天然氣經(jīng)甲醇制烯烴技術(shù)的進(jìn)展及經(jīng)濟(jì)分析

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1、天然氣經(jīng)甲醇制烯烴技術(shù)的進(jìn)展及經(jīng)濟(jì)分析天然氣經(jīng)甲醇制烯烴技術(shù)的進(jìn)展及經(jīng)濟(jì)分析田鳳楊英楊世元（中國(guó)石油天然氣股份有限公司蘭州石化分公司研究院，730060）摘要：在天然氣制烯烴工藝中，天然氣經(jīng)甲醇制烯烴（NG-MTO）技術(shù)是最具備工業(yè)化條件的技術(shù)。文章著重從工藝及催化劑等方面對(duì)MTO工藝技術(shù)的最新進(jìn)展作了評(píng)述，分析了其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，結(jié)果表明：MTO技術(shù)是可行的，經(jīng)濟(jì)上，天然氣的價(jià)格越低越有競(jìng)爭(zhēng)力，如天然氣的價(jià)格為1.0美元/百萬(wàn)Btu時(shí)，競(jìng)爭(zhēng)力就較大，最后對(duì)國(guó)內(nèi)MTO技術(shù)的發(fā)展提出了建議。關(guān)鍵詞：天然氣甲醇烯烴MTO烯烴作為基本有機(jī)化工原料，在現(xiàn)代石油和化學(xué)工業(yè)中具有十分重要的作用。由于近幾年來(lái)石

2、油資源的持續(xù)短缺以及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求，世界上許多石油公司都致力開(kāi)發(fā)非石油資源合成低碳烯烴的技術(shù)路線，并取得一些重大的進(jìn)展[1～2]。以天然氣為原料制取烯烴的方法有三種：甲醇法（MTO）、費(fèi)－托合成法（F-T）及甲烷氧化偶聯(lián)法（OCM）。隨著我國(guó)西氣東輸工程的全面啟動(dòng)，對(duì)于天然氣的化工利用也取得一定的進(jìn)展。我國(guó)內(nèi)蒙古伊化集團(tuán)與德國(guó)EUB財(cái)團(tuán)簽署了開(kāi)發(fā)天然氣化工產(chǎn)業(yè)合資合作協(xié)議，計(jì)劃在內(nèi)蒙古鄂爾多斯市興建規(guī)模為600kt/a天然氣經(jīng)甲醇制烯烴(NG—MTO)裝置，建設(shè)期為3年。項(xiàng)目建成后，將成為世界上采用該技術(shù)最大的生產(chǎn)裝置[3]。這樣不僅可以減少我國(guó)對(duì)石油資源的過(guò)度依賴(lài)，而且對(duì)推動(dòng)貧油地區(qū)的

3、工業(yè)發(fā)展及均衡合理利用我國(guó)資源都具有重要的意義。1技術(shù)現(xiàn)狀天然氣制烯烴技術(shù)路線主要有三種：甲烷氧化偶聯(lián)反應(yīng)制烯烴、天然氣經(jīng)合成氣制烯烴和天然氣經(jīng)甲醇或二甲醚制烯烴工藝。天然氣中含有95%的甲烷，用甲烷制取烯烴曾受到各國(guó)科學(xué)家的重視，針對(duì)OCM反應(yīng)機(jī)理、新催化劑、反應(yīng)工藝及反應(yīng)器等方面進(jìn)行了研究，作為研究的重點(diǎn)——催化劑，由于其本身反應(yīng)受動(dòng)力學(xué)控制，C2烯烴單程收率較低，最新的專(zhuān)利[4]C2烯烴的收率最高才達(dá)到26.83%，而且副產(chǎn)物的氣體分離也相當(dāng)困難，難以實(shí)現(xiàn)OCM工業(yè)化，對(duì)以O(shè)CM合成乙烯的最新研究報(bào)道也不是很多。由合成氣制烯烴工藝是用費(fèi)-托法制合成氣，再由合成氣，即：CO與H2反應(yīng)制得烯

