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甲醇制丙烯的技术进展及经济分析.doc

甲醇制丙烯的技术进展及经济分析

牵着离你心脏最靠近的左手
2019-06-14 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《甲醇制丙烯的技术进展及经济分析doc》,可适用于工程科技领域

项目评价甲醇制丙烯的技术进展及经济分析姚本镇徐泽辉(中国石化上海石油化工股份有限公司化工研究所,)摘要:由煤或天然气经甲醇制丙烯,是解决石油资源紧张和丙烯需求量快速增长等问题的有效途径。对国内外甲醇制丙烯(MTP)工艺技术的进展进行了评述,并分析了MTP的技术经济性。结果表明,MTP技术是可行的,我国发展这一技术具有重要的战略和经济意义。关键词:甲醇丙烯甲醇制丙烯工艺技术进展经济分析文章编号:()中图分类号:TQ·文献标识码:A收稿日期:。作者简介:姚本镇,男,年月出生,年月毕业于华东理工大学化学工艺专业,博士,研究方向为催化反应工程。丙烯是最重要的基本有机原料之一,主要用于生产聚丙烯、丙烯腈、环氧丙烷、异丙苯、丁辛醇等化工产品。随着我国经济持续快速发展,我国对丙烯及其下游产品的需求呈大幅度上升趋势,丙烯短缺的问题日益突出。目前丙烯主要来自蒸汽裂解制乙烯装置和催化裂化装置,由于石油是不可再生资源,且石油的价格不断上涨,近年来,我国石油和烯烃产品进口量快速增长,对外依存度均接近,如此发展下去,到年对外依存度将达到以上。我国煤炭资源储量丰富,以煤或天然气为原料制甲醇,再由甲醇制得丙烯,对我国发展丙烯及下游产品有着重要的意义。从战略角度考虑,采用甲醇制丙烯(MTP)工艺技术,可以拓宽原料渠道,调整丙烯原料结构,减少对石油资源的依赖并规避价格风险。甲醇制丙烯技术的开发·甲醇制烯烃(MTO)技术研究进展MTO工艺是由甲醇转化为乙烯、丙烯和丁烯混合物的工艺,最早提出MTO工艺的是美孚石油公司(Mobil),随后巴斯夫(BASF)、埃克森石油公司(Exxon)、美国环球石油公司(UOP)及挪威海德鲁公司(Hydro)等相继投入开发。中国科学院大连化学物理研究所(以下简称大连化物所)也在世纪年代展开了MTO技术的研发工作,形成了自主的知识产权。目前具有代表性的MTO工艺技术主要有:Mobil、UOPHydro、大连化物所的甲醇经二甲醚制烯烃(DMTO)工艺技术和中国石化上海石油化工研究院(以下简称上海石化院)的甲醇制烯烃(SMTO)工艺技术等。··Mobil公司甲醇制烯烃的转化反应最初是世纪年代初利用ZSM催化剂发现的。Mobil公司采用ZSM催化剂,在列管式反应器中进行甲醇转化制烯烃的工艺流程,并于年进行了个月的中试试验,试验规模为桶d。产物主要是乙烯、丙烯和丁烯。乙烯质量收率可达,烯烃质量收率可达,但催化剂的寿命较短。··UOPHydro公司UOP和NorskHydro公司共同开发了不同于Mobil公司催化剂的MTO工艺。UOPHydro公司的MTO工艺与Mobil工艺相比,最大的先进性在于开发了基于磷酸硅铝分子筛(SAPO)的新型分子筛催化剂。由于SAPO催化剂易结焦,反应器型式是类似流化催化裂化的连续反应再生方式。该工艺另一个特点是可以通过改变反应的强度来改变产物中乙烯丙烯的比例,这个特点决定了该工艺更易于适应变化的烯烃市场需求。UOP和NorskHydro公司在挪威已经完成··第卷第期年月石油化工技术与经济TechnologyEconomicsinPetrochemicals·td的甲醇工业示范试验,并完成kta乙烯规模的投资估算及经济评估。