煤制烯烃工艺及下游项目的发展前景

张俊龙

0 引言

乙烯、丙烯是有机化工的重要原料。近年来，现代化工产业的发展对低碳烯烃的需求尤为旺盛，供需矛盾也逐渐突出，其中丙烯产品的缺口尤为明显。作为重要的有机合成单体，丙烯目前主要来自于石脑油蒸汽裂解联产和炼油厂副产[1]。大型炼油和石化装置的丙烯产品基本自用，极少外售，所以很多烯烃下游的化工企业所需的丙烯原料主要依靠进口，因此工信部在“烯烃工业十二五发展规划”中提出了丙烯原料多元化的要求，到2015 年中国丙烯产能达到2 400 万t/a，烯烃原料多元化率达到20%以上。

我国的资源类型属于“富煤、贫油、少气”，因此发展煤化工、建设煤制烯烃项目既有利于缓解社会对能源的需求，也有利于宏观上调整化工行业的产业结构，尤其是对于产煤地区而言具有明显的成本和能源优势。此外，对于煤制烯烃项目，无论是从市场利润的战略角度，还是从产业链的延伸来看，开发符合企业自身发展情况的烯烃下游产品势在必行。

1 煤制烯烃生产工艺

煤制烯烃主要指煤基甲醇制烯烃，是以煤气化合成的甲醇为原料生产低碳烯烃的化工技术[2]，同时甲醇可直接或经过二甲醚路线合成烯烃，主要工艺路线见图1。

目前国内外较为具有代表性的有以下几种甲醇制烯烃工艺技术：美孚公司、UOP 公司、UOP/Hydro 的MTO 工艺，大连化物所的DMTO、SDTO 工艺，Lurgi公司的MTO、MTP 工艺以及清华大学的流化床甲醇制丙烯技术（FMTP）等。其中甲醇制丙烯的MTP 工艺和甲醇制乙烯、丙烯的MTO 工艺是发展非石油资源生产乙烯、丙烯等产品的核心技术。

图1 煤制烯烃合成工艺

UOP/Hydro 的MTO 技术在工艺技术路线上与石油催化裂化过程类似，具有操作条件更温和、产物分布窄等特点。由于原料为单一组分，物性容易把握，更有利于实现过程化。Lurgi 的MTO 工艺具有丙烯收率较高、低结焦、在反应温度下可不连续再生、降低再生循环次数等特点，其独立开发的MTP 工艺也已经在国内取得了应用。

近年来我国在烯烃技术及催化剂的研究应用上也取得了突破性进展，由大连化物所自主开发的DMTO技术完成了万吨级（1.67 万t/a）甲醇制烯烃工业性试验（美国UOP 公司MTO 装置可处理甲醇0.78 t/d），工业化试验装置运行平稳、安全可靠，技术指标先进，甲醇转化率大于99%，乙烯加丙烯选择性大于78%，单位乙烯+丙烯原料消耗为2.96 t，技术指标和试验规模均达到了国际领先水平。清华大学完成了流化床甲醇制丙烯（FMTP）小试技术的开发，小试规模为处理甲醇量2 kg/h[3]，具有后续分离难度低，低碳烯烃产量大的特点；上海石油化工研究院正在开发的固定床S-MTO 中试技术被列入“十一五”国家科技攻关计划[4]，并且已经在中原石化烯烃项目上得到了应用。

目前，煤气化工艺、合成气净化以及甲醇合成技术均已实现商业化，国内已有多套煤气化制甲醇大型工业装置稳定运行，而煤制甲醇制烯烃技术也已日趋成熟，逐步具备大规模工业化普及的条件[5]。

2 国内工业化情况

随着甲醇制烯烃技术的不断进步，以及煤制甲醇产量的逐年增长，煤制烯烃在技术上和经济上都具有一定的可行性。

因目前国内丙烯原料供应严重不足，许多化工企业纷纷开始投建丙烯生产装置。其中天津、江苏、浙江等沿海地区主要采用以丙烷为原料制丙烯的PDH技术，而陕西、内蒙古、宁夏等内陆地区则主要选择以煤制甲醇为原料制丙烯的（MTO/MTP）技术。