4、烴，副產(chǎn)水和CO2。由于產(chǎn)品分布受Andorson-Sohulz-Flory規(guī)律（鏈增長(zhǎng)依批數(shù)遞減的摩爾分布）的限制，想要高選擇性地得到低碳烯烴有相當(dāng)?shù)碾y度，并且選擇性F-T合成的催化劑壽命還有待提高，近期難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化[5]。MTO法是由合成氣經(jīng)過(guò)甲醇轉(zhuǎn)化為烯烴的工藝，是目前天然氣制烯烴的研究開(kāi)發(fā)中最具備實(shí)現(xiàn)工業(yè)化條件的工藝[6]。國(guó)際上一些著名的石油和化學(xué)公司，如?？松梨诠荆‥xxon-Mobil）、巴斯夫公司（BASF）、環(huán)球石油公司（UOP）和海德魯公司（NorskHydro）都投入大量資金和人員，進(jìn)行了多年的研究，目前已建有采用UOP/Hydro工藝的200kt/a乙烯工業(yè)裝置。

5、此外，ChemStystems咨詢(xún)公司還對(duì)300kt/aMTO工藝、通用乙烯生產(chǎn)工藝進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析比較，確立MTO工藝技術(shù)的可行性。2MTO技術(shù)研究進(jìn)展2.1技術(shù)概述最早提出MTO工藝的是美孚石油公司（Mobil），隨后巴斯夫（BASF）、埃克森石油公司（Exxon）、環(huán)球石油公司（UOP）及海德魯公司（Hydro）等相繼投入開(kāi)發(fā)，在很大程度上推進(jìn)了MTO的工業(yè)化。1995年，UOP與挪威NorskHydro公司合作建成一套甲醇加工能力0.75t/d的示范裝置，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)90天，甲醇轉(zhuǎn)化率接近100%，乙烯和丙烯的選擇性高。1998年建成投產(chǎn)采用UOP/Hydro工藝的200kt/a乙烯工業(yè)

6、裝置，目前已實(shí)現(xiàn)500kt/a乙烯裝置的工業(yè)設(shè)計(jì)，并表示可對(duì)設(shè)計(jì)的500kt/a大型乙烯裝置做出承諾和保證。UOP/Hydro的MTO工藝對(duì)C2與C3烯烴具有靈活的調(diào)節(jié)功能，各生產(chǎn)商可根據(jù)市場(chǎng)需求生產(chǎn)適銷(xiāo)對(duì)路的產(chǎn)品，以獲取最大的收益[7]。國(guó)內(nèi)對(duì)MTO工藝的研究開(kāi)發(fā)也已進(jìn)行多年，其中，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“大連化物所”）研究的DO123催化劑取得突破性的進(jìn)展，其各項(xiàng)性能指標(biāo)與UOP公司的催化劑接近[8]（見(jiàn)表1），為我國(guó)今后此領(lǐng)域催化劑的國(guó)產(chǎn)化奠定了一定的基礎(chǔ)。表1大連化物所與UOP公司的催化劑對(duì)比項(xiàng)目UOP公司大連化物所中試規(guī)模/t·d-10.750.06～0.1原料甲醇二

7、甲醚沸石類(lèi)型SAPO-34SAPO-34反應(yīng)器類(lèi)型流化床流化床催化劑價(jià)格高低催化劑牌號(hào)MTO-100DO123原料消耗﹡/t·t－12.6591.845(相當(dāng)于2.567甲醇)烯烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%乙烯34～4649乙烯+丙烯76～79＞79乙烯+丙烯+丁烯85～90約87﹡原料消耗：指生產(chǎn)每噸混合烯烴所消耗的原料噸數(shù)。2.2工藝新進(jìn)展早期的MTO工藝均采用固定式反應(yīng)器。由于甲醇轉(zhuǎn)化為低碳烯烴是一放熱反