煤制烯烃研究报告

煤制烯烃工艺研究报告煤制烯烃工艺研究报告 一 煤制烯烃简介一 煤制烯烃简介 制备丙烯的传统方法是采用轻油 石脑油 轻柴油 裂解工艺 但石油储量有限 所以世界各国开始致力于非石油路线制乙烯和丙 烯类低碳烯烃的开发 其中 以煤或天然气为原料制甲醇 再由甲 醇制低碳烯烃的工艺受到重视 煤制烯烃主要指乙烯 丙烯及其聚合物 聚乙烯主要应用于粘 合剂 农膜 电线和电缆 包装 食品软包装 拉伸膜 收缩膜 垃圾袋 手提袋 重型包装袋 挤出涂覆 聚合物加工 旋转成型 注射成型 吹塑成型 等行业 丙烯是仅次于乙烯的一种重要有机石油化工基本原料 主要用 于生产聚丙烯 苯酚 丙酮 丁醇 辛醇 丙烯腈 环氧丙烷 丙 二醇 环氧氯丙烷 合成甘油 丙烯酸以及异丙醇等 煤制烯烃简单来说可分为煤制甲醇 甲醇制烯烃这两个过程 主要有四个步骤 首先通过煤气化制合成气 然后将合成气净化 接着将净化合成气制成甲醇 甲醇在催化剂的作用下脱水生成二甲 醚 DME 形成甲醇 二甲醚和水的平衡混合物 然后转化为低碳 烯烃 烯烃经过聚合反应生产聚烯烃 目前 国际上有几种领先的 甲醇制烯烃工艺 如美国 UOP 公司与挪威海德鲁 Lydro 公司的甲 醇制烯烃工艺 MTO 德国鲁奇 Lurgi 公司的甲醇制丙烯工艺 MTP 美国 AtoFina 与 UOP 公司的烯烃裂解工艺等 其中 Lurgi 公司的 MTP 工艺已经在国内的生产装置上应用 在 2010 年最先实现 工业化 二 国外煤制烯烃技术二 国外煤制烯烃技术 MTO 是国际上对甲醇制烯烃的统一叫法 最早提出煤基甲醇制 烯烃工艺的是美孚石油公司 Mobil 随后巴斯夫公司 BASF 埃 克森石油公司 Exxon 环球石油公司 UOP 及海德鲁公司 Hydro 等相继投入开发 在很大程度上推进了 MTO 的工业化 1995 年 UOP 与挪威 Norsk Hydro 公司合作建成一套甲醇加工能力 0 75 吨 天的示范装置 连续运转 90 天 甲醇转化率接近 100 乙烯和丙烯的碳基质量收率达到 80 1998 年建成投产采用 UOP Hydro 工艺的 20 万吨 年乙烯工业装置 截止 2006 年已实现 50 万吨 年乙烯装置的工业设计 并表示可对设计的 50 万吨 年大型乙 烯装置做出承诺和保证 UOP Hydro 的 MTO 工艺可以在比较宽的范 围内调整反应产物中 C2 与 C3 烯烃的产出比 可根据市场需求生 产适销对路的产品 以获取最大的收益 惠生 南京 清洁能源股份有限公司甲醇制烯烃装置采用环球油 品公司 UOP 的甲醇制烯烃 MTO 烯烃裂化 OCP 技术 是全球首 套采用霍尼韦尔先进技术 Honeywell 的装置 与传统工艺相比 该项工艺被验证拥有高收率和低副产品形成的优点 UOP HydroUOP Hydro 公司的甲醇制烯烃 公司的甲醇制烯烃 MTOMTO 工艺流程示意图 工艺流程示意图 该项目于 2013 年 9 月下旬开车成功 产出合格产品 乙烯 丙 烯全部达到并超过聚合级产品要求 另外 久泰能源年产 60 万吨甲 醇制烯烃项目 江苏斯尔邦石化有限公司年产 83 万吨甲醇制烯烃项 目都采用霍尼韦尔技术进行项目建设 三 国内煤制烯烃情况三 国内煤制烯烃情况 1 1 煤基甲醇制烯烃 煤基甲醇制烯烃 MTO MTO 1 1 中科院大连化物技术 中科院大连化物技术 DMTODMTO DMTO 是大连化物所的甲醇制烯烃专利技术 2005 年由中科院大 连化物所 陕西新兴煤化工科技发展有限责任公司和中国石化集团 洛阳石化工程公司合作在陕西建设了生产规模以原料甲醇计为 15000 吨 年的 DMTO 工业化试验装置 该装置于 2006 年 2 月一次投 料试车成功 实现了近 100 甲醇转化率 低碳烯烃 乙烯 丙烯 丁烯 选择性达 90 以上的结果 此外 陕西煤化集团目前正采用 DMTO 技术在陕西蒲城建设 70 万吨 年的煤制烯烃项目 DMTODMTO 技术应用情况技术应用情况 