煤制聚烯烃运行现状分析

冯 凯，李志峰，周 豪，胡 斌

（1. 中国石油天然气股份有限公司独山子石化分公司研究院，新疆维吾尔自治区克拉玛依市 833699；2. 中国石油天然气股份有限公司独山子石化分公司营销调运部，新疆维吾尔自治区克拉玛依市 833699）

煤制聚烯烃运行现状分析

冯 凯1，李志峰2，周 豪1，胡 斌1

（1. 中国石油天然气股份有限公司独山子石化分公司研究院，新疆维吾尔自治区克拉玛依市 833699；2. 中国石油天然气股份有限公司独山子石化分公司营销调运部，新疆维吾尔自治区克拉玛依市 833699）

分析了煤制聚烯烃工艺原理及主流生产技术，甲醇制烯烃为煤制聚烯烃的全流程关键工艺。通过分析传统石油炼化生产聚烯烃及新兴煤制聚烯烃近几年的产能，预计到2017年底，国内煤制聚烯烃产能将达13 480 kt/a，届时将对聚烯烃下游市场供需格局产生较大影响。对国内目前已投产及在建煤/甲醇制聚烯烃装置分布及工艺技术进行对比表明，位于煤矿储量丰富的中西部地区的煤化工企业在聚烯烃产能方面将会与传统的油制聚烯烃企业形成竞争态势。

聚烯烃 煤制工艺 原理 项目概况 运行概况

2015年，中国的原油进口依存度已达60.60%，发展煤化工是中国实现石油替代的必然选择。中国对替代石油的煤化工产品定位主要是燃料和大宗石化产品，如甲醇制烯烃（MTO）、煤制油和煤制芳烃等（能源化工体系见图1），技术特征为甲醇、合成气催化转化的低碳催化过程。国家在煤制油与煤制气领域更倾向于后者，煤制气较煤制油技术更成熟（煤制油转化率相对较低），具有一定的市场发展前景。

煤制烯烃技术是将煤气转化为合成气（CO，H2）制备甲醇，然后经MTO得到烯烃，再加工成聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、乙二醇、乙烯-乙酸乙烯共聚物（EVA）和乙丙橡胶等。目前，在建和拟建煤制烯烃项目的下游产品主要为PE和PP，经过2010年以来的煤制烯烃示范项目运行，MTO技术已得到成功验证。由于前些年原油价格高和地方政府为了拉动国内生产总值，因此，煤制聚烯烃项目上马热情高涨，截至2016年6月，煤/甲醇制聚烯烃的实际年产能已达到7 160 kt，按照可确认的在建项目计算，2017年底，煤制聚烯烃年产能将达1 3480 kt。

图1 能源化工体系示意Fig.1 Energy and chemical industry

从图2和图3可以看出：近六年，PE和PP的总产能平均年增长率分别为9.29%，15.03%，煤化工生产PE和PP的产能平均年增长率分别为126.67%，270.67%。近几年逐步投产的煤基甲醇制聚烯烃企业包括：神华包头煤化工有限公司（简称神华包头）、内蒙古大唐国际多伦煤化工有限责任公司（简称大唐多伦）、中国石化中原石油化工有限责任公司（简称中原石化）、神华宁夏煤业集团有限责任公司（简称神华宁煤）、宁波富德能源有限公司（简称宁波富德）、中煤陕西榆林能源化工有限公司（简称中煤榆林）、延长中煤榆林能源化工有限公司（简称延长中煤）、宁夏宝丰能源集团股份有限公司（简称宁夏宝丰）、山东神达化工有限公司（简称山东神达）、蒲城清洁能源化工有限责任公司（简称浦城清洁）、榆林神华能源有限责任公司（简称神华榆林）、内蒙古中煤蒙大新能源化工有限公司（简称中煤蒙大）。这些企业集中投产是导致近几年煤化工生产聚烯烃的产能爆发的主要原因。

