煤基化学品创新成果与展望-2016中国国际煤化工论坛及展览会

煤基化学品创新成果与展望,刘中民甲醇制烯烃国家工程实验室国家能源低碳催化与工程研究中心中国科学院大连化学物理研究所2016.09.20,2016国际煤化工发展论坛,内容,背景我国煤化工进展和技术方向甲醇转化技术进展展望结语,2,化石资源在能源结构中仍然处于主导地位,探明常规能源资源结构,能源消费结构,石油供应已经成为制约我国经济社会健康发展的重大战略问题发展洁净煤技术是实现石油替代的必然选择国家中长期科学和技术发展规划纲要(20062020年)重点领域及其优先主题,3,我国石油及石油化工原料供求矛盾突出,强烈地受制于石油资源2014年，我国原油产量2.10亿吨，进口量3.08亿吨对外依存度59.4烯烃、芳烃不足，制约下游发展乙烯为例2104年乙烯产量1704万吨，当量消费量3587万吨乙烯当量自给率 49.2%主要原料为石脑油,数据来源：国家统计局,4,石油替代技术的产品定位和技术路线,产品定位：燃料和大宗石化产品技术特征：甲醇、合成气转化的低碳催化开辟煤化工新途径,油品(汽、柴、煤、润滑油),石油,芳烃(苯、甲苯、二甲苯),烯烃(乙烯、丙烯、丁烯),甲醇,合成气,煤,下游产品,5,内容,背景我国煤化工进展和技术方向甲醇转化技术进展展望结语,6,我国煤化工技术进展,中国煤化工技术已经走在世界前列仍处于技术快速发展期,7,技术方向,甲醇,丙烯,二甲醚,DMMn柴油,汽油,乙烯,合成气,煤,乙醇,乙二醇,二甲醚,DMM,芳烃（PX）,混合醇醚,乙二醇,柴油,合成气、甲醇两个转化平台,8,新技术方向,甲醇,丙烯,二甲醚,DMMn柴油,汽油,乙烯,合成气,煤,乙醇,乙二醇,二甲醚,DMM,芳烃（PX）,混合醇醚,乙二醇,柴油,芳烃,9,基础问题,催化剂及催化作用高效催化剂催化作用原理一个普遍性的问题C1催化过程中第一个C-C的形成原理对不同的催化反应体系，第一个C-C的形成具有特征性甲醇转化不同于和F-T合成产物选择性控制问题如F-T合成：S-F分布规律如何打破，如何控制产物分布反应的耦合作用规律催化新材料新材料的发现，合成及应用纳米孔道内分子之间及其与表面的相互作用催化剂制备的基本规律的深入了解,10,基础问题,工程科学问题传质传热的强化合成气、甲醇转化反应几乎均为强放热反应F-T合成中的气液固三相并存针对新反应体系的工程科学基础研究过程实时在线检测新方法、新技术过程的多尺度模拟,11,内容,背景我国煤化工进展和技术方向甲醇转化技术进展展望结语,12,内容,技术路线技术进展甲醇制烯烃系列技术甲醇经二甲醚制乙醇甲醇、甲苯制对二甲苯联产烯烃甲醇与烃类耦合制烯烃,13,甲醇转化主要技术路线,甲醇,低碳烯烃,丙烯,烃类,PX烯烃,甲苯,二甲醚,乙酸甲酯,乙醇,14,甲醇制烯烃的关键科学和技术问题,反应体系十分复杂,关键科学和技术问题反应机理分子筛催化剂酸性与反应的构效关系复杂反应体系中选择控制原理强放热催化反应工艺反应器放大技术集成甲醇耦合反应更复杂,15,技术进展：DMTO & DMTP,DMTO工业性试验及其工业化DMTO-II工业性试验及其工业化DMTO-IIIDMTP,16,DMTO万吨级工业性试验工业放大过程中关键的一步,2004年8月启动，2006年6月完成试验。