煤经甲醇制芳烃技术与应用

■ 钱伯章

甲醇制芳烃（MTA）是指甲醇在催化剂的作用下，经过一系列反应，最终转化为芳烃的过程，产品以BTX为主，副产品主要是LPG。MTA的芳烃理论收率为40.6%，理论上约2.5吨甲醇就可以生产1吨BTX；但是实践中由于副产物的存在，通常需要3吨以上甲醇才能获得1吨BTX。

在我国甲醇产能过剩已成为现实，进口甲醇具有低成本优势的市场现状下，甲醇制芳烃（MTA）技术的开发和工业化示范对于开拓有竞争力的甲醇下游衍生物产品具有重要意义，将为我国甲醇行业提供新的产品方向。

中科院山西煤化所技术

中科院山西煤化所和赛鼎工程公司合作固定床甲醇制芳烃技术，以甲醇为原料，以改性ZSM-5分子筛为催化剂，在操作压力为0.1～5.0MPa，操作温度为300～460℃，原料液体空速为0.1～6.0h-1条件下催化转化为以芳烃为主的产物；经冷却分离将气相产物低碳烃与液相产物C5＋烃分离；液相产物C5＋烃经萃取分离，得到芳烃和非芳烃。该发明具有芳烃的总选择性高，工艺操作灵活的优点。

该技术属于大规模甲醇下游转化技术，目标产物是以BTX（苯、甲苯、二甲苯）为主的芳烃。以MoHZSM-5（离子交换）分子筛为催化剂，以甲醇为原料，在T＝380～420℃、常压、LHSV＝1h-1条件下，甲醇转化率大于99%，液相产物选择性大于33%（甲醇质量基），气相产物选择性小于10%。液相产物中芳烃含量大于60%。已完成实验室催化剂筛选评价和反复再生试验，催化剂单程寿命大于20天，总寿命预计大于8000小时。该技术的合作开发已经进入工业示范阶段，工业示范试验（1～10万吨/年甲醇）装置的工程设计和建设已经完成。

2012年2月底，由赛鼎公司设计的内蒙庆华集团10万吨/年甲醇制芳烃装置一次试车成功，项目顺利投产。这是赛鼎运用与中科院山西煤化所合作开发的“一种甲醇一步法制取烃类产品的工艺”专利技术设计的我国第一套甲醇制芳烃装置。

2012年7月5日，庆华集团50万吨煤焦油轻质化、10万吨甲醇制芳烃暨1000万吨物流二期项目，在内蒙古阿拉善盟开发区开工建设。庆华集团年产50万吨煤焦油轻质化项目总投资42.8亿元，建设内容包括原料预分馏装置、脱水和切尾装置、反应装置和分馏装置，配套焦炉煤气制氢装置、储运系统装置、2×75吨/h循环流化床锅炉装置及供电、供水、环保等配套设施。该项目建成后可年产1号轻质煤焦油12.22万吨，2号轻质煤焦油28.5万吨，煤沥青8.038万吨。年产10万吨甲醇制芳烃项目投产后，可年产芳烃7.5万吨、液化气2.25万吨、干气0.34万吨。该项目具有原料来源丰富、技术成熟、产品中乙烯丙烯比例可调、三废排放较少等优点。

清华大学的循环流化床甲醇制芳烃技术（FMTA）

大唐国际在内蒙古多伦建设100万吨/年精对苯二甲酸(PTA)项目。该项目的核心技术是清华大学的甲醇制芳烃（FMTA）技术，采用流化床反应器，规模为1万吨/年芳烃（二甲苯）的中试装置利用多伦煤化工一期工程生产的甲醇原料生产芳烃。

清华大学也与华陆公司联手建设3万吨/年甲醇制芳烃的工业化试验装置。中国华电集团公司在陕北能源化工基地榆横煤化学工业区拟建设首套煤制芳烃中试装置和工业化项目，从而开辟生产芳烃的全新技术路线。按照项目建设计划，中国华电将先行建设万吨级煤制芳烃中试装置，同时启动百万吨级工业示范项目，规模为300万吨/年煤制甲醇和100万吨/年芳烃装置。清华大学研发成功的具有自主知识产权的循环流化床煤制芳烃（FMTA）技术，生产原料为甲醇，100吨/年的实验装置已连续稳定运行上千小时，具备了工业化中试条件。2011年3月底，华电榆横煤制芳烃示范项目在陕西榆林开建。 该项目总投资约381亿元，采用清华大学具有自主知识产权的国内首创流化床甲醇制芳烃技术，规划建设百万吨煤制甲醇制芳烃装置。2011年首先投资1亿元进行万吨级工业试验项目。

东华科技公司2013年1月中旬发布公告称，由该公司总承包的、陕西华电榆横煤化工有限公司在陕北能源化工基地建设的世界首套煤制芳烃中试装置产出芳烃，一次投料试车成功，打通了全流程。据悉，华电项目规划建设百万吨煤基甲醇制芳烃装置，该套中试装置系一期万吨级甲醇制芳烃工业化试验项目。