图2 中国PE产能Fig.2 PE capacity in China

图3 中国PP产能Fig.3 PP capacity in China

在建的煤基甲醇制聚烯烃企业包括：神华新疆能源有限责任公司（简称神华新疆）、中天合创能源有限责任公司（简称中天合创）、青海盐湖工业股份有限公司（简称青海盐湖）、山西焦化集团有限公司（简称山西焦化）、富德（常州）能源化工发展有限公司（简称常州富德）、久泰能源（准格尔）有限公司（简称久泰能源）、神华宁煤（宁东4 000 kt/a间接煤制油）、青海大美煤业股份有限公司（简称青海大美）、甘肃华亭煤业集团有限责任公司（简称甘肃华亭）、陕西星王集团平凉华泓汇金煤化有限公司（简称华泓汇金）。2016—2017年，中天合创、青海盐湖、常州富德、久泰能源、神华宁煤等集中开车将再次引发聚烯烃市场变化。

煤制聚烯烃项目的建设和投运已在国内聚烯烃产能中占据相当比例，并具有影响市场的能力，这种影响已在聚烯烃下游加工市场有所显现。

1 煤制聚烯烃工艺原理

三种主流低碳烯烃制取工艺路线见图4。其中，石脑油裂解制烯烃是传统的工艺路线，丙烷脱氢制丙烯产能近几年增长迅速，煤制烯烃近几年在国内发展较快，煤制甲醇为现有成熟工艺。

图4 低碳烯烃制取路线Fig.4 Production route of low carbon polyolefin

1.1合成气的生成

原料煤（干）经棒磨机碾磨后，与水混合形成质量分数约为60%的水煤浆，水煤浆与高压氧气共同进入气化炉发生反应［1-3］，反应式见式（1）～式（4）。

水煤浆气化所得粗水煤气中CO与CO2含量均较高，粗水煤气成分为：w（CO）约为37.3%、w（CO2）约为6.5%、w（H2）约为50.0%、w（CH4）约为0.3%。合成甲醇需要m（H2）∶m（CO）大于2，粗水煤气进入变换炉与自身携带的水蒸气在催化剂作用下进行变换反应［4］，反应式见式（5）。

CO+H2O=H2+CO2（5）

出变换炉的高温气体经甲醇洗涤系统获得（在洗涤塔中，高压低温甲醇液体因具有较强极性，可吸收逆向流动气体中较多的CO2和含硫气体组分，甲醇浓溶液经低压高温又释放出吸收的极性气体而可以循环使用m（H2）∶m（CO）适中的合成气，其成分为：w（CO）约为28.50%，w（CO2）约为2.80%，w（H2）约为68.00%，w（CH4）约为0.03%。

1.2甲醇合成

合成气经压缩机增压与来自甲醇合成回路的循环气被压缩至所需压力，送入甲醇合成回路合成甲醇，此时混合合成气成分为：w（CO）约为11.9%、w（CO2）约为3.0%、w（H2）约为75.0%、w（CH4+N2）约为9.8%。CO，CO2，H2在Cu-Zn催化剂作用下合成粗甲醇。主反应［5］见式（6），副反应［6］见式（7）～式（10）。

粗甲醇从甲醇分离器底部排出，精馏后获得MTO级甲醇。

1.3MTO

1.3.1工艺原理

精馏后的甲醇与后续单元回收后的轻烃被送入流化床反应器中发生脱水反应［见式（11）］，然后迅速完成裂解反应。

引入脱水反应有利于稳定控制烯烃的生成，避免甲醇直接裂解为烯烃而产生大量热且无法迅速带走。MTO工艺设计脱水反应与裂解反应均在MTO反应器中发生且几乎认为是同时进行，而MTP工艺设计需要在二甲醚（DME）反应器中发生脱水反应，生成的DME与微量甲醇的混合物进入MTP反应器发生裂解反应。