（国家重大产业技术开发项目）重要技术成果催化剂放大与验证反应器放大工艺验证与优化开、停工方法技术集成工艺包编制,甲醇进料规模（50吨/天，1.67万吨/年 ),通过工业性试验，验证和开发了自主知识产权的DMTO工业化成套技术，为建设大规模工业化装置奠定了技术基础,17,技术成果： 专用催化剂生产技术,发明了SAPO分子筛合成方法SAPO分子筛改性方法SAPO分子筛催化剂原位合成技术流化催化剂直接制备技术微球催化剂活化和保存技术,催化剂技术实施许可已经实现工业化生产,18,技术成果：流化床反应器设计与放大,成功关联鼓泡床与湍流床，实现了反应器百倍级别的逐级放大解决了气体穿透和气固均匀分布问题，成功开发了直径11米的大型浅层密相流化床反应器（高径比0.3),微型反应器 中试反应器 工业性试验反应器 工业装置反应器甲醇进料规模 1.2 kg/d 120 kg/d 50,000 kg/d 5500,000 kg/d藏量 0.01 kg 1 kg 300 kg 45,000 kg气体速度 525 cm/s 25 cm/s 1 m/s 1-1.5 m/s流化床床型 鼓泡床 鼓泡床 湍流床 湍流床,19,技术成果：创新的工艺和技术集成,研究了多种流化反应方式，结合积碳和烧碳研究，提出了密相循环流化反应-再生工艺，发展了完整的大连化物所甲醇制烯烃工艺技术（DMTO），具有以下特点：,连续反应-再生反应器、再生器并列布置反应移热及时，反应床层温度分布均匀反应接触时间可控乙烯/丙烯产品比例可调,20,技术成果：创新的工艺和技术集成,首创了利用反应热直接升温反应器和再生器的开工方法投料约半小时反应器温度达到设计工况,工业反应器投料升温曲线,发明了独特的投料开工技术,21,2006年12月发改委核准（发改工业20062772号）世界首套煤制烯烃工厂，国家现代煤化工示范工程大连化物所作为技术许可方提供设计工艺包、技术指导和服务,甲醇180万吨/年,丙烯,烯烃60万吨/年,乙烯,合成气,煤,聚丙烯30万吨/年,聚乙烯30万吨/年,DMTO,分离,聚合,GE,Davy,Lummus,Univation,DICP/Syn/LEPC,实现世界首次甲醇制烯烃工业化 神华包头180万吨煤基甲醇制60万吨烯烃项目,22,DMTO工业装置工艺流程图,甲醇转化为低碳烯烃，总体流程与催化裂化装置相似。,精制分离部分，与石脑油热裂解工艺的精制分离部分相似。,23,C2H4,C3H6,典型60万吨/年煤制烯烃项目的产品组成,24,神华包头煤制烯烃工厂,甲醇合成装置,DMTO装置,聚烯烃装置,2010年5月31日，装置全部建成中交，进入投料试车阶段,备煤装置,25,神华包头DMTO装置,26,DMTO及下游装置投料运行,2010年8月8日一次投料开车成功甲醇转化率100% ，乙烯丙烯选择性大于80%，最高运行负荷110%，全部达到合同指标8月20日聚烯烃对外销售,聚烯烃销售仪式,聚烯烃生产线,聚烯烃产品库房,从投料到产品外销仅用12天,27,DMTO-II技术方案和技术特征,80%,甲醇,混合烯烃,C2= + C3=,C4+,+,分离,流化反应,中间产品,85-90%,DMTO,DMTO-II,3吨甲醇1吨烯烃,2.62.7吨甲醇1吨烯烃,技术方案,28,DMTO-II商业装置：陕西蒲城煤制烯烃,2010年签约，2014年12月投产,29,甘肃平凉60万吨/年,山东神达33万吨/年,富德常州33万吨/年,宁波富德60万吨/年,浙江兴兴新能源60万吨/年,宁夏宝丰能源60万吨/年,宝丰内蒙60万吨/年,神华包头60万吨/年,陕西：神华榆60万吨/年中煤榆林60万吨/年x 2延长靖边 60万吨/年延长延安60万吨/年蒲城能化68万吨/年,中国DMTO装置布局图（20套装置、1126万吨烯烃产能）,中煤蒙大60万吨/年,青海大美60万吨/年,青海盐湖33万吨/年,青海矿业60万吨/年,山西焦化60万吨/年,河南中科 60万吨/年,30,甲醇制烯烃目前投产项目（单位：万吨/年）,均一次投产成功！