··大连化物所的DMTO工艺大连化物所的DMTO工艺是一种甲醇经二甲醚制烯烃工艺。大连化物所是国内最早开展甲醇制烯烃研究工作的,“七五”期间已经完成ta装置中试,该工艺采用固定床反应器和中孔ZSM沸石催化剂。年,陕西新兴煤化工科技发展有限责任公司、大连化物所和洛阳石化工程公司合作,于年底建成了·kta甲醇的DMTO工业性试验装置,成功验证了大连化物所的DMTO技术,该装置也是目前世界首套万吨级甲醇制烯烃工业化试验装置。··上海石化院的SMTO工艺上海石化院于年开始进行MTO技术的开发。年,研究开发的SAPO分子筛催化剂工业试生产成功。年,采用新型干燥方法的流化床催化剂制备成功,其价格低廉,催化性能优异,粒度分布类似于FCC催化剂,强度优于FCC催化剂。年,上海石化院详细研究了MTO的反应行为、失活行为和积炭行为等,并于年建立了一套ta的循环流化床热模试验装置,将实验室研究的结果在该试验装置上进行了验证。SMTO催化剂在该试验装置上平稳运行,催化剂物性未见明显变化,甲醇转化率大于·,乙烯和丙烯选择性大于,乙烯、丙烯和C选择性超过。中国石油化工股份有限公司燕山分公司采用上海石化院提供的SAPO分子筛催化剂,在年月,建设了一套td的甲醇制烯烃装置,装置产出的乙烯、丙烯直接送该公司现有装置,实现连续运行,运行结果良好。·MTP技术研究进展甲醇制丙烯技术是由甲醇转化为以丙烯为主要产品的工艺。德国Lurigi公司在世纪年代末成功开发了MTP工艺,清华大学也开发了循环流化床甲醇制丙烯(FMTP)工艺。MTP的主要产物为丙烯,同时还可副产汽油、液化气以及燃料气等。··Lurgi公司的MTP工艺Lurgi公司的MTP工艺反应装置主要由个绝热固定床反应器组成,其中个在线生产,个在线再生,这样可保证生产的连续性和催化剂的活性。每个反应器内分布个催化剂床层,各床层布置若干激冷喷嘴,定量注入冷的甲醇水二甲醚物流来控制床层温度,以达到稳定反应条件,获得最大丙烯收率的目的。MTP反应压力接近常压,反应温度~℃。该工艺过程为将甲醇预热到℃后进入固定床绝热式二甲醚(DME)预反应器,采用高活性、高选择性的催化剂将甲醇转化为二甲醚和水,该反应的转化率几乎达到热力学平衡程度。甲醇水二甲醚物流进入分凝器,气相受热到反应温度后进入MTP反应器,液相作为控温介质经流量控制仪通过激冷喷嘴进入MTP反应器。甲醇二甲醚的转化率约为,丙烯是主要产物。反应产物经冷却后,进入分离工段。气相产物脱除水、CO和二甲醚后将其进一步精馏得到聚合级丙烯。副产物烯烃(乙烯、丁烯)返回系统再生产,作为歧化制备丙烯的原料。为避免惰性组分在回路中富集,轻组分燃料气排出系统。液化石油气、高辛烷值汽油是该反应的主要副产物,部分合成水也返回系统用作蒸汽。该工艺的催化剂采用德国南方化学公司研制的专用沸石催化剂,该催化剂不但对丙烯具有高选择性,而且可在接近反应温度和压力下用氧含量的氮气便可再生。Lurgi公司MTP工艺中应用改性的ZSM沸石分子筛催化剂,其中SiAl原子比至少为,碱质量分数小于×,BET比表面积为~mg,孔容积为·~·mg。在甲醇转化率下,对乙烯的选择性不小于,对丙烯的选择性不小于。由于C和C馏分循环回反应系统,丙烯收率可以达到或超过,质量可以达到聚合级。甲醇制丙烯工艺所采用的催化剂已经实现工业化生产,并且积炭量小(<·的甲醇原料转化成焦炭),可进行原位间歇再生,再生温度较低(在反应温度下再生),对催化剂要求低,Lurgi公司的MTP工业生产采用固定床反应器。Lurgi公司目前正在积极推进其MTP技术的工业化,年在挪威Statoil工厂建立了一套示范装置,该装置正常运转了h,证实了Lurgi公司MTP技术的可靠性和先进性。