【正文】 我國(guó)開(kāi)展 MTO 研究的時(shí)間較晚研究單位較少?gòu)纳暾?qǐng)專利的角度分析 從事這方面研究的主要有中科院大連化學(xué)物理研究所和清華大學(xué)兩家 1 大連化物所 MTO 工藝 大連化物所的 DMTO 工藝與 UOP 工藝基本相同只是催化劑有所不同而 后在 DMTO 工藝上再發(fā)展形成了 DMTOII 工藝 1DMTO 工藝特點(diǎn) 1 反應(yīng) 再生連續(xù)的密相循環(huán)流化反應(yīng) 2 DMTO 專用催化劑 3 乙烯丙烯比例在適當(dāng)范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié) 2DMTOII 工藝新特點(diǎn) 1 甲醇轉(zhuǎn)化反應(yīng)與 C4 轉(zhuǎn)化反應(yīng)采用同一種催化劑 2 甲醇轉(zhuǎn)化和 C4 轉(zhuǎn)化均采用流化反應(yīng)方式分別在不同的反應(yīng)區(qū)進(jìn)行可 以共用再生器耦合構(gòu)成相互聯(lián)系的完整系統(tǒng) 3 利用 C4 轉(zhuǎn)化反應(yīng)強(qiáng)吸熱的特點(diǎn)在高溫區(qū)進(jìn)行 C4 轉(zhuǎn)化反應(yīng)既符合該 反應(yīng)的轉(zhuǎn)化要求也能實(shí)現(xiàn)熱量的耦合 到目前為止大連化物所 MTOSDTO 技術(shù)已申請(qǐng) 25 項(xiàng)專利擁有知識(shí)產(chǎn)權(quán) 目前正在建設(shè)萬(wàn)噸級(jí) MTO 工業(yè)試驗(yàn)裝置為大型工業(yè)化裝置建設(shè)提供設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 從 MTO 中試裝置所取得數(shù)據(jù)比較美國(guó) UOP 和大連化物中試的乙烯質(zhì)量收 率與 UOP 公司相當(dāng)見(jiàn)表 1 質(zhì)量收率可以達(dá)到 2224 丙烯質(zhì)量收率達(dá)到 1214 只是在催化劑的使用壽命上略有差異 DO123 催化劑的價(jià)格卻低得多 項(xiàng)目 原料 UOP 甲醇 大連化物所 二甲醚 中試規(guī)模 t d1 分子篩類 型 反應(yīng)器類型 075 SAPO34 流化床 相當(dāng)甲醇 008～ 015 SAPO34 流化床 烯烴選擇性質(zhì)量分?jǐn)?shù) 乙烯 34～ 46 50 乙烯丙烯 76～ 79 80 乙烯丙烯丁烯 85～ 90 ～ 90 單位質(zhì)量混合烯烴的原料消耗 2659 相當(dāng) 2567 甲醇 已運(yùn)行的反應(yīng) 再生次數(shù) 450 1500 催化劑的價(jià)格 催化劑牌號(hào) 高 MTO100 比較低 DO123 表 12 大連化物所與ＵＯＰ公司的中試裝置評(píng)價(jià)結(jié)果比較 2 清華大學(xué) MTO 工藝 中國(guó)石油大學(xué)與清華大學(xué)合 作也在從事從 MTO 催化劑到產(chǎn)品烯烴分離方面 的系統(tǒng)工作清華大學(xué)申請(qǐng)的專利如下 1 2021 年申請(qǐng)了一種由二甲醚或甲醇生產(chǎn)低碳烯烴的工藝方法及其系統(tǒng) 該工藝采用磷酸硅鋁分子篩 SAPO－ 34 作為催化劑利用氣固并流下行式流 化床超短接觸反應(yīng)器催化劑與原料在氣固并流下行式流化床超短接觸反應(yīng)器中 接觸反應(yīng)物流方向?yàn)橄滦写呋瘎┘胺磻?yīng)產(chǎn)物出反應(yīng)器后進(jìn)人設(shè)置在該反應(yīng) 器下部的氣固快速分離器進(jìn)行快速分離及時(shí)中止反應(yīng)的進(jìn)行有效地抑制了二 次反應(yīng)的發(fā)生分離出的催化劑進(jìn)人再生器中燒炭再生催化劑在系統(tǒng)中連續(xù)再 