宁波禾元化学有限公司投资约 60 亿元 通过外购甲醇 采用 DMTO 工艺技术建设的 180 万吨 年甲醇制烯烃装置 含烯烃分离 40 万吨 年聚丙烯装置 50 万吨 年乙二醇装置 于 2013 年 1 月投 料试车成功 并生产出合格烯烃 乙烯 丙烯 神华集团采用 DMTO 技术 投资 170 亿 于 2010 年 5 月在内蒙 古包头建成 180 万吨 年甲醇 60 万吨 年甲醇制烯烃项目 是世界 首套百万吨级煤基甲醇制烯烃大型工业化示范装置 自 2011 年 1 月 正式投入商业运营以来 在产品方向 工艺路线 技术可靠性 工 程放大 技术装备 水资源 环境影响 经济可行性 运营管理等 方面形成了一系列具有示范及推广意义的工程化技术 并攻克了世 界首套煤制低碳烯烃工艺技术工程化及实现长周期稳定运转等世界 性难题 甲醇转化率达到 99 95 以上 烯烃 乙烯 丙烯 选择性 达 78 以上 神华集团煤制烯烃工艺流程图神华集团煤制烯烃工艺流程图 神华包头煤基甲醇制烯烃项目气化装置主要工艺技术 神华包头煤基甲醇制烯烃项目气化装置主要工艺技术 气化 采用美国 GE 公司的水煤浆气化技术 共七台单炉投煤 量为 1500 吨 天的气化炉 由中国天辰工程公司详细设计 空分 采用杭州杭氧股份有限公司 4 套单套规模为 60000 立 方米 小时 氧气 规模的空分设备 空气压缩机采用德国 MAN 透平 公司设备 耐硫变换 采用青岛庄信恒瑞的 K8 11HR 催化剂 合成气净 化采用德国林德公司低温甲醇洗工艺包 硫回收 采用山东三维石化工程股份公司的 SSR 工艺技术 设计规模为 22000 吨 年硫磺产品 甲醇合成 采用英国庄信万丰公司下属 DAVY 工艺技术公司的 甲醇合成技术 庄信万丰公司的甲醇合成催化剂 甲醇制烯烃 采用中国科学院大连化物所的甲醇制烯烃 DMTO 技术 反应器和工艺设计单位是中石化洛阳工程公司 DMTO 催化剂由正大集团正大能源材料有限公司提供 烯烃分离回收 采用美国鲁姆斯公司 Lummus 技术 聚丙烯装置采用美国陶氏化 学公司 DOW 的 UNIPOLPP 技术 聚乙烯装置采用陶氏化学公司 Unipol 工艺 2 2 上海石化院技术 上海石化院技术 SMTOSMTO SMTO 技术是中石化上海石化研究院开发的甲醇制烯烃技术 SMTO 反应系统由流化床反应器和催化剂再生器组成 2005 年建立一 套 12t 年的循环流化床热模试验装置 实现甲醇转化率大于 99 8 乙烯和丙烯选择性大于 80 乙烯 丙烯和 C4 选择性超过 90 2007 年 11 月 100t d 甲醇制烯烃 SMTO 工业试验装置成功 投产运行 2011 年 10 月采用 SMTO 技术在中原石化建成 60 万吨 年 甲醇制 20 万吨 年烯烃装置 并投入正常运行 并于 2014 年 1 月通 过竣工验收 2013 年获得发改委 路条 的中石化贵州项目 投资约 200 亿 元 180 万吨甲醇 60 万吨烯烃 30 万吨聚乙烯和 30 万吨聚丙烯 等 与河南项目 投资 170 亿元 180 万吨甲醇 60 万吨烯烃 均 采用 SMTO 技术 2 2 煤基甲醇制丙烯 煤基甲醇制丙烯 MTP MTP 1 1 采用国外技术建设的 采用国外技术建设的 MTPMTP 装置装置 德国鲁奇公司是世界上最早开发成功 MTP 技术的公司 该公司 还拥有大型甲醇 mega methanol 低压合成技术 大型甲醇技术与 MTP 技术两者结合 可以建设大型 MTP 工业装置 当前国内用于生 产的煤基甲醇制丙烯都采用该技术 采用 GSP 气化技术的神华宁煤年产 52 万吨的 MTP 项目 总投资 约 195 亿元 于 2010 年 10 月投料试车成功 产出合格丙烯产品 目前生产平稳 取得了较好的经济效益 该项目采用德国西门子 GSP 干煤粉气化工艺 四合一装置采用德国鲁奇公司变换 低温甲 醇洗 硫回收 大甲醇合成技术 MTP 装置采用德国鲁奇公司 MTP 技术 聚丙烯装置采用德国 