专利显示在压力~kPa,温度~℃,空速h条件下,甲醇转化率以上,丙烯单程选择性达到·。··石油化工技术与经济TechnologyEconomicsinPetrochemicals第卷第期年月··清华大学的FMTP工艺清华大学在MTP工艺方面进行了改进,它以SAPO为反应催化剂,采用气固并流下行式流化床短接触反应器,催化剂与原料在气固并流下行式流化床超短接触反应器中接触和反应,物流方向为下行,催化剂及反应产物出反应器后进入设置在该反应器下部的气固快速分离器进行分离,及时中止反应的进行,有效地抑制了二次反应的发生,分离出的催化剂进入再生器中烧炭再生,催化剂在系统中连续再生,反应循环进行。此项技术减小了副产物烷烃的产生,降低了后续分离工艺的难度,增加了低碳烯烃的产量,甲醇转化率大于,低碳烯烃收率也大于。新一代煤(能源)化工产业技术创新战略联盟年月日在京召开发布会,宣布经鉴定委员会认定,采用清华大学FMTP工艺工业试验装置主要技术指标和总体技术处于国际领先水平。这标志着我国首个具有自主知识产权的甲醇制丙烯技术的诞生,对于完善我国煤化工技术体系,打破国外技术垄断,推动我国煤化工产业结构调整,促进煤化工产业健康发展具有重大意义。··上海石化院的MTP工艺上海石化院也完成了MTP中试(生产规模为ta),试验结果为,甲醇转化率为·,丙烯单程选择性为~,在产物C模拟循环的条件下,丙烯选择性为~,催化剂再生周期d以上。·MTO与MTP的比较UOPHydro公司的MTO工艺与Lurgi公司的MTP工艺比较详见表。表MTO工艺与MTP工艺比较项目MTO工艺MTP工艺反应器流化床固定床催化剂SAPOZSM反应压力MPa·~··~·反应温度℃~~目标产品乙烯∶丙烯=·∶~·∶丙烯原料消耗(t·t)··专利商UOPHydro公司Lurgi公司与MTO工艺相比,MTP工艺具有以下优点:()MTP所采用的高选择性催化剂可最大限度地生成丙烯,发生结焦的原料量低于总量的·,而MTO工艺有的甲醇转化成焦炭,所以MTP工艺的碳损失明显比MTO工艺低()净化工艺比较简单,与乙烯丙烯分离方案相比,仅需要一个简单的冷却系统()由于结焦量低,所以催化剂的寿命长,通常可以运行~h后再对催化剂进行再生处理,且再生过程非常简单,在接近反应温度和压力下使用氮气和空气的混合物即可进行就地再生。因此,MTP工艺是满足丙烯需求快速增长的更为理想的方案。MTP工艺技术经济分析·甲醇的生产我国资源的特点是油、气短缺,煤炭相对丰富。据中国煤炭工业协会统计,年全国煤炭产量Mt年产量为M,t同比增长·。而近年来我国原油对外依存度已接近的警戒线水平。因此发展煤化工作为石油替代能源是符合我国基本国情的。我国甲醇生产原料主要是煤,目前生产甲醇原料结构为:煤制甲醇占总生产能力的,以天然气为原料占,焦炉气为原料占。近年来世界甲醇供应正在发生巨大的变化。由于技术的进步,以天然气或煤为原料的甲醇装置规模趋于大型化,多数已增加至~kta,最大的单系列甲醇装置已达到kta以上,更大规模的单系列甲醇装置也在开发中。我国未来几年的甲醇生产发展及消费预测分别见表和表。甲醇装置的大型化推动了甲醇向下游较大消费市场的发展与延伸。当前,甲醇市场面临国内外两个因素的双重压力。国内因素是指甲醇产能过剩局面已经显现,传统甲醇下游产品领域已不能消化增长过快的甲醇产能,加之金融危机以来,甲醛、乙酸等行业装置开工率仅左右,进一步加深了甲醇市场的低迷国外因素主要是指中东等地区低价甲醇的进口冲击。国内甲醇产能过剩以及国外低价甲醇进口的冲击强烈需要国内甲醇寻求新出路,由于全球市场对于烯烃的需求大大超过甲醇,烯烃生产可成为甲醇新的出路。