生反應(yīng)循環(huán)進(jìn)行 通過(guò)使用本發(fā)明的工藝方法和系統(tǒng)減少了副產(chǎn)物烷烴的產(chǎn) 生降低了后續(xù)分離工藝的難度進(jìn)而增加了產(chǎn)物低碳烯烴的產(chǎn)量二甲醚或甲 醇的轉(zhuǎn)化率大于 98％低碳烯烴的收率大于 93％ 2 2021 年申請(qǐng)了一種提高乙烯選擇性的方法其特征在于新加的磷酸硅 鋁催化劑進(jìn)人反應(yīng)器后先在 400～ 650oC 的溫度下與原料甲醇或二甲醚反應(yīng) 進(jìn)行預(yù)處理催化劑離開(kāi)反應(yīng)器后并不進(jìn)人再生器再生而是直接返回反應(yīng)器 采用由甲醇二甲醚在磷酸硅鋁催化劑作用下的熱裂解制烯烴的工藝克服了現(xiàn) 有技術(shù)中以原油為原料制烯烴的高成本可以提高乙烯的選擇性并可調(diào) 節(jié)乙烯 和丙烯的比例 15 本廠建設(shè)意義 對(duì)于兩個(gè)消費(fèi)量最大的有機(jī)原料乙烯和丙烯生產(chǎn)來(lái)說(shuō)由煤經(jīng)合成氣 直接或間接生產(chǎn)乙烯丙烯等低碳烯烴是很有誘惑力的路線煤生產(chǎn)合成氣的 工藝已經(jīng)工業(yè)化且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)大型化生產(chǎn)如果要生產(chǎn)低碳烯烴從裝置大型化 的角度考慮由合成氣生產(chǎn)甲醇然后再由甲醇制備低碳烯烴及其它油品是最 易實(shí)現(xiàn)大型化生產(chǎn)的路線而且現(xiàn)在甲醇市場(chǎng)的總體形勢(shì)是供大于求因此 MTO 可以有效的改善我國(guó)石油資源短缺過(guò)分依賴進(jìn)口的現(xiàn)狀對(duì)于長(zhǎng)期發(fā)展有裨益 第二章 建設(shè)規(guī)模 21 設(shè)計(jì)原則 建設(shè)規(guī)模的原則要根據(jù)廠區(qū)的特點(diǎn)而定 具體說(shuō)來(lái)有以下幾個(gè)方面 1 國(guó)家地區(qū)部分行業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展計(jì)劃考慮到經(jīng)濟(jì)發(fā)展計(jì)劃的要求 才能保證國(guó)民經(jīng)濟(jì)有合理的結(jié)構(gòu)才能與國(guó)家地區(qū)行業(yè)的經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展取 得良好的效益 2 煤的價(jià)格烯烴的量是由甲醇的量所決定的甲醇的量是由甲醇分廠的 生產(chǎn)能力所決定的甲醇的量則是由合成氣生產(chǎn)能力決定的合成氣的量則是由 原料煤的價(jià)格所決定的因此煤的價(jià)格對(duì)產(chǎn)品的產(chǎn)量至關(guān)重要 3 市場(chǎng)的需求量市場(chǎng)的需求量是產(chǎn)品生產(chǎn)的主要依據(jù)產(chǎn)品滯銷帶來(lái)的 后果要遠(yuǎn)比其他一切影響大得多 4 產(chǎn)品所處的生命周期階段 序號(hào) 發(fā)展階段 增長(zhǎng)趨勢(shì)和特征 成本 利潤(rùn) 1 投入期 前期 增長(zhǎng)率不穩(wěn)定新產(chǎn)品剛投產(chǎn)開(kāi)始進(jìn)入市場(chǎng) 虧損隨著產(chǎn)量增大而上升 成本很高 成本緩慢上升 0 10 大量進(jìn)入市場(chǎng)開(kāi)始有微利市場(chǎng) 成本開(kāi)始下降 0 3 成熟期 增長(zhǎng)率 10 產(chǎn)量最大銷售量最多贏利最多 成本最低 0 4 衰退期 增長(zhǎng)率急劇下降產(chǎn)品開(kāi)始陳舊化處于被淘汰 狀態(tài)贏利下降甚至出現(xiàn)虧本 成本升高 0 0 表 21 產(chǎn)品生命周期階段及其特征 