煤基甲醇制芳烃及其工业化探析

张锡钢

摘要：就目前的化工生产来说，芳烃属于比较常见的原材料，芳烃的制备及其工艺受到越来越多的关注。随着化工生产要求的不断提高，煤基甲醇制芳烃工艺也获得了快速发展。而在未来，国内外对于芳烃的需求会越来越大。因此，研究分析煤基甲醇制芳烃的工业化显得非常重要。在这种情况之下，本文简单介绍了煤基甲醇制芳烃的经济性，说明了煤基甲醇制芳烃工艺具有非常强大的竞争力，还详细研究了影响煤基甲醇制芳烃工业化生产的原因。

关键词：煤基甲醇制芳烃;工业化;放大效应

引言

在化工生产中，芳烃是较常使用的一种原料，相关人员对其制备及其工艺的关注度较高。为了更好的满足化工生产对芳烃的需求，煤基甲醇制芳烃工艺得到了较高的发展。就当前的情况来看，煤基甲醇制芳烃技术已经基本成熟，更好的满足了我国化工生产中对芳烃的实际需求。

在未来，国内外对芳烃的需求更大，资源供应更加紧张，所以相关人员要重点展开煤基甲醇制芳烃的工业化。基于此，文章分析了煤基甲醇制芳烃的经济性，得出了煤基甲醇制芳烃工艺的市场竞争力更强的结论，并阐述了催化剂、反应条件或工艺参数、放大效应这些煤基甲醇制芳烃工业化生产的影响因素。

1芳烃的基本概念

芳烃是重要的基础有机化工原料，主要用于生产化纤、树脂等材料，广泛应用于服装、燃料、医药等领域。芳烃中最主要的成分是“三烯三苯”中的“三苯”，即苯、甲苯、二甲苯。其中需求量最大的物质之一是对二甲苯（PX），主要用于制备精对苯二甲酸（PTA），再与乙二醇反应生成聚对苯二甲酸乙二醇酯（聚酯、PET），主要应用于纤维、瓶、膜等三大领域[1]。

生产芳烃的传统方法是以石油为原料，通过催化重整、蒸汽裂解等过程得到重整生成油和裂解汽油，再经过芳烃抽提等过程得到目的产物。世界范围内约95%的芳烃来自上述石油路线，剩余少量芳烃来自煤焦化副产物。我国石油制芳烃主要制约因素是原料石油的来源，我国一次能源结构的特点是“富煤，少油，少气”，石油仅占19%，石油产量无法满足经济发展的需要，对外依存度连年攀升，2017年接近70%。过高的石油对外依存度会危及国家能源和经济安全，必须使之稳定在一定水平之内。

2煤基甲醇制芳烃的经济性分析

在煤基甲醇制芳烃工艺中，得到的三苯含量相对较小，但是二苯含量更高。所以，相比于石油制芳烃工艺来说，煤基甲醇制芳烃的经济性更高。本文在对煤基甲醇制芳烃的经济性进行分析时，参照了目前已经完成设计的1000kt/a甲醇制芳烃装置。设定的条件如下：煤基甲醇来源于上游的生产;原料煤单价为每吨400元、甲醇单价为每吨2045元;项目配套原料甲醇为2870kt/a;所得的产物全部依照二甲苯计算[2]。在上述设定的条件下，能够得出，生成一吨产物的原材料费用为5878元，占比76.5%;燃料及动力费用为900元，占11.7%;工作人员的工资及福利费用为25元，占0.3%;修理费用为143元;折旧费为541元，占8.9%;其他费用为200元，占2.6%。此时，扣除副产品的费用637元（每吨产物），能够得出实际的生产成本为7050元。能够看出，在煤基甲醇制芳烃中，当煤炭的价格发生变动时，芳烃的生产成本也就随之发生变动。通过计算不同煤炭价格下的生产成本，并与二甲苯的市场价格进行对比后能够了解到，当煤炭的价格在一吨400元以下，且二甲苯的市场价在一吨8440元时，煤基甲醇制芳烃有着较高的经济性。特别是在油价不断增长的今天，煤基甲醇制芳烃工艺的市场竞争力更强[3]。