2013年2月初，由华电煤业集团投资，华电煤业和清华大学共同合作开发的具有自主知识产权的万吨级流化床甲醇制芳烃工业试验项目，在陕西省榆林榆横煤化学工业园区获得成功。第一次投料原料甲醇转化率高于99.99%，油相产物中甲基苯（主要指甲苯、二甲苯和三甲苯）的含量达到90%以上。截至1月15日，原料甲醇累计进料约100吨，装置平稳运转54小时，工业试验装置实现了一次点火成功，一次投料试车成功，打通了关键流程。

河南煤化集团研究院与北京化工大学煤基甲醇制芳烃技术

由河南煤化集团研究院与北京化工大学合作开发的煤基甲醇制芳烃技术开发项目2011年8月底通过中期评估。该项目可使芳烃制造工艺由传统的石油路线转变为煤基路线，促进河南煤化集团公司煤化工产业向高端化和精细化延伸。该项目自2010年6月启动以来，河南煤化集团研究院与北京化工大学对项目涉及的甲醇芳构化催化剂性能改进和二甲苯异构化、苯及甲苯烷基化过程开发，以及煤基甲醇制芳烃流程设计等课题开展了大量研究并取得了阶段性成果。该项目探索出了最佳催化剂和反应的适宜工艺条件，提出了装置规模、反应器初步设计和关键设备参数，初步形成了较完整的煤基甲醇制芳烃技术。各项技术指标达到预期目标，催化剂单程寿命、苯烷基化转化率等指标超过预期并达到了较高的水平。接下来，研究人员将加快万吨级工艺包的设计，为下一步甲醇制芳烃的中试打好基础。

另外，中国五环工程有限公司也开展了甲醇催化转化制芳烃中试设计。

甲苯甲醇甲基化制PX

预计PX未来长期紧缺,煤化工路线PX的发展迫在眉睫，甲醇作为煤化工路线的核心原材料将会受益。2012年我国PX净进口609万吨,对外依存度超50%,未来或仍将长期短缺。

甲苯甲醇甲基化合成PX是生产PX的一条新工艺路线。2012年由中国石化股份公司研发成功，已经在中国石化杨子石化公司建成了20万吨/年工业装置，运行良好。与传统的甲苯歧化工艺相比，该工艺技术的最大优势是以甲苯和低成本的煤基甲醇作为原料，生产出高浓度的PX，而仅有很少量的副产物苯和碳九。新工艺中，甲醇的引入提高了甲苯利用率，理论上每生产1吨PX只需要耗用1吨的甲苯，而传统的甲苯歧化工艺，每生产1吨PX需要耗用约2.5吨的甲苯，且副产物苯比较多。因此，甲苯甲醇甲基化合成PX技术的开发和应用，实现了煤化工与石油化工的有机结合，该技术的推广将有效缓解国内甲醇产能过剩的问题。

甲苯与甲醇甲基化制二甲苯项目工业化运用的成功，是将煤化工和石油化工相结合的一次大胆实践。该项目的成功运行，不仅标志着中国石化又掌握了一项具有独立知识产权的核心技术，而且为今后芳烃装置的增产扩能和芳烃生产过程中原料和产品结构调整，实现芳烃生产原料的多元化，提供了强有力的技术支撑，具有较好的经济效益和重要的战略意义。

此外，2012年10月23日，中科院大连化学物理研究所开发的甲苯甲醇制对二甲苯（PX）联产低碳烯烃技术（工业示范），在北京通过了中国石油和化学工业联合会组织的科技成果鉴定。该技术以甲苯、甲醇为原料，采用循环流化床工艺，在一个反应体系和一种催化剂上同时高选择性生产PX和乙烯、丙烯等低碳烯烃，不仅实现了石油化工和煤化工有机结合，而且可以为聚酯生产提供基本原料。该技术开辟了PX生产新的技术路线，可作为现有芳烃联合装置技改技术，增加PX产量，降低装置能耗；也可应用于新建芳烃联合装置，与传统的PX生产技术相比，减少了歧化、异构化等单元投资与运行费用；若独立新建甲苯甲醇制PX联产低碳烯烃装置，可通过简单的结晶分离单元替代昂贵的吸附分离单元，大大降低PX生产成本。该技术还可为聚对苯二甲酸乙二酯（PET）生产提供PX、乙烯两种间接原料，提高聚酯产业链经济性。

降低成本是甲醇制芳烃的关键

甲醇制芳烃成功的关键，在于改进技术，提升BTX的收率到30%以上，并尽可能提高PX产物的选择性；同时，副产氢的合理利用也是影响项目经济性的重要因素。煤制甲醇进而生产芳烃，增值空间很大，一旦技术取得新突破，将在一定程度上改变中国石化工业的原料结构。但也有观点认为，甲醇转化制芳烃基本三吨左右甲醇可生产一吨芳烃，甲醇价按2800元算，一吨芳烃约9000元，就目前来说收益不大。因此，提高产率和降低成本已经成为甲醇制芳烃的关键。