處在成長(zhǎng)期的產(chǎn)品需求在增長(zhǎng)可以考慮投資建廠或?qū)υa(chǎn)廠進(jìn)行技術(shù) 改進(jìn)以求降低生產(chǎn)成本增加利潤(rùn)和提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力如果效益可觀還可 以擴(kuò)大生產(chǎn)能力 5 其他原料情況除了甲醇為原料之一外還需要有其他的化工原料進(jìn)行 輔助生產(chǎn)所以其他原料的來(lái)源和價(jià)格對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)也有著一定的影響來(lái)源廣 泛價(jià)格便宜可以考慮使用較大的規(guī)模 6 資金來(lái)源化工廠的初期建設(shè)需要大量的資金注入因此生產(chǎn)規(guī)模要以 能和各種渠道提供的資金數(shù)量相適應(yīng)而又不影響總的經(jīng)濟(jì)效益為原則來(lái)確定 7 其他因素土地條件政策支持人力資源設(shè)備條件等其他相關(guān)因素 都會(huì)對(duì)生產(chǎn)規(guī)模產(chǎn)生或多或少的影響需要綜合考慮 22 規(guī)模確定 成本經(jīng)濟(jì)分析 MTO 是為下游石化產(chǎn)品制造低碳烯烴單體原料的工藝裝置其生產(chǎn) 低碳烯 烴成本主要由甲醇原料的價(jià)格所控制根據(jù)規(guī)模的不同甲醇原料的完全成本占 低碳烯烴完全制造成本的 70～ 85 由數(shù)據(jù)可以看出對(duì)于 100 萬(wàn) t 甲醇進(jìn)料 100 萬(wàn) t 甲醇進(jìn)料 a 的 MTO 裝置甲醇的原料費(fèi)用如果為 1000 元 t 甲醇原料 費(fèi)用約占制造成本的 76 甲醇的原料費(fèi)用如果為 1600 元 t 甲醇原料費(fèi)用約 占成本的 83 其余 17～ 24 的成本費(fèi)用則為燃料動(dòng)力催化劑消耗 人工 成本和制造費(fèi)用 如果甲醇原料價(jià)格可以降低到 1000 元 t 的水平 MTO 或 DMTO 工藝生產(chǎn) 低碳烯烴會(huì)有比較好的 經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力對(duì)于這樣的原料價(jià)格如果用天 然氣為原料生產(chǎn)反算出天然氣價(jià)格必須是 06 元 m3～ 07 元 m3 即 205 美元 MMBTU～ 239 美元 MMBTU 由于我國(guó)的天然氣生產(chǎn)成本高天然氣價(jià)格難以 低到這樣的水平而對(duì)于以煤炭為原料制甲醇而言如果煤炭?jī)r(jià)格低廉而且生 產(chǎn)裝置大型化達(dá)到 100 萬(wàn) ta～ 150 萬(wàn) ta 甲醇生產(chǎn)規(guī)模有可能使甲醇生產(chǎn)成 本降低到 1000 元 t 以下使煤基甲醇的 MTO 或 DMTO 工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行如 果是生產(chǎn)裝置 20 萬(wàn) ta50 萬(wàn) ta 甲醇規(guī)模經(jīng)濟(jì)效 益則很難可行這就是國(guó)外 MTO 工業(yè)化裝置都是大型化的原因所在所配套的甲醇裝置原料處理能力都在 100 萬(wàn) ta 以上甚至是 150 萬(wàn) ta～ 250 萬(wàn) ta 的能力 在甲醇原料價(jià)格為 1300 元 t 時(shí)低碳烯烴單位制造成本中原料成本占 75 即大約 3700 元催化劑和輔助材料費(fèi)用一般占 3～ 5 燃料及動(dòng)力一般占 4～ 6 工資及附加占不到 1 制造費(fèi)用及利潤(rùn)一般占 10～ 13 很明顯甲醇價(jià)格 是制約因素國(guó)外大型化的天然氣制甲醇裝置由于天然氣價(jià)格非常低廉甲醇的 