在宁东能源化工基地建设煤制烯烃项目可行性分析报告

PAGE11-在宁东能源化工基地建设煤制烯烃项目可行性分析一、煤制烯烃项目所在市场发展前景预测1、煤制烯烃项目产品发展背景乙烯、丙烯是重要的基础有机化工原料，目前均产自石油路线，进入二十一世纪以后，世界石油价格持续上涨和石油对外依存度不断提高的双重压力下，我国石油资源紧缺，已经严重影响到下游的化工产业。由此催生了我国煤制烯烃、煤制油等以石油替代为目标的现代煤化工的兴起。煤炭是我国主要的化石资源和能源,对我国国民经济的发展起着极其重要的作用。我国石油、天然气资源较为贫乏,而煤炭储量、生产和消费均居世界前列。随着现代煤化工技术的发展,对于我国富煤、缺油、少气的能源特点,发展以煤液化为源头的合成低碳烯烃的技术有利于缓解我国油气资源的短缺,在国际石油价格居高不下的背景下,在经济上日益显示出明显的竞争力,对部分替代石油、保障能源安全等也都具有特别重要的意义。煤基甲醇制烯烃技术主要有两种：MTO技术，是指甲醇制乙烯、丙烯等低碳混合烯烃的技术，该技术由美国UOP公司开发；MTP技术，指的是甲醇制丙烯工艺技术,该技术由德国Lurgi公司开发。

我国化工系统在低碳烯烃的技术开发方面历时三十多年，已取得了中试技术MTO、MTP、FMTP和DMTO等成果。煤基甲醇制烯烃的五大核心技术中，煤气化、合成气净化、甲醇合成和烯烃回收分离四项技术目前已完全成熟掌握，另一核心技术甲醇转化制烯烃单元，除反应段的热传递方向不同之外,其他都与目前炼油过程中成熟的催化裂化工艺过程非常类似，且由于原料是单一组分,更易把握物性,有利于实现过程化。因此在工程实施上都可以借鉴现有的成熟工艺,技术风险处于可控范围。但是，有关专家指出，目前我国SAPO分子筛催化剂尚不够成熟。在烯烃回收分离方面，虽与传统的石脑油裂解制烯烃工艺中的裂解气分离单元相似,但煤制烯烃产物中含有微量含氧化合物，对烯烃分离系统有影响，在设计和实践时应予重视和研究。目前，国家核准的煤基甲醇制烯烃工业化示范项目1个，即神华集团180万吨/年甲醇、60万吨/年烯烃项目（MTO）;省级核准的煤基甲醇制烯烃工业化示范项目2个，分别是神华宁煤集团52万吨/年煤基甲醇制烯烃（MTP）和大唐集团（电力）50万吨/年煤基甲醇制烯烃（MTP）项目。以上国家和省级核准示范项目共产烯烃162万吨/年。