··第期()姚本镇等·甲醇制丙烯的技术进展及经济分析表年我国甲醇产量预测kta项目实际年年预测年年年均增长率,年年年生产能力···产量···开工率,·······表我国甲醇消费量预测kt年份消费量年年均增长率,·年年均增长率,··丙烯及其下游产品的需求近年来,由于丙烯下游产品的快速发展,极大地促进了我国丙烯需求量的快速增长。我国将不断新增大型乙烯生产装置,同时炼厂生产能力还将继续扩大,以增加丙烯的产出。预计年,乙烯联产丙烯的生产能力将达到kta,丙烯总生产能力将达到kta。乙烯装置联产的丙烯占丙烯总供给的比例将进一步提高。但同期下游装置对丙烯的需求量年均增长速度将达到·,丙烯资源供应略显紧张。从当量需求来看,丙烯供需矛盾十分突出。到年,丙烯当量需求的年均增长率将达到·,超过丙烯生产能力的增长速度。预计到年,我国对丙烯的当量需求将达到kta,供需缺口将达到kta,届时还将有大量丙烯衍生物进口,我国丙烯开发利用的前景广阔。·经济分析宗言恭对煤基甲醇制烯烃技术进行了经济性分析,认为该技术基本成熟且具有市场潜力。若项目在煤矿基地坑口建设,且规模较大,当国际原油价格高于美元桶,煤炭价格低于元,t煤制烯烃的产品是有竞争力的。目前国际油价在美元桶以上,煤基甲醇制烯烃明显具有竞争力。Lurgi公司对进料甲醇kta、生产能力kta的MTP装置进行了技术经济评估,估计总投资为·亿美元,若丙烯价格按美元,t甲醇价格按美元t计,内部收益率为每年·,相当于投资回收期·年。路安华通过对鲁奇MTP工艺的经济分析,从聚丙烯市场价格的变化推算了聚丙烯价格与甲醇价格的关系,详见表。表聚丙烯价格与甲醇价格关系元t聚丙烯价格甲醇价格········从表可以看出,在聚丙烯价格为元t情况下,甲醇价格允许达到·元t而当前聚丙烯价格在元t以上,只要甲醇价格低于·元,t利用甲醇制丙烯即可盈利。根据目前甲醇市场价,可以使用甲醇来生产聚丙烯。而以煤或天然气生产甲醇,甲醇的成本会更低,因此通过甲醇制丙烯在经济上是可行的。何海军等人通过对鲁奇公司kta的MTP工艺进行经济分析,原料消耗与产品产量分别为:原料煤kta,燃料煤kta聚丙烯kta,汽油kta液化气·kta。固定资产折旧年限为年,残值率。项目计算期限年,建设期年,生产期年,其中投产第一年生产负荷为,第二年达到,第三年及以后将达到的设计能力。经济分析结果表明项目财务内部收益率(税前、税后)均大于行业基准收益率,说明该项目现金运营能力满足行业最低要求。项目盈亏平衡点为·,表明该项目只要达到设计能力的·,企业就可以保本,由此可见该项目适应市场变化的能力较强,抗风险能力相应也较强。另外,聚丙烯等产品均为石化产品,其价格与原油价格息息相关,该项目产品价格是按原油美元桶的标准计算的,而目前原油价格在高位运行,本项目的市场价格··石油化工技术与经济TechnologyEconomicsinPetrochemicals第卷第期年月远高于测算价格,所以实际经济效益会更好,企业抗风险能力会更强。结语()甲醇制丙烯路线是以石油化工原料制备丙烯的替代路线,以煤或天然气为主要原料,经合成气转化为甲醇,然后再转化为烯烃的路线。洁净煤气化技术、天然气开采技术、“大甲醇”技术正蓬勃发展,甲醇制丙烯技术不断成熟,由煤或天然气经合成气、甲醇制备丙烯的经济性会愈发显著。()近年来,我国实行了提高废水回收利用率、节能减排及增产不增污等一系列环保政策,这在一定程度上制约了甲醇制丙烯的发展,水资源的可获得性是项目必须首先考虑的问题。()我国有较丰富的煤炭资源,但这些资源的地区分布很不均匀,有相当一部分分布在交通运输条件很差的边远地区。若将煤炭、天然气资源通过甲醇转化成丙烯,或再转化成高附加值的丙烯衍生物,这些难动用储量就可转化成可动用储量。