制造成本比較低使 MTO 工藝生產(chǎn)的低碳烯 烴有價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì) 因此要降低甲醇的原料費(fèi)用關(guān)鍵之一是裝置大型化一般甲醇裝置的規(guī)模 在 100 萬(wàn) ta 以上煤基甲醇裝置的氣化部分按目前技術(shù)需要 2 套氣化裝置天然 氣基甲醇的合成氣部分目前技術(shù)能力已經(jīng)非常大單系列就可以滿足后續(xù) 175 萬(wàn) ta250 萬(wàn) ta 甲醇合成部分的合成氣要求關(guān)鍵之二是天然氣和煤炭的價(jià)格 要比較低廉即使在原油價(jià)格比較高的今天原料煤炭?jī)r(jià)格如果高于 150 元 t200 元 tMTO 生產(chǎn)的低碳烯烴對(duì)于下游化工生產(chǎn)而言仍然難有競(jìng)爭(zhēng)力 對(duì) 于生產(chǎn)聚乙烯聚丙烯而言一般是如此對(duì)于生產(chǎn) 乙二醇等其他精細(xì)化工產(chǎn)品而 言還需要作比較細(xì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)估 煤炭?jī)r(jià)格對(duì)甲醇生產(chǎn)成本的影響較大煤炭原料價(jià)格每增加 50 元 t 甲醇 生產(chǎn)成本將增加 100 元 t 左右低碳烯烴的生產(chǎn)成本就將增加近 300 元 t 影 響極其大在 15 萬(wàn) ta 德士古水煤漿氣化急冷工藝制甲醇生產(chǎn)成本分析的基 礎(chǔ)上列出了煤炭?jī)r(jià)格對(duì)甲醇制造成本的影響 煤炭?jī)r(jià)格調(diào)整時(shí)的計(jì)算原則 1 原料煤炭?jī)r(jià)格 中間列 225 元 t 為基準(zhǔn)價(jià) 原料煤?jiǎn)魏? 1442tt 甲醇 生 產(chǎn)成本中原料煤的費(fèi)用 2 甲醇生產(chǎn)成本中動(dòng)力煤炭的費(fèi)用計(jì)算 按照確認(rèn) 1t 動(dòng)力煤可以產(chǎn)生 527t 蒸汽 假設(shè)動(dòng)力煤價(jià)格比原料煤低 40 元 t 噸醇單耗蒸汽量為 254t 動(dòng)力煤價(jià) 527 每噸蒸汽中動(dòng)力煤的價(jià)格 動(dòng)力煤價(jià) 527 254 單位甲醇成本中蒸汽的 費(fèi)用 3 MTO 工藝混合乙烯丙烯收率按 35 計(jì)算 4 烯烴成本中甲醇成本均按照 75 計(jì)算 產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)分析 低碳烯烴特別是乙烯丙烯是化學(xué)工業(yè)中最重要的兩種基礎(chǔ)有機(jī)原料從全 球范圍來(lái)看乙烯產(chǎn)能趨于飽和基本供求平衡 2021 年底全球乙烯產(chǎn)能達(dá)到 112 億噸當(dāng)年需求量為 105 億噸其中約 58 用于 生產(chǎn)聚乙烯 13 用于環(huán)氧乙烷 11用于二氯乙烷 7用于乙苯其它用途 111999～ 2021 年間全球丙烯 需求量年均增長(zhǎng) 49 超出了乙烯 37 的年均增長(zhǎng)率 2021 年全球丙烯產(chǎn)能 7502 萬(wàn)噸產(chǎn)量 6489 萬(wàn)噸開(kāi)工率為 86 但消費(fèi)量達(dá) 6510 萬(wàn)噸 2021 年世界 丙烯產(chǎn)能新增 19641 萬(wàn)噸達(dá)到 9466 萬(wàn)噸年均增長(zhǎng)率為 48 開(kāi)工率進(jìn)一步 提高至 88 屆時(shí)下游行業(yè)對(duì)丙烯的需求將達(dá)到 8309 萬(wàn)噸市場(chǎng)仍處于緊張 狀態(tài)供不應(yīng)求 在我國(guó)乙烯和丙烯仍有廣闊的市場(chǎng)需求 2021 年我國(guó)乙烯自給率只有 403 左 