ABB 公司气相法聚丙烯技术 神华宁煤 第二套年产 50 万吨甲醇制烯烃项目 于 2014 年 8 月 27 日一次性投 料试车成功 经试运行 产出纯度 99 88 的合格丙烯及牌号为 1102K 的合格聚丙烯产品 大唐多伦在内蒙古锡盟多伦县建设年产 46 万吨的 MTP 项目 2011 年 6 月开车成功 2012 年 3 月进入试生产阶段 该项目以锡林 浩特市胜利煤田褐煤为原料 集成 Shell 干煤粉气化 部分变换 鲁奇低温甲醇洗 鲁奇低压甲醇合成 鲁奇 MTP 丙烯生产工艺 Spheripol 聚丙烯生产工艺等系列技术 最终生产 46 万吨聚丙烯及 其副产品 2 2 国内 国内 MTPMTP 技术情况技术情况 目前 国内从事 MTP 技术研发的机构主要有中国石化和清华大 学等 中国石化已完成固定床 MTP 技术的中试研究 正在组织进行 以甲醇为原料 150 万吨 年的 SMTP 装置工艺包研发 并在扬子石化 建设 5000 吨 年的工业试验装置 该装置于 2012 年 12 月成功开车 产出合格丙烯 装置各项技术指标达到设计要求 运行周期超过设 计值 且净化水和粗甲醇均可回收利用 同时 获取了大型工业化 装置 SMTP 成套技术开发所需的大量基础数据 促进了 SMTP 技术实 现工业转化步伐 为下一阶段 180 万吨 年甲醇制丙烯工艺包的设计 提供了坚实基础 清华大学联合中国化学工程集团 安徽淮化集团共同开发了流 化床甲醇制丙烯 FMTP 技术 2009 年 12 月 在淮南建设了规模为 3 万吨 年的 FMTP 中试装置 利用该技术生产以丙烯为目标产物的 烯烃产品 丙烯总收率达 77 原料消耗为 3 吨甲醇 吨丙烯 生产 以丙烯为主的烯烃产品 双烯 乙烯 丙烯 总收率达 88 原料消 耗为 2 62 吨甲醇 吨双烯 3 3 国内甲醇制烯烃生产情况及市场 国内甲醇制烯烃生产情况及市场 随着甲醇制烯烃技术的日益成熟 国内兴起了利用廉价甲醇建 设甲醇制烯烃项目的热潮 目前在建或拟建甲醇制烯烃项目大部分 位于西部 北方富煤地区或东部沿海消费市场集中 交通运输便利 的地区 富煤地区以煤基甲醇制烯烃为主 沿海地区以甲醇制烯烃 为主 受煤炭价格较低的影响 煤基甲醇制烯烃成本优势较为明显 利润较以油为原料丰厚 同时中石化和中石油上游扩能速度逐渐减 弱 加上各地政府煤化工产业投资支撑 国内煤基甲醇制烯烃产业 进而得以迅速发展 国内目前共有神华包头 神华宁煤 大唐多伦 中原石化 宁波富德等装置开车成功 产能达到 440 万吨 年 中国已投产煤基甲醇制烯烃装置情况中国已投产煤基甲醇制烯烃装置情况 业主业主开车时间开车时间 产能 万吨产能 万吨 年 年 烯烃工艺烯烃工艺 神华包头 2010 0860 大化所 DMTO 神华宁煤2010 10 52 鲁奇 MTO 大唐多伦 2010 1046 鲁奇 MTO 中原石化 2011 1020 中石化 S MTO 宁波富德2013 02 60 大化所 DMTO 惠生 南京 2013 0930UOP MTO 延长中煤榆能化 2014 0660 大化所 DMTO 中煤榆林能化 2014 0760 大化所 DMTO 神华宁煤 2014 0852 鲁奇 MTO 陕西蒲城清洁能源 2015 270 合计 510 到 2015 年底 我国煤制烯烃总产能达 1450 万吨 年 预计 2017 年底前 我国煤制烯烃总产能将达 1950 万吨 年 4 4 煤制烯烃的经济性分析 煤制烯烃的经济性分析 1 1 成本分析 成本分析 2010 年 甲醇市场平均价格约 2200 元 t 左右 相当于 73 美 元 桶石油价格下石脑油裂解烯烃的成本 2010 年原油年平均价格 为 78 8 美元 桶 按照目前的石油价格 外购甲醇生产烯烃还具有 一定的竞争力 但国际油价并不稳定 如果石油价格下滑较大 则 外购甲醇生产烯烃难与石脑油裂解制烯烃进行竞争 但如企业自身 拥有煤矿 用自产煤生产甲醇 成本约在 800 1000 元 t 左右 则 