据不完全统计，国内其他在建和规划建设的煤基甲醇制烯烃能力约1856万吨/年，加上上述国家和省级核准的示范项目，全国在建和规划建设的煤基甲醇制烯烃项目总产能达2018万吨/年。2、煤制烯烃项目市场分析2006年聚烯烃的产量和表观消费量相差甚多，自给率仅为50%～70%，以乙烯为例：2007年我国乙烯生产能力约为966.5万t/a，中国乙烯工业将迅速发展，预计2010年乙烯产能将达1784万t/a，比2006年的966.5万t/a增加817.5万t/a。据有关部门预测，2010年我国乙烯需求量将达到2500万～2600万t，生产能力将达到1400万t/a，只能满足国内需求的55%。2020年我国乙烯需求量将达到3700万～4100万t，生产能力将达到2300万t/a，只能满足国内需求的60%左右。上面数据表明我国烯烃市场缺口巨大，具有良好的发展前景。煤制烯烃和石脑油裂解制烯烃技术路线相比较，在经济上的竞争力取决于甲醇的成本。如果在煤炭产地附近建设工厂，以廉价的煤炭为原料，通过大规模装置生产低成本的甲醇，再将甲醇转化成烯烃，经济上将具有很强的竞争能力。目前的高油价背景下，在煤炭比较丰富且价格低廉的内蒙古、新疆及陕西省等地区，将煤炭做为化工原料具有无可比拟的成本优势。通过煤制烯烃工艺，将煤炭加工成低碳烯烃，进而再加工成高附加值化工产品后运往沿海发达地区，获得较好的经济效益是不言而喻的。在宁东能源化工基地建设煤制烯烃项目的优势1、煤炭资源优势宁夏煤炭资源丰富，发展煤化工、开发新的能源工业，具有得天独厚的资源优势。因此，在宁东地区规划建设能源化工基地，煤炭资源有可靠保证。目前，宁东煤田已探明储量270多亿t，煤种为不粘结煤和长焰煤，具有特低灰、特低硫、低嫩点、低变质、高化学活性、高发热量、易气化的特性，是优良的气化用煤和动力用煤，同时，煤田地质条件好，开采条件佳，采掘成本低，是理想的原料供应基地，煤化工项目的用煤，可由宁东矿区直接供给。2、区位优势宁夏回族自治区位于我国西部地区，西部的大开发战略，为宁夏的社会、经济发展带来契机。规划建设能源化工基地，利用煤炭的资源优势，采用先进技术转化为市场急需的产品，转化为经济优势，对宁夏乃至西部开发建设新型能源产业具有重大的现实意义，同时也可充分享受国家有关西部开发的优惠政策。3、土地资源优势宁夏回族自治区具有西部的土地资源优势，区内有大最戈壁荒地，有待开发的荒地有666.600m24、水资源优势黄河过境径流量多年平均约325亿m3，国家分配给宁夏的引用黄河水指标为40亿m3/a。经监测计算，宁夏近10年平均年耗用黄河水32亿m3，尚平均富余8亿m3。另外，近几年来，通过调整水价，加强用水管理，以及每年投人近亿元资金实施引黄灌区节水工程，引用黄河水逐年减少，在目前用水基数上，不增加占用黄河水量时，每年可为宁东能源化工基地提供约5-8亿m3的工业用水量。与我国北方或西部绝大部分省区相比，宁夏在水资源方面具有相对的优势。当然，随着基地规划建设的逐步深人，对进驻基地的化工项目也要加大节水力度，要提出节水的高标准、高要求，要鼓励循环用水、污水、中水回用等各种节水措施，要从政策上、规范上、经济上采取措施，确保基地化工项目的持续发展。5、电力优势宁夏电力资源充足。