对于煤化工行业而言，甲醇制丙烯（MTO/MTP）技术的推广与应用将成为丙烯原料多元化的主流技术之一。

到2012 年底，国内已投产的煤制烯烃（MTO/MTP）项目有4 项，分别是中国第一个煤制烯烃项目——神华包头60 万t/a 煤制烯烃项目，神华宁煤50 万t/a 煤制烯烃项目，大唐多伦46 万t/a 煤制烯烃项目，以及中原石化的60 万t/a 甲醇制烯烃项目。这4 套烯烃装置除了中原石化装置以外，其他3 个项目均是从煤气化开始，经过合成气净化、甲醇合成、烯烃合成及烯烃聚合的生产等多项技术的组合。此外，采用华电集团、清华大学联合开发的流化床甲醇制芳烃（FMTA）技术的3 万t/a 中试项目也于2013 年1月投料试车成功，年内将在陕西榆林启动百万吨工业示范装置，其他省份的烯烃项目也即将陆续投产。

3 煤制烯烃生产面临的问题

煤制烯烃属于新兴产业，开辟了有机化工原料生产的新路线，将成为未来烯烃生产的主流发展趋势，但目前仍存在以下问题需要解决。

（1）煤制烯烃项目具有原料消耗多，水耗高，能耗大，污染大的缺点，因此最好在水资源充足、环境容量好的煤炭输出地区进行集中布局建设。

（2）为保证企业利润，该类项目需保证一定的工业化规模，因而投资巨大，建设周期长，融资难度大。

（3）许多项目或依托煤化工一体化建设，或采用外购甲醇作为原料，但前者需配套建设甲醇项目以补充原料产能，因而扩大了投资，而后者则需要面对甲醇价格波动和原料供应的主导权问题。

（4）目前许多企业纷纷投建烯烃生产装置，因此企业必须结合自身实际情况，着眼长远战略发展，做好烯烃下游产业链及烯烃副产品混合碳四的发展规划，规避烯烃市场产品竞争的风险。

4 烯烃的下游产品及发展趋势

丙烯作为重要的有机化工基本原料，主要用于生产丙烯酸/酯、聚丙烯、丙烯腈、环氧丙烷、丁/辛醇、苯酚/丙酮等。

近年来，国内煤化工行业快速发展使得煤制甲醇产能大幅增长，以及化工企业对烯烃需求日益增长，导致许多化工企业、煤炭企业纷纷拟建、投建各种规模的烯烃生产装置。虽然此举有利于缓解甲醇过剩、烯烃原料供应不足的国内市场现状，但从长远发展的角度分析，烯烃项目建设过多也必将造成产品的市场竞争加剧，出现甲醇市场产能过剩的情况。因此，对于投资烯烃项目的企业来说，势必要认真规划下游产品的产业延伸，着眼于增强企业的市场竞争力。

对于烯烃的下游产品而言，作为五大通用树脂之一，聚丙烯是最主要的下游产品，目前所投产的煤制烯烃项目下游都是配套聚丙烯装置。根据中国产业信息网数据显示，2012 年聚丙烯产量为1 122 万t，同比增长12.66%。由于国内聚丙烯产能增加过快，将导致聚丙烯产品的市场竞争加剧，因此对于未来新增加的丙烯项目而言，更需要立足自身条件，认真研究市场趋势，在聚丙烯、丙烯腈等传统大宗产品之外，合理规划有竞争力和潜力的下游产品（丙烯酸、丁/辛醇、异丙醇等）[6]。

