煤制取甲醇_煤制甲醇工艺流程
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[交流] 煤炭制取化学品的现状和前景
美国Nexant公司发表评论认为：最近石油和天然气价格的上涨已使化学工业使用煤生产化学品推向了一个“战略转折点”。这一变化也由发展中国家，尤其是亚洲国家空前的能源需求增长，以及煤利用过程如气化和相关的环境技术进步所驱动。Nexant公司认为，这些因素相互关联，它们对全球化学工业将具有综合性影响。例如，在需求快速增长的地区，获取进口原料现已向利用当地煤炭资源的总体原料方向转变。甚至在发达的经济体如北美，生产大量通用化学品新的竞争性未来也在转向煤炭。
与成本有关的问题是影响煤基化学品发展和成功的主要考虑之点，煤基工艺成本与成熟的常规工艺路线和原料的竞争性相关联。虽然确认成本的竞争性将是煤炭生产化学品的关键障碍，然而，其他几个问题也必须考虑：一是气化和与环境有关的辅助系统技术在继续改进；二是来自替代的低成本原料和工艺，如来自中东、东欧和非洲偏远地区天然气的竞争性；三是预计中国常规原料和关键化学品与中间体短缺，可望由中国大的煤储藏量来弥补，中国从乙炔生产化学品巳取得成功并得到发展。
全球原油储量可能将趋于减少，消费国担忧对不稳定来源油气依赖的增大。减少这种依赖的推动力正在增长，尤其是美国，美国正面临能源替代以及不重视煤炭及相关环境问题带来越来越大的压力。原油和煤炭的价差将继续加大，这将是另一关键因素。分析认为，煤基生产化学品的增长将最终取决于成本的竞争性，即基于气化技术生产和从乙炔生产化学品，如同中国从乙炔生产氯乙烯正在增长的情况那样。而就目前而论，从煤生产甲醇制乙烯的成本相对较高，尚不能与美国从常规裂解工艺生产的乙烯相竞争。然而，Nexant公司的报告仍支撑了从煤生产宽范围化学品的经济竞争性，这些化学品包括甲醇、合成氨和化肥、聚烯烃、乙酰基产品和甲醛（全部通过气化从煤基合成气生产），以及醋酸乙烯和丙烯酸（通过煤-乙炔路线）。预计煤基生产化学品最终将有光明的未来，它可望成功地解决环境问题并推进能源和原料的多样性。
1.美国煤制化学品将加快步伐
美国几家化肥生产商将使合成氨生产从天然气转换为煤。大量合成氨装置因天然气价格居于高位，最近巳闲置装置或降低开工率运转。面临天然气供应的短缺，Agrium公司最近决定将使其位于Kenai（基奈）的150万吨/年氮肥装置采用煤炭气化来提供原料。拟建的气化装置将采用当地的低硫煤炭，并发电供应阿拉斯加电网。该项目也将使过剩的CO2注入油气田以提高采收率。所用煤气化技术可望由壳牌公司提供。煤炭将来自探明储量超过20亿吨的Beluga煤矿。该煤炭气化装置可望于2011年投运。Agrium公司最近收购了Royster-Clark公司，后者在East Dubuque生产化肥，也正在从天然气转换为煤炭原料。
当然，从煤炭生产化肥和化学品并不是新的事物。在美国巳有两套其他的煤基化肥和燃料装置：Coffeyville资源公司在堪萨斯州Coffeyville的装置和北Dakota气化公司在内华达州Beulah的装置。中国氮肥工业的绝大多数也以煤炭为原料，还有许多以煤炭为原料的化工装置。萨索尔公司在南非生产煤基化学品。依士曼化学公司在金斯波特（Kingsport）地区生产煤基乙酰基化学品巳有好多年历史。然而，石油和天然气价格的上涨意味着将有更多的公司实现原料转换。
如Nexant化学系统公司所言，化学工业使用煤炭生产化学品巳到了一个转折点。煤炭价格相对稳定，而其他烃类价格一直在上涨之中。美国化肥工业对煤炭气化生产合成氨的兴趣在增长，生产化学品的的兴趣也在增长，在美国，用煤炭气化路线生产包括醋酸和甲醛在内的产品巳具有很大的竞争性。
由煤炭气化制取化学品的新工艺正在美国开发之中，空气产品液相转化公司（空气产品和化学品公司与依士曼化学公司的合伙公司）成功完成了由美国能源部资助2.13亿美元、为期11年的攻关项目，验证了从煤制取甲醇的先进方法，该装置可使煤炭无排放污染的转化成化工产品，生产氢气和其他化学品，同时用于发电。1997年4月起，该液相甲醇工艺（称为LP MEOH）开始在伊士曼公司金斯波特（Kingsport）地区由煤生产化学品的联合装置投入工业规模运转，装置开工率为97.5%，验证表明，最大的产品生产能力可超过300吨/天甲醇，比原设计高出10%。