()以煤或天然气为原料的甲醇制丙烯技术可以拓宽丙烯原料来源,降低由于石油资源紧张、油价上涨带来的风险。特别是我国石油对进口的依赖程度不断提高的现状,MTP技术具有重要的战略意义和经济意义。参考文献洪定一·重视碳一化学开发丙烯及汽柴油合成技术J·当代石油石化,,():·齐国祯,谢在库,钟思青,等·煤或天然气经甲醇制低碳烯烃工艺研究新进展J·现代化工,():·毛东森,郭强胜,卢冠中·甲醇转化制丙烯技术进展J·石油化工,,():·苑慧敏,赵春晖,张永军,等·丙烯增产技术研究进展J·化工科技市场,,():·沈雪松,张陆旻,曾义红,等·甲醇制丙烯技术研究进展J·上海化工,,():·李峰,朱铨寿·甲醇及下游产品M·北京:化学工业出版社,:·UOPLLC·AttritionresistantcatalystforlightolefinproductionP·WO:A,·贺永德·甲醇制低碳烯烃的前景及建议J·应用化工,,(增刊):·张惠明·甲醇制低碳烯烃工艺技术新进展J·化学反应工程与工艺,,():·王科,李杨,陈鹏·甲醇制丙烯工艺及催化剂技术研究新进展J·天然气化工,,():·姜靖·我国自主开发的“流化床甲醇制丙烯工业技术”获重大突破,关键技术达到世界先进水平N·科技日报,()·张殿奎·大型煤气化合成甲醇制丙烯是我国煤化工的发展趋势J·化工技术经济,,():·全国煤化工信息站·煤化工技术进展及产业现状分析J·煤化工,,():·李峰,朱铨寿·甲醇及下游产品M·北京:化学工业出版社,:·白颐·甲醇及其下游产品的技术进展及经济分析J·化工技术经济,,():·胡玉梅·甲醇制丙烯技术应用前景及装置建设相关问题探讨J·国际石油经济,,():·宗言恭·规模化煤制烯烃仍具竞争力J·中国石油和化工经济分析,():·金国林,白尔铮·甲醇制烯烃(MTO)和MTP工艺J·化学世界,,():·路安华·鲁奇甲醇制聚丙烯工艺经济分析J·煤化工,():·何海军,王乃计,肖翠微,等·Lurgi公司MTP工艺的技术经济分析J·甲醇与甲醛,():·TechnicalAdvanceandEconomicAnalysisonMethanoltoPropyleneYaoBenzhen,XuZehui(ChemicalEngineeringResearchInstitute,SINOPECShanghaiPetrochemicalCo·,Ltd·)ABSTRACTTheconversionprocessofcoalornaturalgastopropyleneviamethanolisaneffectivewaytosolvetheproblemsasthelimitedoilresourceandtheincreasingpropylenedemand·Theimprovementonmethanoltopropylene(MTP)processtechnologywasreviewed,andthetechnicaleconomyofMTPwasanalyzed·TheresultshowedthatMTPtechnologywasfeasible,anditwasofstrategicandeconomicsignificancetodeveloptheMTPtechnologyinChina·Keywords:methano,lpropylene,MTP,technicaladvance,economicanalysis··第期()姚本镇等·甲醇制丙烯的技术进展及经济分析

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