煤制烯烃与石油路线相比具有很大的竞争实力 2 投资分析 以 MTO 或 DMTO 煤制烯烃工艺 建设的万吨级烯烃装置投资约为 3 0 3 5 亿元 而石脑油裂解制烯烃 包括新建厂 乙烯 丙烯 丁二 烯全面深加工和公用工程 的万吨级烯烃装置投资约为 1 6 2 0 亿元 由此可见 煤制烯烃较石脑油裂解制烯烃的投资大 3 综合比较 综合比较煤基甲醇制烯烃和石脑油制烯烃的经济性可以看出 煤基甲醇制烯烃的前期一次性投资较大 但生产成本比石脑油制烯 烃降低一半左右 特别是对于 50 万 t 以上的装置而言 这个成本优 势则更为明显 另外石脑油制烯烃工艺路线受石油资源的制约较大 而我国煤炭资源比较丰富 其价格受外部影响也相对较小 因此 煤基甲醇制低碳烯烃在我国的发展仍具备十分重要的战略优势 无 论在资源上 经济上还是能源安全上已具有较强的竞争优势 5 5 煤基甲醇制烯烃存在问题 煤基甲醇制烯烃存在问题 我国是一个相对 富煤少油 的国家 发展煤制烯烃具有一定 战略意义 但发展煤制烯烃也应该本着科学的态度 不能盲目发展 搞重复性建设 对发展煤制烯烃的客观条件和市场风险都应有一个 清醒的认识 1 1 投资强度高 投资强度高 煤制烯烃仍然面临传统的以原油为原料的石化行业的竞争 特 别是中东地区石化工业的快速发展 必将对我国的煤制烯烃产业造 成一定的冲击 因此 在发展煤制烯烃项目前应做好充分的经济分 析 以免造成不必要的损失和浪费 因乙烯和丙烯运输成本和危险性较高 通常国内大多数的煤基 甲醇制烯烃项目是建设乙烯 丙烯及下游一体化的联合装置进行内部 消化 最终产品为聚乙烯和聚丙烯 导致工艺流程长 建设投资大 万吨产品的投资约 3 亿元 对项目建设企业融资能力要求高 目 前在建或拟建煤基甲醇制烯烃项目投资主体呈现多元化态势 中央 企业 地方国有企业 民营企业及外资企业均参与其中 多数项目 以聚乙烯 聚丙烯为主要下游产品 2 2 环境资源制约 环境资源制约 在煤的转化过程中 必将有大量的碳要以二氧化碳的形式排放 出来 煤基甲醇制烯烃生产过程中原材料及能耗大 水耗高 污染 重 三废综合利用和环境治理要求严 如生产 1 吨烯烃 排放出的 二氧化碳高达 11 63 吨 需要煤炭为 6 吨左右 吨烯烃耗水约 33 吨 左右 随着我国越来越重视低碳环保 且已有征收水资源税 碳税 的建议见诸于报 煤制烯烃的未来发展空间受到一定影响 3 3 能量转化率低 能量转化率低 煤基甲醇制烯烃是一种能耗偏高 能量转化率偏低的工艺 在 规模为 60 万吨 年的前提下 目前的可研报告中给出的吨烯烃综合 能耗约为 180GJ 能量转化率仅为 26 与已经过实际运行考核的 16 万吨前提下的费托合成煤制油的综合能耗 109 86GJ 能量转化率 40 53 相比较 还存在差距 4 4 盲目发展 无序竞争 盲目发展 无序竞争 煤基甲醇制烯烃 含外购甲醇制烯烃及煤制丙烯 是国家层面 比较认可的第二个新型煤化工路径 在神华包头 60 万吨 年项目示 范投产成功后 国内一些企业缺乏对技术成熟度和系统运行合理性 的考量 盲目建设煤基甲醇制烯烃项目 形成了无序竞争的局面 国家进一步明确煤制烯烃示范项目准入条件 要求煤基甲醇制烯烃 项目主要包括能源转化效率 40 以上 吨标煤转化综合水耗小于 3 吨 废水和化学需氧量 氨氮 二氧化硫 氮氧化物实现近零排放 二氧化碳减排潜力达到 50 等 5 5 运输仓储成本高 运输仓储成本高 目前煤基甲醇制烯烃企业神华包头 神华宁煤 大唐多伦 中 煤陕西榆林能源和陕西延长中煤榆林能源等集中在西北及内蒙地区 煤制聚烯烃行业在本地销售的资源不多 下游集中地主要位于华东 华北和华南区域 煤制聚烯烃在本地消化的比例为 10 15 因地理 位置的原因 目前多数资源在华北和华东销售 华南市场处于逐渐 开拓阶段 西北烯烃产品流通至华北地区和华东地区 多采用铁 路和汽车运输 并需要建立异地库 物流和仓储成本较高 随着煤 化工项目的逐渐推进 煤基甲醇制烯烃的产能大量释放 行业的竞 争