宁夏电网的主要电源有大武口电厂(2x110+2x100MW)、石嘴山电厂(4x50+2x25MW)、大坝电厂(4x300MW)、青铜峡水电厂(7x36+20+30MW)、中宁电厂(2x25MW)、银川热电厂(2x12+1x25MW)、石嘴山二电厂(3x330MW)7座，系统发电机总容量3261MW。宁夏电网2003年统调发电负荷达到3250MW,330kV电网已与国家电网并网、750kV电网正在建设。宁东能源化工基地规划了九座电厂。因此，建设煤化工基地用电有可靠的保证。6、交通优势包兰、宝中铁路从北、南两个方向将自治区与京包、陇海两大铁路干线连通，建设中的银川一太原线将连通宁夏与中东部地区，形成了一条运输主干线;大一古支线与包兰线连接，宁东矿区建设的鸳鸯湖矿区铁路专用线南与太中线大水坑站接轨;东与银川一太原线的梅花井站接轨;西与大古线的古窑子站接轨;北与东乌线连接，将矿区与外部铁路主干线连通。在公路方面，通过宁夏的国道主干线有两条，国道六条，酉部大通道一条。近年来，以银川为中心，修建了连接区内主要城市的高速公路。国道、省道、银青高速公路和其它级别公路构成宁夏公路交通网。目前，银川与全国主要城市开通有航空班机，银川河东机场为国内主要干线机场。各种交通设施为煤化工基地提供良好的运输条件。7、政策优势2001年10月，《国务院关于实施西部大开发若干政策措施的通知》(国发[2000]33号)颁布，明确国家将实施重点支持西部大开发的政策措施，其中有:加大建设资金投放的力度、优先安排项目、加大财政转移支付力度等增加资金投人的政策;大力改善投资的软环境、实行税收优惠等改善投资环境的政策;进一步扩大外商投资领域、拓宽利用外资渠道等扩大对外对内开放的政策;吸引人才和发展科技教育的政策等。随着西部大开发战略的实施，国家进一步完善各项政策措施，并针对一些特定领域的任务研究提出新的政策措施。宁东是国家批准建设的13个亿t级大型煤炭基地之一，并被列人国家规划建设的6个大型煤电基地、7个煤化工基地之中。宁东能源化工基地总体规划国家有关部门也已评估，预计不久即可得到批复。目前国务院已将宁夏列为本届政府全面解决宁夏经济社会发展的重点，在政策优势上将对宁东的发展起到促进作用。宁东能源化工基地的建设，得到了各级政府及金融机构的关注和支持。为了配合西部大开发战略在宁夏的实淤，全面改善宁夏吸引投资、吸引技术、吸引人才的软硬环境，自治区政府根据实际情况，在财政税收、土地租赁、人才引进等方面制定了地方性的优惠政策，为宁东能源化工基地的建设提供了强有力的政策支持。三、煤制烯烃项目采用的技术路线分析以煤为原料经甲醇制取低碳烯烃的工艺路线见图3。该工艺技术包括煤气化、合成气净化、甲醇合成及甲醇制烯烃4项核心技术。工艺路线为煤在高温高压下通过纯氧部分氧化反应生成主要成分为CO和H2的粗合成气,再经过部分耐硫变换及净化后合成甲醇,最后甲醇采用MTO技术转化为低碳烯烃。目前,煤气化、合成气净化和甲醇合成技术均已实现商业化,有多套大规模装置在运行,甲醇制烯烃技术已日趋成熟,具备工业化条件。1、煤制甲醇技术采用以煤为原料制取甲醇的生产工艺，主要有备煤、空分、煤气化、变换、酸性气体脱除、硫回收、甲醇合成和甲醇精馏等工序构成。