背景
根據石油和化學工業協會的統計,2008 年中國石油原油產量為 1.79億噸,中國乙烯的產量為 1026 萬噸。另據海關總署的數據,2008 年中國石油產品進口總量為 2.18 億噸,2008 年乙烯當量進口量近 1000 萬噸。中國石油和乙烯的對外依存度分別超過和接近 50%。中國石油和化學工業協會預計,“十二五”和“十三五”期間中國乙烯產能的增速將分別達到 4.9%和 5.6%,儘管如此,乙烯仍然無法滿足下游市場的需求,2010年和 2020 年的自給率只有 56.4%和 62.1%。 以“煤”代“油”生產低碳烯烴,是實現中國以“煤代油”能源戰略,保證國家能源安全的重要途徑之一。
核心技術
煤制烯烴包括煤氣化、合成氣淨化、甲醇合成及甲醇制烯烴四項核心技術。
工藝
截止2008年底,煤氣化、合成氣淨化和甲醇合成技術均已實現商業化,有多套大規模裝置在運行,甲醇制烯烴技術已日趨成熟,具備工業化條件。甲醇轉化制烯烴單元除反應段的熱傳遞方向不同之外,其他都與目前煉油過程中成熟的催化裂化工藝過程非常類似,且由於原料是單一組分,更易把握物性,具有操作條件更溫和、產物分布窄等特點,更有利於實現過程化。輕烯烴回收單元與傳統的石腦油裂解制烯烴工藝中的裂解氣分離單元基本相同,且產物組成更為簡單,雜質種類和含量更少,更易於實現產品的分離回收。因此在工程實施上都可以借鑑現有的成熟工藝,技術風險處於可控範圍。
在工藝技術路線上,煤制烯烴與煉油行業的催化裂化差不多,中國國內是有把握解決的。煤制烯烴問題不在工藝上,而在催化劑上。目前催化劑的長周期運轉的數據並沒有出來,催化劑的單程轉化率、收率、副產物的組成,催化劑、原材料和公用工程的消耗定額、催化劑衰減的特性曲線、廢催化劑的毒性和處理、催化劑製備的污水組成和數量、整個裝置單程和年連續運行的時間、廢液廢氣的排放等多項重要數據目前沒有公布,因此,大規模工業化可能還要過段時間。
中國的可行性
甲醇是煤制烯烴工藝的中間產品,如果甲醇成本過高,將導致煤制烯烴路線在經濟上與石腦油路線和天然氣路線缺乏競爭力,此外,MTO需要有數量巨大且供應穩定的甲醇原料,只有煤制甲醇裝置與甲醇制烯烴裝置一體化建設才能規避原料風險。因此,在煤炭產地附近建設工廠,以廉價的煤炭為原料,通過大規模裝置生產低成本的甲醇,使煤制烯烴工藝路線具有了經濟上的可行性。
目前中國煤氣化技術和合成氣制甲醇技術的套用都已經比較成熟,而甲醇制烯烴技術經過多年的發展在理論上和實驗裝置上也已經比較完善。
最早提出MTO工藝的是美孚石油公司(Mobil),隨後巴斯夫(BASF)、埃克森石油公司(Exxon)、環球石油公司(UOP)及海德魯公司(Hydro)等相繼投入開發,在很大程度上推進了MTO的工業化。1998年建成投產採用UOP/Hydro工藝的20萬噸/年乙烯工業裝置,截止2006年已實現50萬噸/年乙烯裝置的工業設計,並表示可對設計的50萬噸/年大型乙烯裝置做出承諾和保證。
截止2006年已經獲得批准,在建和將要建設的甲醇能力超過500萬噸/年,處於規劃中的項目能力接近3000萬噸/年。發展甲醇制烯烴,可以延伸甲醇下游深加工,提高產品競爭力和持續發展能力,為甲醇產業的健康發展作出貢獻。
2009年2月,神華包頭180 萬噸/年煤基甲醇制 60萬噸/年烯烴項目被列入中國石化振興規劃。神華包頭、大唐多倫和神華寧煤的煤制烯烴項目預計將於2009 和2010 年相繼建成試車。煤制烯烴同樣吸引了跨國石化企業的關注,陶氏與神華共同推進的陝西榆林煤制烯烴項目將在2009 年完成調研,道達爾宣布將成為中國煤制聚烯烴項目的長期合作夥伴。
煤制烯烴因其技術較為成熟(MTO,DMTO,以及FMTP技術等)、下游需求旺盛(烯烴自給率低,需求較大)、經濟效益較好,是現代煤化工中具有較好發展前景的方向之一。
正因如此,各地烯烴項目紛紛上馬,希望能夠在行業趨勢中撈到一杯羹,這也導致了2011年國家發改委發文《關於規範煤化工產業有序發展的通知》,控制規模以下烯烴發展,規定規模以上烯烴需要由發改委審批。
根據產業信息網初步統計,2012年我國煤制烯烴產能240萬噸/年。其中神華包頭、神華寧煤全年負荷在90%左右;大唐多倫2013年3月轉入試生產,去年負荷不高;寧波禾元剛剛投產。
面臨問題
1. 傳統的乙烯、丙烯單體的製取路線主要是通過石腦油裂解生產,其缺點是過分依賴石油。2008年下半年,美國金融危機引發了世界經濟大衰退,導致石油及石化產品價格大幅下滑。雖然2009年上半年,價格所有反彈,但部分國家正積極研究電、天然氣等新能源,試圖擺脫或減少對石油的依賴。替代由石油生產烯烴的“煤基甲醇制烯烴”產業,剛剛興起也受到了質疑,其經濟性因為相對性存在波動。
2. 煤制烯烴投資大,融資難度大。
3. 原材料及能耗大,水耗高,污染重,三廢綜合利用和環境治理要求嚴,新興行業的扶持和政府的環境保護行政管理可能形成矛盾。
4. 煤化工產業一般都將依礦而建,一般都遠離市場,交通運輸成本較高。
5. 煤制烯烴屬新型產業,幾乎無現成經驗可借鑑,穩定運轉需經較高的技術檢驗。
技術方面,有關專家指出,目前中國SAPO分子篩催化劑尚不夠成熟。在烯烴回收分離方面,雖與傳統的石腦油裂解制烯烴工藝中的裂解氣分離單元相似,但煤制烯烴產物中含有微量含氧化合物,對烯烴分離系統有影響,在實踐時還有待研究。
突破
在煤的清潔高效利用中,煤制烯烴是公認和可行的發展方向,其中甲醇制烯烴是在世界範圍內目前尚未實現工業化套用的關鍵技術,已經成為發展新型煤化工的瓶頸。
2009年10月9日,“流化床甲醇制丙烯(FMTP)工業技術開發項目”工業試驗裝置在安徽淮南開車成功,裝置經過470小時滿負荷連續運行,獲得了預期成果,並於11月27日通過了由中國石油和化學工業協會組織的成果鑑定
被叫停
2013年,因環保問題被緊急叫停的170億元煤制烯烴項目成為神華集團的一塊“心病”。據業內人士估算,該項目停車一天的損失估計在410萬元左右,而意外停車的費用將更高。照此標準計算,該項目停產一個月的損失將高達1.23億元,占到神華該項目2011年全年淨利潤的1/10。