解决煤制烯烃工艺技术难题的对策

左佳 杨曦

摘 要：随着能源需求的不断加剧，我国对于煤炭资源的合理利用成为解决未来能源枯竭的主要瓶颈。煤炭转化烯烃工艺的成熟为我国丰富的煤炭资源得到合理的利用起到了至关重要的作用。因此，对于煤制烯烃工艺各个阶段及流程所面临的问题进行改善与解决就成为当下所面临的主要问题。在整个煤制烯烃过程中每个流程都存在一定的难题，解决这些难题对未来煤炭资源的高效利用具有重要的现实意义。

关键词：煤制烯烃;工艺;优化;烯烃转化

0 前言

在我国，煤炭资源含有量较石油、天然气甚多。据统计，以目前我国煤炭总储量可供中国十三亿人口使用百年以上。煤炭除了主要进行火力发电、供暖等以外，其被使用于制烃产业逐渐成为未来能源规划与利用的主要途径[1]。近年来，我国对于能源的利用也越来越处于异常紧缺的状态。由于我国是多煤少油国家，因此煤制烯烃技术的研发与利用成功的解决了我国对于石油及天然气等紧缺能源的依赖。

煤制烯烃技术的主要路线为：将块体煤气化成合成气体（CO、H2），进而在合成气的状态下进行甲醇的合理提取，最后将提取的甲醇转化成我们所需要的烯烃能源[2]。虽然整个转化过程较为简单，但是为了提高烯烃能源的转化效率，在每个转化的流程都需要合理进行工艺优化才能不断的对转化效率进行有效提升。在这些技术当中主要包括：气化技术、甲醇合成技术、甲醇制烯烃技术[3]。因此合理解决以上三种技术工艺的优化难题，并且给出相应的策略是本文主要探讨的内容，其详细的论述见余下部分。

1 气化工艺中的难题与对策

气化技术也称为煤制气技术，关于这一技术我们首先需要解决的问题是项目的选址。因为不同的煤质对于气化技术的转化效率影响较为明显，所以在选址的过程当中，需对周边的方圆一百公里以内的煤炭质量进行有效评估。通过一定时间内进行对比多种煤炭转化的效率，并将这一结果与气化炉运行的理想值进行比照，最终确定质量优异的煤炭资源并进行合理的选址与建厂。除此之外，关于气化炉装置的各个参数优化也是需要我们关注的。

目前，在气化工艺中常采用的气化炉分为两种：具有较高辐射性的废锅水煤浆加压气化炉与全激冷流水煤浆加压气化炉。辐射性废锅水煤浆加压气化炉具有一定程度的辐射性，而全激冷流水煤加压气化炉在某些技术上也相对落后，因此将两种技术进行合理整合进而研发出一种新技术―水煤浆加压气化半废锅新型流程技术。此种气化炉主要结构为：气化室，辐射废锅以及激冷部分。其运行配置参数整合了前两种气化炉一些优势（6.5MPa（G），1800cft）。据统计该新型气化炉装置设计比煤耗量以及氧耗量均比前两种大幅度减少[4]。

2 甲醇合成工艺中的难题与对策

甲醇合成技术主要分为两种：利用低压使得甲醇得以合成的技术以及利用高压将甲醇合成的技术。近些年来高压甲醇合成技术逐渐遭遇淘汰的趋势，因此低压甲醇合成技术就需要技术上不断的完善与更新才能满足目前工业的需要。低压甲醇合成技术分为三个系统：流程包括合成系统、换热系统以及分离系统。

而目前的三种ICI、Topsøe及Lurgi技术都是采用这一流程，其不同之处为催化剂与合成塔的选用不同[5]。因此，在对该工艺进行优化的对策中，主要是对催化剂的利用效率提高及合成塔结构相对简单进行优化设计。在ICI技术中，其反应塔结构相对简单但是其催化剂利用效率较低，床层温差大，仅能回收低位能反应热。Topsøe技术反应催化剂活性高但利用率低而且反应器构造较复杂。Lurgi技术中催化剂寿命在三者中最长且转化率高，但是反应塔结构较为复杂。据统计在实际生产中甲醇的合成能力需保持在114%[6]。因此，对于催化剂高效率的前提下也同时要求其在末期时同样保持114%的生产稳定性。这就需要提高循环的气流量，因此，在今后的对策当中可对现有的这三种装置在保证催化剂高效的转化率条件下适当扩大装置的产能，保证空冷器及压缩机的高效运行是其中的关键。

3 甲醇制烯烃工艺中的难题与对策

目前，甲醇制烯烃技术包括两种：甲醇制烯烃，甲醇制丙烯。甲醇制烯烃技术（MTO）可同时制备出乙烯和丙烯两种产品，而甲醇制丙烯技术（MTP）主要制备丙烯一种产品。甲醇制烃技术（MTO）是由UOP和NorskHydro公司合作而共同研发的，且其中的UOP/Hydro MTO是采用以SAPO-34分子筛催化剂和快速流化床反应器，其產品总选择性高达80%。大连化物所与新兴能源科技公司及洛阳石化工程公司联合研发了DMTO技术，该技术可将甲醇达到100%的转化率且烯烃的选择也超过80%。除此之外，中石化也研发了SMTO工艺，其工艺各项性能指标与大连化物所所研发的制烃技术不相上下。

在MTP技术中，可分为德国Lurgi公司的LurgiMTP技术以及我国北京高校清华大学所研发的EMTP这两种技术。在这两种技术中，清华大学所研制的EMTP技术成功地克服了催化剂在需要过程中频繁切换反应器而进行再生的缺点。德国的LurgiMTP技术其甲醇转化率可接近100%，丙烯的转化率也达到了70%左右。

以上的众多MTO及MTP技术都在我国进行了广泛的应用，并且各自都有其优势以及少许劣势。综其所诉，在运用以上的烯烃转化技术的同时，我们所面临的技术难题是如何在这些设备的基础上大大缩减资金的投入以提高技术的高效经济性。除此之外，针对以上各项技术导致的二氧化碳排放量问题也亟待需要我们进行解决。因此，在进行选择烯烃转化技术的同时，需对烯烃生产的各个流程进行物料以及能力的输入与输出进行数据调研，采取计算的方式进行能效、投资及产品成分预算，同时也需要对其他如天然气、石油转化烯烃工艺进行对比探究分析，最终给出一个较为贴切实际及更加合理的工艺流程以实现整个煤制烯烃工艺技术的全面优化。

参考文献：

[1]王玉清，陈生文.解决煤制烯烃工艺技术难题的对策[J].化学管理，2019（23）：192-193.

[2]杨建平，刘佳妮.煤制烯烃工艺技术难题的解决思路探索[J].数字化用户，2019（25）：173.

[3]张涛.解决煤制烯烃工艺技术难题的对策[J].化学管理， 2020（02）：111-112.

[4]孙汉明.大型煤制烯烃项目工艺技术路线的优化探讨[J].现代化工艺经济和信息化，2017（7）：94-96.

[5]崔恒玲.煤制烯烃项目生产废水处理新技术的应用[J].中国化工贸易，2013（04）：365.

[6]崔普选.煤基甲醇制烯烃工艺技术发展现状[J].现代化工，2020（40）：5-9.