其中重要的工序是空分、煤气化和甲醇合成，相应的技术正在不断完善。（1）空分装置空分技术经过100余年的不断发展，现在已经步入大型全低压流程的阶段，能耗不断降低。空分装置的主要功能是向煤气化工序提供高压氧气和氮气;向脱硫脱碳工序提供气提用氮气;提供整个甲醇装置所需低压氮气等。（2）煤气化装置目前国际上比较先进的第二代煤气化工艺技术主要有:荷兰壳牌(She)ll公司的SCGP粉煤加压气化工艺、美国德士古(Texaoc)公司的水煤浆加压气化工艺、美国D”gey公司的Destee加压气化工艺、德国Lugri公司的Lugri碎煤加压气化工艺等。本文选取的是Shen公司的SCGP粉煤加压气化工艺，是近年发展起来的先进煤气化工艺之一，目前国内己有13套装置在建或己签订合同。该工艺适应的煤种是褐煤、烟煤、石油焦，在煤种适应性、氧气消耗、碳转化率、热效率等方面，均有一定的优势。（3）甲醇合成装置甲醇合成工艺已经有高压法发展成了低压法和中压法，能耗在逐步降低。甲醇合成系统包括合成气压缩、甲醇合成、热量回收、甲醇分离等，甲醇合成塔是核心设备，目前先进的合成塔有多段冷激式(英国ICI公司)、管束式(德国Lurgl公司)、绕管式(Lurgi公司开发)、多段径向式旧本TEC公司)、双套管式旧本MHI和MGC联合开发)、绝热式(丹麦Topsoe公司)、JW低压均温型(中国杭州林达化工技术工程公司)等。本文选取的是德国Lurgi公司的管束式合成塔，反应条件温和，副反应少，甲醇含量较高，热量利用合理。2、MTO工艺简介MTO工艺由甲醇转化制烯烃和轻烯烃回收两部分组成,在甲醇转化工艺中通过流化床反应器将甲醇转化为烯烃,再进入烯烃回收工艺,将轻烯烃回收,得到主产品乙烯、丙烯,副产品为丁烯、C5以上组分和燃料气。MTO工艺主要有以下几个步骤:进料汽化,流化催化反应和催化剂再生,产品急冷,压缩,冷凝,分离和净化等。工艺流程前部分,类似炼油工业中的催化裂化装置反应再生单元,后部分类似石油化工中石脑油裂解乙烯分离单元。（1）甲醇制烯烃的原理MTO反应在高选择性催化剂上,MTO发生两个反应：2CH3OHC2H4+2H2O△H=-11.72kJ/mol3CH3OHC3H6+3H2O△H=-30.98kJ/mol操作条件：以MTO-100做催化剂)反应温度：400~5反应压力：0.1~0.3MPa再生温度：600~700再生压力：0.1~0.3MPa反应器类型：流化床反应器甲醇首先脱水为二甲醚(DME)，形成的平衡混合物包括甲醇、二甲醚和水，然后转化为低碳烯烃，低碳烯烃通过氢转移、烷基化和缩聚反应生成烷烃、芳烃、环烷烃和较高级烯烃。甲醇在固体酸催化剂作用下脱水生成二甲醚，其中间体是质子化的表面甲氧基；低碳烯烃转化为烷烃、芳烃、环烷烃和较高级烯烃，其历程为通过带有氢转移反应的典型的正碳离子机理；二甲醚转化为低碳烯烃有多种机理论述，目前还没有统一认识。（2）MTO工艺和催化剂甲醇制烃(碳氢化合物)的转化反应最初是在二十世纪70年代初用ZSM-5催化剂发现的。在80年代联碳公司发现SAPO-34硅铝磷分子筛，这是一种甲醇转化生产乙烯/丙烯很好的催化剂。SAPO-34具有某些有机分子大小的结构，是MTO工艺的关键。