4.1 丙烯酸

丙烯酸（AA）的生产工艺已经比较成熟，目前我国主要采用的都是两步法氧化工艺，即首先将丙烯在钼铋系催化剂作用下与空气催化氧化成丙烯醛，然后再进一步催化氧化成丙烯酸[7]。目前世界上有6种丙烯酸的生产工艺，分别是美国索亥俄（Sohio）技术、日本触媒技术、日本三菱油化技术、日本化药技术、德国BASF 技术和兰州化工研究中心的自主技术。作为生产技术水平的关键，每一种技术都有自己研发的催化剂。丙烯酸主要用于生产各种丙烯酸酯类原料，在造纸、印刷、涂料、建材、橡胶等方面都具有广泛的应用，市场前景十分广阔。随着丙烯酸下游的迅速发展，亚洲尤其是中国已成为世界上新兴的丙烯酸生产地区，需求和产能增长都十分旺盛，目前世界范围内的需求增速大概为5%左右，而国内的需求增速为15%左右。据有关文献介绍[8]，2010 年全球丙烯酸产能约为520 万t，需求量为460 万t；2011年产能为553 万t，需求量为492 万t。2011 年～2015年全球的新增产能预测为330 万t，其中70%以上的产能都集中在中国。通过对丙烯酸的产能及需求增长进行对比判断，可以认为在未来一段时间内，丙烯酸市场基本上是平衡的，可以作为烯烃下游的一种产业链加以延伸。

4.2 丁/辛醇

丁/辛醇主要是指正丁醇和异辛醇。正丁醇是丁醛、丁酸、丁胺、醋酸丁酯、丙烯酸丁酯、邻苯二甲酸二丁酯、癸二酸二丁酯等有机化工产品，而异辛醇则是油品的添加剂，两者用途十分广泛。目前丁/辛醇的生产工艺基本上采用低压羰基合成法中的Davy液相低压法，将丙烯、CO、H2在铑系催化剂和三苯基膦的作用下生产丁醛。自2011 年以来，北美、西欧和日本等地的丁/辛醇尽管需求旺盛，但整体看来供过于求已成事实，新增产能很少[9]，而亚洲尤其是中国则具有相当大的市场空间。随着上游丙烯原料供应逐渐增加，下游产品需求量增长迅速。近年来国内丁/辛醇的年需求量始终在4%～5%左右，国内包括天津碱厂、大庆石化、中国石油、鲁西化工、惠生能源在内的许多扩产或投建的丁辛醇项目近期将纷纷开工，新增产能在150 万t 以上。尽管中国的丁/辛醇市场比较稳定，但仍然存在着一些需要关注的问题。首先，目前已投产的丁/辛醇项目基本上都采用国外工艺技术，对于生产工艺尤其是铑系及非铑系催化剂的自主研发还比较缓慢；其次，丁/辛醇的价格依然受国际市场以及下游链条需求的影响，一旦国内新增产能逐渐释放，将会对产品市场造成很大的波动；此外，还需要考虑自身的原料供应及装置规模问题。

4.3 异丙醇

异丙醇（IPA）也是一种重要的有机化工中间体，其生产工艺主要有间接水合法和直接水合法两种，目前世界工业上主要采用直接水合法进行生产，在催化剂的作用下使丙烯生成异丙醇，同时副产正丙醇，分为德国的气相维巴法、日本德山曹达液相法以及德士古的气液混相3 种方法，各有其特点[10]。异丙醇作为小宗精细化工产品，其价格始终在10 000元/t 左右。但据有关资料报道，亚洲地区将有总计34 万t/a 异丙醇产能陆续投产，其中65%以上异丙醇新增产能将来自中国。尽管近年来国内异丙醇市场需求量一直增长，还有很大的缺口，但一旦这些新增产能全部释放，必将导致国内供需关系出现平缓的趋势；而且作为其原料的丙烯价格始终在1 300 美元/t～1 400 美元/t，如果企业没有自己的原料供应和一定的产业规模，投资异丙醇则需谨慎对待。

5 结论

在煤的洁净高效利用中，煤制烯烃将成为现代煤化工产业的重要支柱。现阶段我国的煤化工尚不足以完全取代石油化工，只能作为其有效的补充，以煤制甲醇、二甲醚生产烯烃及其下游产品为主要发展路线。以煤炭为原料，开发烯烃下游衍生物及副产物，走煤-甲醇-烯烃-下游产品的新产业链条符合国家当前的能源政策需要，只要企业因地制宜，结合自身发展现状，做好长远的产业结构规划，在短期内会具有一定的市场竞争力，随着产业技术升级加速，新型煤化工产品发展迅速，将会具有很大的发展空间。

[1]王洪刚.石脑油催化裂解的研究[D].山东：中国石油大学，2008：23-28.

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