裂解主反应见式（12）～式（13），获得的各种烯烃产物均为气态。

式中：n主要为2和3，极少数为4，5，6。

裂解副反应（生成烷烃、芳烃、碳氧化物并结焦）见式（14）～式（17）。

式中：n为不小于1的整数。

式中：n为不小于6的整数。

裂解副反应获得的产物包括气态（CO，H2，H2O，CO2，CH4等烷烃、芳烃）和固态（高相对分子质量烃和焦炭）。

MTO装置，一般设计为3 t甲醇制1 t丙烯和乙烯；MTP装置，一般设计为3 t甲醇制1 t丙烯和极少量乙烯［7］。

MTO和MTP商业化的工艺技术［8］（见表1）中，美国Exxon Mobil公司的氧化制烯烃（OTO）工艺属MTO工艺技术，采用的提升管反应器取热困难、反应温度不易控制等是其目前尚未工业化的原因之一［9］；UOP/Hydro为美国Honeywell UOP公司与挪威Norsk Hydro A.S.公司合作开发的MTO工艺技术［10］，目前国内已投产的企业包括惠生（南京）清洁能源股份公司和山东阳煤恒通化工股份有限公司（目前均无聚烯烃产品），而久泰能源目前仍在建设中；DMTO与DMTO-Ⅱ分别为中国科学院大连化学物理研究所第一代与第二代MTO技术，目前国内采用该技术并已投产的10家企业包括神华包头、宁波富德、延长中煤、中煤榆林、宁夏宝丰、蒲城清洁、神华榆林、山东神达、中煤蒙大和浙江兴兴新能源科技有限公司（目前暂无聚烯烃产品），而青海盐湖、山西焦化、常州富德与青海大美4家企业目前均处于在建阶段。采用中国石油化工集团公司（简称中国石化）自主研发MTO工艺（简称S-MTO）的，目前只有中原石化与中天合创两家。除OTO工艺外，其余MTO工艺均采用流化床反应器和SAPO-34型催化剂，主要生产乙烯、丙烯和混合C4产品。

Lurgi工艺为德国Lurgi公司较早开发成功的MTP工艺［11］，目前，采用Lurgi工艺的神华宁煤与大唐多伦均已投产。清华大学与中国华电集团公司合作开发的流化床甲醇转化丙烯技术（FMTP），目前仅有甘肃华亭在建装置使用。中国石化自主研发的MTP工艺（S-MTP）目前暂未正式列入工业化应用。3种MTP工艺生产的主产品均为丙烯，副产品为液化气、汽油等。

表1 MTO工艺技术对比Tab.1 Contrasts of MTO processes

此外，北京惠尔三吉绿色化学科技有限公司MTP工艺（山东鲁深发化工有限公司、山东寿光鲁清石化有限公司、山东华滨化工科技有限公司使用）、常州瑞华化工工程技术有限公司DME制丙烯技术（山东玉皇金宇化工有限公司使用）、广州名创石油化工工程设计公司一步法甲醇生产丙烯和汽油（MTPG）技术（山东省瑞昌石油化工有限公司使用）和洛阳市科创石化科技开发有限公司MTPG技术（沈阳化工股份有限公司使用）也在2014年底和2015年初投产，这些企业均未建聚烯烃装置。

MTO是煤化工的关键技术，也是瓶颈技术，国内的工业化示范已取得一定成效。MTO的技术关键在于高选择性、高稳定性催化剂的开发，反应-再生工艺和反应器开发，产品方案及分离工艺开发。

1.4烯烃聚合

煤基甲醇制聚烯烃与石脑油制聚烯烃路线中烯烃聚合的工艺原理相同。国内全密度聚乙烯（FDPE）装置采用美国Univation公司的Unipol工艺（气相法）较多，而高密度聚乙烯（HDPE）装置一般采用瑞士Ineos公司的Innovene工艺（环管法），低密度聚乙烯（LDPE）装置选用荷兰Lyondellbasell公司的Lupotech T工艺（高压管式法）较多。奥地利Borealis公司的Bostar工艺（淤浆环管与立式气相法相结合）、美国Dow化学公司的Dowlex工艺（溶液法）、意大利Polimeri Europa公司的Europe工艺（高压釜式与管式法相结合）以及中国石化自主研发的SGPE工艺（气相法）目前仅作自用而暂未对外转让。