SAPO-34的小孔(大约4A)限制大分子或带支链分子的扩散，得到所需要的直链小分子烯烃的选择性很高。用于其它工艺的ZSM-5分子筛，主要由于其结构的孔口较大(大约5.5A)，所以轻烯烃的收率较低。SAPO-34分子筛的另一个重要特点是相对于硅铝沸石材料而言，有优化的酸性。SAPO-34优化的酸功能，由于混合转移反应而生成的低分子烷烃副产品很少。MTO工艺不需要分离塔就能得到纯度达97%左右的轻烯烃，这就使MTO工艺容易得到聚合级烯烃，只有在需要纯度很高的烯烃时才需要增设分离塔。（3）UOP/Hydro的MTO工艺由UOP公司和NorskHydro公司合作开发的MTO工艺，是一粗甲醇或精制甲醇为原料，采用UOP公司开发的新催化剂，选择生产乙烯和丙烯的技术。以天然气为原料，粗甲醇加工能力为0.75t/d的UOP/Hydro甲醇制烯烃流化床工艺示范装置于1995年6月开始在挪威NorskHydro公司连续运转90多天。该工艺采用一个带有连续流化再生器的流化床反应器，其反应温度由回收热量的蒸汽发生系统来控制，而再生器则用空气将废催化剂上积炭烧除，并通过发生蒸汽将热量移除。反应出口物料经热量回收后便得到冷却，在分离器将冷却水排除，未凝气体压缩后进入碱洗塔以脱除CO2，之后又在干燥器重脱水，接着在脱甲烷塔、脱乙烷塔、乙烯分离塔、丙烯分离塔等分出甲烷、乙烷、丙烷和副产物C4等物料后即可得到聚合级乙烯和聚合级丙烯。当MTO以最大量生产乙烯时乙烯、丙烯和丁烯的收率分别为46%、30%、9%，其余副产物为15%。(2)MTO工艺的主要特点：MTO工艺采用优点很多的流化床反应器。部分待生催化剂经过用空气烧焦的连续再生，可以保持催化剂活性和产品组成不同。工业规模生产的催化剂已经通过示范试验，选择性、长期稳定性和抗磨性都符合要求。流化床反应器还具有调节操作条件和较好回收反应热的灵活性。这种反应器早已广泛用于炼油厂的催化裂化装置特别是催化剂再生。反应器的操作条件可以根据目的产品的需要进行调节。压力通常决定于机械设计的考虑，较低的甲醇分压有利于得到较高的轻烯烃特别是乙烯的选择性。因此，采用粗甲醇(通常可以含有20%左右水)作原料，可以得到某些产率优势。温度是一个重要的控制参数，较高的温度有利于得到较高的乙烯收率。如果温度太高，由于生焦过量，会降低轻烯烃的总收率。第一代MTO工艺甲醇或二甲醚转化为乙烯和丙烯碳的选择性约为75%～80%，乙烯/丙烯产出比在0.5～1.5之间。在得到最高的总收率、乙烯和丙烯产品差不多等量的情况下，轻烯烃(乙烯+丙烯)的总收率的变化稍高于上述范围。乙烯/丙烯产出比在0.75～1.25之间。因此，可以用最少的甲醇得到最高收率的轻烯烃，但乙烯/丙烯产出比可以根据市场需求和乙烯与丙烯的价格进行调节。已经证实，用传统的处理方法可以除去副产品，使乙烯/丙烯达到烯烃聚合工艺要求的规格。事实上，工业验证试验已经表明，MTO中试装置生产的乙烯和丙烯，生产聚烯烃是适用的。五、煤制烯烃项目经济效益分析煤制烯烃和石脑油裂解制烯烃技术路线相比较，在经济上的竞争力的先决条件是：项目须在煤炭基地坑口建设，以自产廉价煤炭为原料，通过经济型的大规模装置生产低成本的甲醇，再由该甲醇制烯烃。1、国内外专家分析

