现实，因此很难为新建MTO装置提供充分、稳定的原料供应。

我国是甲醇净进口国，年均进口量持续稳定在500万t以上[1]；我国进口甲醇主要来源于中东地区，该地区各国凭借丰富的石油和天然气资源，使甲醇成本优势明显，因此成为我国进口甲醇的主要来源地。

4 甲醇制烯烃未来发展趋势

未来3～5年将是我国甲醇制烯烃行业快速发展阶段，预计十二五末我国甲醇制烯烃装置产能将达到1000万t[1]。主要以煤基路线为主，以进口甲醇路线为辅。目前在原油价格高于80美元/桶的形势下，煤基和进口甲醇制烯烃均有可观利润。虽然我国已经提高了MTO项目准入门槛，以防止烯烃行业过度投资，形成供大于求的局面，同时可以确保项目的综合竞争力，但是甲醇制烯烃行业同样面临诸多挑战：

1）技术的成熟度和资源、环保压力；

2）若征收碳排放税，将使成本大幅上升；

3）美国页岩气资源的开发利用和中东地区以油田伴生气为原料新增的乙烯产能，将会严重冲击烯烃市场；

4）如果北美或中东地区利用其丰富的天然气资源和大型甲醇装置，来配套MTO项目生产烯烃，将对世界范围内的原油和煤路线烯烃装置产生根本的影响。

因此如何把握时机，保证MTO项目甲醇原料的竞争力，同时不断完善MTO技术，提高产品转化率，降低原料消耗和综合能耗将是决定未来甲醇制烯烃项目是否可以长久生存和发展的关键。

［1］隆众石化网DB/OL.http://www.oilchem.net.

［2］钟思青. 甲醇制低碳烯烃（MTO） 技术进展及工业应用现状DB/OL，.2011，07.百度文库. http://wenku.baidu.com/view/0aacbabcf121dd36a32d8289.html.

［3］中国科学院大连化学物理研究所新兴能源科技有限公司.甲醇制取低碳烯烃技术（DMTO）进展.第五届国际聚烯烃高峰论坛，DB/OL.2011，05.豆丁网. http://www.docin.com/p- 231150931.html.

［4］DesPlaines.UOP 公司，甲醇制备烯烃（MTO）.DB/OL. 豆丁网.http://www.docin.com/p- 378769761.html.