右但隨著幾個(gè)大型乙烯項(xiàng)目的建成投產(chǎn)或上馬如 BASF 60 萬(wàn)噸 a 江 蘇南京 SECCO 90 萬(wàn)噸 a 上海金山 Shell 80 萬(wàn)噸 a 廣東惠州大亞灣 Exxon 80 萬(wàn)噸 t 福建泉州等我國(guó)的乙烯自給率在未來(lái)的幾年內(nèi)會(huì)有所升高到 2021 年乙烯自給率達(dá)到 60 以上但仍然是供不應(yīng)求隨著丙烯下游產(chǎn)品的 快速發(fā)展極大地拉動(dòng)了我國(guó)丙烯需求量的增長(zhǎng) 2021 年我國(guó)丙烯下游衍生 物共消費(fèi)丙烯約 6346 萬(wàn)噸其中聚丙烯是丙烯最大的消費(fèi)衍生物對(duì)丙烯的 消費(fèi)量約占丙烯總消費(fèi)量的 749 丙烯腈是我國(guó)丙烯的第二大衍生物約占總 消費(fèi) 量的 101 其后是環(huán)氧丙烷約占 59 丁辛醇約占 63 其他化工產(chǎn)品 約占 282021～ 2021 年我國(guó)對(duì)丙烯需求量年均增長(zhǎng)率將達(dá)到 58 預(yù)計(jì) 2021 年丙烯表觀消費(fèi)量將達(dá)到 1049 萬(wàn)噸當(dāng)量需求將達(dá)到 1905 萬(wàn)噸 2021～ 2021 年我國(guó)丙烯裝置年生產(chǎn)能力的增長(zhǎng)率達(dá)到 572021 年我國(guó)乙烯聯(lián)產(chǎn)丙烯的 生產(chǎn)能力將達(dá)到約 722 萬(wàn)噸丙烯總生產(chǎn)能力達(dá)到 1080 萬(wàn)噸而 2021 年國(guó)內(nèi)對(duì) 丙烯的當(dāng)量需求達(dá)到 1905 萬(wàn)噸丙烯供需矛盾十分突出供需缺口達(dá) 825 萬(wàn)噸 目前乙烯主要是通過(guò)石腦油蒸汽 裂解生產(chǎn)而丙烯 60 來(lái)源于乙烯聯(lián)產(chǎn) 35來(lái)自流化催化裂化 FCC裝置 3來(lái)自丙烷脫氫 PDH剩下的 2來(lái)自 其它途徑因此乙烯丙烯基本是通過(guò)石油路線而來(lái)但是由于石油資源的有 限性石油價(jià)格的不穩(wěn)定因此各國(guó)在對(duì)原有工藝技術(shù)進(jìn)行增產(chǎn)改進(jìn)的基礎(chǔ)上 已經(jīng)開(kāi)始致力于非石油路線生產(chǎn)乙烯和丙烯的開(kāi)發(fā)以滿足乙烯和丙烯強(qiáng)勁的需 求特別是對(duì)于我國(guó)這樣一個(gè)典型的缺油少氣多煤的國(guó)家其戰(zhàn)略意義更為重 大從 1993 年開(kāi)始我國(guó)從石油凈出口國(guó)變?yōu)檫M(jìn)口國(guó)近幾年來(lái)我國(guó)石油進(jìn) 口量持續(xù)增長(zhǎng)如不盡快尋求石油的替代能源工藝路線對(duì)進(jìn)口石油的依賴度越 來(lái)越大 將會(huì)嚴(yán)重制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展非石油路線生產(chǎn)低碳烯烴的原料來(lái)源主 要有天然氣和煤我國(guó)的煤資源很豐富 2021 年已探明可開(kāi)采量為 1886 億噸 可開(kāi)采 150 年以上雖然我國(guó)的天然氣資源也相對(duì)豐富但天然氣的利用結(jié)構(gòu)有 待完善 產(chǎn)量規(guī)模 具體的產(chǎn)量規(guī)模仍需依托總廠的甲醇分廠產(chǎn)量規(guī)模而定而本廠甲醇分廠年 產(chǎn)甲醇 180 萬(wàn) ta 所以此 MTO 項(xiàng)目暫定生產(chǎn)能力為 180 萬(wàn) ta 即制 60 萬(wàn)噸烯 烴 23 下游產(chǎn)品市場(chǎng)及價(jià)格預(yù)測(cè) 概述 1 聚丙烯 PP 聚丙烯 PP 是丙烯的聚合物聚丙烯塑料 因其具有