据UOP资料,当原料甲醇价格控制在90～100美元/吨时,MTO制取的乙烯和丙烯成本与20～22美元/桶原油价格条件下石脑油裂解制烯烃的成本相比具备经济竞争力。目前，甲醇市场价格2000元/吨左右，原油价格约40美元/桶上下。根据UOP资料，如外购甲醇生产烯烃，则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/吨左右，则煤制烯烃仍然具有竞争实力。

据中科院大连化物所有关资料：当国际原油价格35美元/桶时，原油炼制石脑油所生产的烯烃成本是5300元/吨。走煤制烯烃路线的话，煤价500元/吨以上，则煤制烯烃的成本与之相当。

在宁东能源化工基地建设煤制烯烃项目，背后有灵武煤矿做支撑，能大大降低煤制烯烃项目的风险。

2、投资、成本分析

第一，从投资上分析，MTO或DMTO的工艺组成的万吨烯烃投资约为3.0～3.5亿元，而石脑油裂解制烯烃（新建厂，乙烯、丙烯、丁二烯全面深加工和公用工程）的吨烯烃投资约为1.6～2.0亿元。煤制烯烃较石脑油裂解制烯烃的投资大。

第二，关于运行成本的分析。MTO（或DHTO）及MTP工艺均属催化反应合成工艺，工艺简单特别是MTP更为突出。一般的裂解工艺每产一吨当量烯烃大约需3吨石脑油，现石脑油的价格约3000元/吨左右，而MTO（或DMTO）及MTP对甲醇的消耗量也大约3吨。煤基甲醇的完成成本（坑口煤价200元/吨）一般在800～1000元/吨左右，如以60万吨/年大型装置考虑，价格更低。这就说明煤基低碳烯烃在我国的发展已具备了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一定的竞争优势。六、煤制烯烃项目社会效益分析1、能够替代进口,满足我国市场需求。近年来,虽然石油化工产业发展迅速,但国内烯烃市场自给率依然不足,大量依赖进口。因此,利用我国丰富的煤炭资源,采用先进的煤化工技术,大力发展煤制烯烃产业,在我国拥有广阔的市场前景。2、符合我国煤多油少的能源结构特点。随着国民经济的快速发展,我国对石油资源的需求日益增长,已成为石油生产大国和消费大国。我国石油缺口逐年增大已是不可回避的严峻现实,对能源的安全供应、国民经济的平稳运行以及全社会的可持续发展构成了严重威胁。因此,发展煤制烯烃产业符合我国资源结构特点,具有可靠的资源保障,并有利于缓解石油资源紧缺的局面,是保障我国石油战略安全的一项有力举措。所以在宁东能源化工基地建设煤制烯烃项目正是顺应我国中长期能源发展战略的需要。3、可以调整我区煤炭企业产品结构,有效拓展发展空间。相对国际而言,我国煤炭市场价格低廉,煤炭企业的经济效益长期在低位徘徊。发展煤化工产业,将低价值的煤转变为具有高附加值的化工产品,可以大大提高煤炭企业的经济效益。因此,在宁东能源化工基地建设煤制烯烃产业,是煤炭企业调整产业结构,实现可持续发展的重要途径。4、长期以来,我区煤炭工业的发展模式都是简单的采矿外运,而煤炭价格在煤炭产地又较低廉,因此传统的煤炭工业对资源地区经济的发展贡献非常有限。现代煤化工项目投资大,属资金、技术、人才密集型产业,如果在宁东能源化工基地建设煤制烯烃产业,可以借着西部大开发的契机转化为现实生产力,将资源优势转换为经济优势,能够大大拉动我区经济的发展。七、煤制烯烃项目风险分析1、不确定因素影响基地整体经济效益的实现。我国以煤为主的能源格局，使得一些业内人士对煤制烯烃等煤化工项目寄予很大希望。从需求看，我国未来对烯烃的市场需求较大，但从技术看，核心技术甲醇制烯烃工艺尚无商业化实例，在项目建设和运行管理上没有现成的经验可借鉴。与此同时，国家对煤制烯烃也持谨慎态度。因此，该产业发展中还存在着诸多不确定因素和风险。2、初级产品开发投资比重大,企业尚未形成完整的产业链。在宁东能源化工基地，无论是建成项目、在建项目,还是规划项目,所有企业的产品投资主要集中在原煤、电力、焦炭和甲醇产品上。其中，煤炭与电力的投资占总投资的一半以上,且产品的附加值低。此外,煤化工产品也一样，以甲醇、二甲醚产成品居多。由于上下游产品衔接不够,不能形成完整的产业链,将会加剧日后的市场竞争,并形成新的资源浪费。3、缺乏自主创新的核心技术。宁东能源化工基地的化工企业以煤化工产业所使用的设备和技术均系引自区外及国外。目前面临的突出问题是严重依赖技术引进,科研成果少,转化项目更少,自主创新能力薄弱,没有煤化工技术研发基地。由于企业拥有自主核心技术的能力有限,出现了煤化工技术过度和重复引进的情况,产品的生命周期短,缺乏市场竞争力。

4、中东廉价烯烃对国内和国际市场有着比较重要的影响。从中东和中国的供需平衡来看，据METI预测，中国乙烯2012年当量缺口将达到1240万吨，届时中东可出口的供应当量为1740万吨，可以廉价向中国倾销；中国丙烯2012年当量缺口将达到590万吨，而中东可出口的供应当量仅为440万吨，虽不易廉价倾销，但未来从中东地区进口要比国产的便宜，对我国的丙烯生产还是有一定冲击和影响的。八、煤制烯烃项目可行性分析结论：利用我国丰富的煤炭替代石油是一条适合我国国情的化工产业持续发展道路，是国家能源安全的一个重大战略课题。煤制烯烃技术是以煤炭为原料，经煤气化、合成气制甲醇、甲醇制烯烃等工艺过程代替过去只能以石油为原料的烯烃及下游产品的煤炭清洁利用技术。但是由于诸多的不确定因素，以及来自中东廉价烯烃对国内及国际市场的冲击,投资还需谨慎。另外，煤制烯烃属新型产业，没有现成经验可借鉴，一定要在大型工业化试验装置投产后，经稳定运转、闯过技术关、三废综合利用和达标排放关，并经国家组织正式鉴定后再行择优布点建设。

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