黑鹰山磷矿点虽然属于一小型磷矿床，但是矿体比较集中，磷矿石颗粒大，埋藏不深，交通方便，易采易选，且重稀土三氧化二钇含量较高，因此在圈定矿体时适当降低了其圈矿品位工业指标。用含w(P2O5)2%作矿体边界，矿体平均品位不低于4%，共圈出5个矿体，另外还圈出表外矿体4个，而每一个矿体则由多组含磷灰石团块、团脉状、脉状体组成。其矿体特征见表1。

国内PP装置选用的技术种类相对更多，目前产能较大的工艺技术包括Lyondellbasell公司的Spheripol工艺、中国石化的环管法PP工艺、Ineos公司的Innovene气相法、Dow化学公司的Unipol工艺与美国ABB Lummus Global公司的Novolen工艺，而日本Mitsui Chemicals Industries公司的Hypol Ⅱ工艺与Lyondellbasell公司的Spherizone工艺在国内也有部分应用。

2 煤基聚烯烃项目概况

2.1已投产煤基甲醇制聚烯烃企业情况

截至2016年6月，中国已投产的煤/甲醇制聚烯烃企业共计12家，合计聚烯烃年产能7 160 kt，包括2 500 kt的PE与4 660 kt的PP。已投产装置分布见表2。

表2 截至2016年6月国内已投产甲醇制聚烯烃企业Tab.2 MTO plants on-stream in China by June，2016

神华包头、中煤榆林、神华宁煤、宁夏宝丰、蒲城清洁和大唐多伦6家企业建有煤制甲醇装置；延长中煤与神华榆林目前部分外购甲醇；中原石化、山东神达、宁波富德与中煤蒙大目前全部外购甲醇。中原石化原为石油制烯烃，甲醇制聚烯烃项目建成后的PE，PP总产能分别达到260 kt/a和160 kt/a（甲醇制乙烯、丙烯各100 kt/a）。

已投产煤制聚烯烃装置中，大唐多伦因气化炉设计缺陷暂停生产；宁波富德与山东神达因市场行情波动开工率不足80%；延长中煤采用甲醇和天然气混合制烯烃，部分甲醇外购且天然气季节供应不稳导致聚烯烃装置偶尔出现原料不足而停工检修的情况；神华榆林LDPE与PP装置2015年底开工，目前装置运行稳定；其余企业均正常生产（见表2）。

国内煤制聚烯烃企业大多引进国外聚合工艺，与中国石油天然气股份有限公司（简称中国石油）、中国石化聚合物装置工艺类似。FDPE装置除延长中煤单线采用Innovene环管工艺外，几乎全部采用美国Univation公司的Unipol工艺；LDPE装置仅神华榆林与神华新疆能源有限责任公司两家采用Lupotech T工艺；PP工艺采用的技术种类较多，包括ABB Lummus Global公司的Novolen工艺、Dow化学公司的Unipol工艺、中国石化的环管法PP工艺、Ineos公司的Innovene工艺、Lyondellbasell公司的Spheripol工艺等。

2.2在建煤基甲醇制聚烯烃项目情况

截至2016年6月，在建的甲醇制聚烯烃企业有10家，合计聚烯烃年产能为6 260 kt，包括2 200 kt的PE与3 400 kt的PP。神华宁煤（宁东4 000 kt间接煤制油）、中天合创、山西焦化、华泓汇金、青海大美及青海盐湖6家企业同步建设煤制甲醇、MTO及烯烃聚合装置；常州富德依靠外购甲醇生产烯烃后再进行聚合生产聚烯烃；甘肃华亭与久泰能源两家企业煤制甲醇装置已开工，目前正补充建设MTO与烯烃聚合装置。在建装置设计产能及分布见表3。