,31,甲醇制烯烃技术获2014年度国家技术发一等奖,32,甲醇制烯烃第三代技术(DMTO-III),新一代催化剂单套工业装置甲醇处理能力：300万吨/年烯烃选择性达到：90%,甲醇,混合烯烃,C2= + C3=,C4+,+,分离,流化反应,100%,DMTO-II,2.62.7吨甲醇1吨烯烃,技术特点,DMTO-III,33,采用一种多效催化剂完成： MTO转化、乙烯与甲醇的烷基化、C4+催化裂解通过相对简洁的流化反应工艺，将上述过程集成在一起,一个催化剂、一套反应-再生装置,甲醇制丙烯（DMTP）,技术方案和技术特征,34,工艺方案,采用单一催化剂的流化床工艺 工艺方案：第一反应区：甲醇/乙烯共进料（整合MTO和烷基化）乙烯少量转化（循环使用）、甲醇全转化、高选择性生成丙烯 生成C4+副产物第二反应区：C4+副产物催化裂解C4+循环转化，高选择性生成丙烯生成少量乙烯，补充到第一反应区过程累积的烷烃等惰性副产物经驰放排除 优点：每个反应区的副产物用作另一反应区的原料各反应区温度不同，充分利用催化剂携带的热量,35,中试结果,完成了300吨/年DMTP中试结果,（甲醇转化率100%）,36,内容,技术路线技术进展甲醇制烯烃系列技术甲醇经二甲醚制乙醇甲醇、甲苯制对二甲苯联产烯烃甲醇与烃类耦合制烯烃,37,二甲醚羰基化合成乙醇,2CH3OH = CH3OCH3 +H2O,净反应：CH3OCH3 + 2CO + 4H2 = 2CH3CH2OH + H2O,合成气原料计： 2CO + 4H2 = CH3CH2OH + H2O,38,二甲醚路线的特点,避开了乙酸及其腐蚀问题二甲醚羰基化不用贵金属催化剂分子筛类催化剂可以临氢羰基化（合成气不必分离）反应条件相对温和,39,羰基化催化剂的反应结果,中试结果：反应中DME转化率60%，乙酸甲脂选择性98%，时空产率0.24 g/gcath。催化剂寿命超过5500小时。,40,10万吨/年合成气制乙醇装置,建设10万吨/年工业示范装置2014年已完成工艺包编制计划2016年10装置投料开车,41,内容,技术路线技术进展甲醇制烯烃系列技术甲醇经二甲醚制乙醇甲醇、甲苯制对二甲苯联产烯烃甲醇与烃类耦合制烯烃,42,甲醇（甲苯）制对二甲苯联产烯烃技术,43,聚酯生产的原料,一种原料，一个反应过程，同时提供聚酯生产所需原料采用连续流化反应-再生工艺,CH3OH,C2H4 C3H6,CnHm,+ C1-C5 + H2O,甲苯,甲醇制对二甲苯联产烯烃技术,已经完成流化床实验室中试甲醇转化率 99 芳烃收率 50 wtPX选择性（三个异构体中）99 wt 乙烯+丙烯（C1-C5 中）70 wt正在进行300吨/年试验结合冷模和DMTO经验，编制大型工业化装置工艺包,44,甲醇烃类耦合：甲醇石脑油耦合制烯烃,煤化工平台产品与石油化工基础原料的结合强放热反应和强吸热反应的耦合石脑油原料利用率提高10%（甲烷产率4%），能耗降低1/31/2实验室中试已经完成，催化剂已经定型，拟进行工业性试验,乙烯丙烯,石脑油,甲醇,强吸热800oC，甲烷产率14,强放热，DMTO 500oC,非催化反应,催化反应,耦合催化反应,45,内容,背景我国煤化工进展和技术方向甲醇转化技术进展展望结语,46,能源技术革命创新行动计划 (20162030年),战略方向煤炭分级分质转化重要能源化工产品生产煤化工与重要能源系统耦合集成新一代煤制化学品技术新型的氨、甲醇、煤制烯烃、煤制乙二醇合成技术和催化剂，开展煤制化学品高效催化剂研发、放大与工业制备突破甲醇制芳烃、石脑油与甲醇联合制烯烃