3煤基甲醇制芳烃工业化生产的影响因素分析

3.1催化剂的影响

第一，沸石酸性分布。对于弱酸位的沸石来说，其对煤基甲醇制芳烃工艺的贡献性较小;中强酸位下容易发生氢转移、烯烃聚合等二次反应，对于烷基化与齐聚更加有利;在沸石处于强酸位时，能够决定产物中包含芳烃的含量。第二，沸石孔径。一般情况下，在煤基甲醇制芳烃工艺中使用的沸石有两条相互交叉的孔道，这些孔道的直径在6A左右。有关实验证实，这一尺寸大小正好能够支持在汽油沸程内的烃类的产生，而改变沸石的孔径，则能够实现对获得芳烃产物类型的改变。第三，沸石粒径。当沸石的粒径增加时，分子筛的稳定性随之降低。对于小粒径的催化剂来说，其能够促进C9+芳烃的形成;对于中等粒径的催化剂来说，其能够促进甲苯的形成;对于大粒的催化剂来说，其能够促进二甲苯的形成。第四，芳烃选择性[4]。在煤基甲醇制芳烃的过程中，常伴有氢解、氢转移、裂解等二次反应的发生，同时，还会生成大量的低碳烯烃，这些都降低了芳烃的产生，导致总芳烃收率不理想。

3.2反应条件或工艺参数的影响

在高温条件下，重芳烃的形成得到了抑制，此时，芳烃产物主要为C8芳烃。但是，当温度高于一定程度后（T>773K），会使得芳烃总产量下降，因此，在进行煤基甲醇制芳烃的温度控制中，要选择合适的反应温度区间。在反应压力不断增加的条件下，芳烃的选择性会呈现出先升高后降低的趋势，具体情况如下：当反应压力较低时，停留时间相对较短，所以芳烃的选择性较低;而当反应压力逐渐增加时，反应停留于反应区域的时间也随之增加，为脱氢环化、烯烃聚合、芳构化等串联反应的发生提供有力条件，促进了芳烃选择性的提升[5]。

3.3放大效应的影响

结合化学工学理论能够得出，当装置放大时，物料的流动、传热等物理过程的条件会随之发生变化。所以，在大装置中达到的指标会普遍小于实验结果（放大效应）。对于煤基甲醇制芳烃工艺来说，就当前的发展情况来看，由于并没有形成用于实际运行的工业装置，很多技术均处于试验阶段。尽管有关研究指出，由于FMTA技术（以完成工业试验）引用了较为成熟的基于催化裂化的流化床工艺，所以放大问题已经得到了有效的解决。但是，煤基甲醇制芳烃工业化中依旧需要重点关注放大效益的解决。

结束语

综上所述，通过实际的计算比较能够得出，当煤炭的价格在一吨400元以下，且二甲苯的市场价在一吨8440元时，煤基甲醇制芳烃有着较高的经济性;特别是在油价不断增长的今天，煤基甲醇制芳烃工艺的市场竞争力更强。在煤基甲醇制芳烃工业化发展中，相关人员要重点对催化剂、反应条件或工艺参数、放大效应进行关注，提升煤基甲醇制芳烃工业化的质量。

参考文献：

[1]张丹，杨敏博，冯霄.循环流化床甲醇制芳烃分离工艺的模拟与改进[J/OL].华东理工大学学报（自然科学版）：1-7[2019-10-09].https：//doi.org/10.14135/j.cnki.1006-3080.20180911004.

[2]潘欣，杜松山，高玫香，李培艳.煤基甲醇仿真工厂在促进职业教育实践教学改革中的应用研究[J].化工管理，2017（35）：63.

[3]王澍，康翠欣，朱静璇，卢跃鹏，董俊雄，江小明.脱色工艺对菜籽油中多环芳烃脱除效果的影响[J].中国油脂，2019，44（01）：5-8.

[4]李娜，程立科，杨天慧，李旻哲，刘殿华.7万t/a甲醇制芳烃工艺流程模擬[J].天然气化工（C1化学与化工），2018，43（06）：90-95.

[5]刘淑惠，田伟君，周建仁，赵婧，王喆.多环芳烃及其衍生物在SBR/MBBR工艺中的分布与去除[J].环境科学，2019，40（02）：747-753.