在建的甲醇制聚烯烃装置除常州富德外均分布在内蒙、甘肃、青海等煤矿储量较大的中西部地区，在原料输送与产品运输方面相对传统的油基聚烯烃企业略占优势。中西部区域聚烯烃产能未来将新增超过6 020 kt/a，巨大的产能将会对聚烯烃下游市场供需格局产生影响。

受LDPE下游市场毛利扩大影响，在建煤制聚烯烃选择LDPE装置比例有所上升，其中，选用Lyondellbasell公司的Lupotech T工艺较多；FDPE装置技术多源自Univation公司的Unipol工艺，可生产线型低密度聚乙烯与HDPE产品；PP装置除Dow化学公司的Unipol工艺外，一般选用Ineos公司的Innovene气相法与国产环管工艺居多。

表3 截至2016年6月国内在建甲醇制聚烯烃企业分布Tab.3 MTO plants under construction in China by June， 2016

3 结论

a）截至2016年6月，国内煤制聚烯烃产能达7 160 kt/a，包括2 500 kt/a的PE与4 660 kt/a的PP，预计到2017年底，产能将达13 480 kt/a。

b）煤基聚烯烃工艺相对复杂，其中MTO为关键工艺步骤。

c）已投产及在建的煤化工企业多位于西部地区，对中国石油、中国石化等传统油基聚烯烃企业将会形成竞争。

d）煤基聚烯烃企业的聚合装置多采用国外引进工艺技术，具备与中国石油、中国石化等传统炼化企业瓜分高端专用树脂市场的硬件实力。

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独山子石化公司三元共聚聚丙烯在国内主流市场试用成功

2016年7月，中国石油天然气股份有限公司独山子石化分公司（简称独山子石化公司）开发的三元共聚聚丙烯TF1005和TF1007在华北、西南市场成功试用，产品加工性能良好，起始热封温度和热合强度与国内主流专用树脂相当。

三元共聚聚丙烯在聚合过程中结块严重，生产困难，主要依赖进口。独山子石化公司根据Innovene气相法聚丙烯工艺特点，通过剖析产品性能，研究产品热封温度、微观结构、后加工技术的相关性，确定了生产技术方案及工艺参数，实现了三元无规共聚聚丙烯TF1005和TF1007的连续工业化试生产。

与二元共聚聚丙烯相比，三元共聚聚丙烯具有更好的低温热封性能、更宽的热封窗口，适用于聚丙烯流延膜、热收缩膜、双向拉伸膜等薄膜品种的热封层。

（陈莉薇）

Introduction to CTO process

Feng Kai1， Li Zhifeng2， Zhou Hao1， Hu Bin1

（1. Research Institute of Dushanzi Petrochemical Co.， Karamay 833699， China；2. Enterprise Management Division of Dushanzi Petrochemical Co.， Karamay 833699， China）

This paper describes the principles and production technologies of coal to polyolefin（CTO），among which， methanol to olefin（MTO）is the key process. The capacities of CTO in China will reach 13 480 kt/a by 2017 via the analysis on traditional petrochemical processes and emerging CTO， which will exert impacts to demand and supply of the downstream market. The layout and technologies of CTO/MTO units on-stream and under construction are investigated. It indicates that the coal chemical industry located in central and western areas of China with abundant coal reserves will be competitive in polyolefin production.

polyolefin； coal conversion process； principle； project survey； operation situation

TQ 325.1

A

1002-1396（2016）06-0081-06

2016-07-12；

2016-09-10。

冯凯，男，1987年生，工程师，2010年毕业于西南石油大学高分子材料与工程专业，现从事化工产品市场研究与售后服务工作。联系电话：（0992）3693336；E-mail：yjy_fk@petrochina.com.cn。