它与常规甲醇反应器不同，常规反应器采用固定床粒状催化剂，在气相下操作，而LP MEOH工艺使用浆液鼓泡塔式反应器（SBCR），由空气产品和化学品公司设计。当合成气进入SBCR，它藉催化剂（粉末状催化剂分散在惰性矿物油中）反应生成甲醇，离开反应器的甲醇蒸气冷凝和蒸馏，然后用作生产宽范围产品的原料。LP MEOH工艺处理来自煤炭气化器的合成气，从合成气回收25%~50%热量，无需在上游去除CO2（常规技术需去除CO2）。生成的甲醇浓度大于97%，当使用高含CO2原料时，含水也仅为1%。相对比较，常规气相工艺所需原料中CO和H2应为化学当量比，通常生成甲醇产品含水为4%~20%。当新技术与气化联合循环发电装置相组合，又因无需化学计量比例进料，可节约费用0.04~0.11美元/加仑。由煤炭生产的甲醇产品可直接用于汽车、燃气轮机和柴油发电机作燃料，燃料经济性无损失或损失极少。如果甲醇用作磷酸燃料电池的氢源，则需净化处理。
依士曼公司巳在Kingsport利用气化工艺制造的甲醇生产宽范围的乙酰基化学品，该公司还将扩展这一路线，巳与几家发电公司研究了几个煤气化项目，联产化工原材料。包括由Erora集团在Taylorville评估的一个发电项目，Taylorville装置预期于2009年底至2010年初工业化运转。该项目将采用GE能源公司的气化技术。采用气化技术可改进环境性能，减少CO2排放，并联产有价值的化工原料。
萨索尔公司评价了在美国采用费-托合成工艺，建设几个煤制油工厂的潜在可能性。该公司将向位于Gilberton的废物管理加工公司提供技术，在Gilberton建设煤制燃料装置。壳牌和依士曼公司也将参与其中。萨索尔公司在南非Secunda的生产装置将煤基合成气转化为汽油、柴油、LPG和用于45万吨/年乙烯装置的石化原料。
从合成气制取的甲醇也可转化为烯烃，但预期在美国暂不予采用。Nexant化学系统公司最近的研究认为，从煤生产PE的成本，即使天然气价格预计还会上涨，但仍比通过蒸汽裂解的常规路线要高得多。在美国，从煤制取甲醇继而生产乙烯，相对较高的乙烯成本尚不能与常规的裂解工艺相竞争，即使在可以预见的未来也不能与之竞争。
然而，煤制化学品的生产经济性在各地区也不尽相同，南非、东欧和中国就拥有丰富的低成本的煤炭。除了煤基合成氨工业外，中国从煤制乙炔可竞争性地生产氯乙烯单体，并通过煤气化制甲醇再生产烯烃，可望比常规的裂解装置生产要便宜。中国缺乏原油，但富产煤，乙烯的短缺可采用这一经济方案。
2.中国煤制化学品快速升温
尽管2004年煤价上涨了40％，但煤基石化的投资兴趣还在日益提高。因为如果把项目建在煤矿周围，那么煤还是很便宜。如果一个公司拥有自己的煤矿，那么煤的成本就只有每吨100元人民币（12美元）。中国用煤制烯烃具有较高的竞争力，就像中东用低成本原料天然气制甲醇，再制烯烃一样。
中国石化工业又将恢复到以煤为基础原料。早在20世纪初石化业就首次用煤生产烯烃。但在20世纪40年代煤就逐渐退出石化业，生产商们开始使用更加便宜的原油和天然气作为原料。但如今原油供应吃紧加之价格暴涨，迫使生产商们再一次把目光又转向煤。尤其是在中国，现已有一些装置用煤生产甲醇、聚氯乙烯。
中国正在建设几个煤制化学品项目，有一些将包括烯烃生产。表1列出中国用煤制烯烃项目。
据业内专家分析，国际油价的持续上涨和我国石油资源的短缺已经成为制约国民经济发展的瓶颈，寻求烯烃产品新的原料路线势在必行。我国的煤炭资源相对丰富，煤炭保有储量超过1万亿吨，以煤炭为原料发展化工产业在资源上有可靠的保证。随着现代煤化工技术的发展，以煤为原料经甲醇制取乙烯、丙烯的工艺在技术上已趋于成熟，并随着石油价格的屡创新高而在经济上日益显示出竞争性。神华集团煤制烯烃项目的启动，是国家能源重化工产业重大战略布局的需要，不仅为缓解我国石油短缺保障国家能源安全开辟了一条新的化工路线，而且对延长煤炭产业链，实现煤炭工业可持续发展具有示范作用，同时为国民经济发展提供保障。
MTO（甲醇制烯烃）工艺除反应段的热传递不同之外，其它都非常类似于炼油工业中成熟的催化裂化技术，且操作条件的苛刻度更低，其工程放大可充分借鉴催化裂化装置的设计及运行经验，风险很小。据了解，最近美国环球油品公司与其它国家签订了转让两套240万吨／年甲醇进料、年产40万吨乙烯和40万吨丙烯的MTO商业装置专利合同。
表1 中国煤制烯烃项目，万吨/年
公 司 地 点 产 品 能 力 情 况
神华集团 陕西榆林 甲醇制烯烃 1 2006年完成研究 神华集团 内蒙古包头 甲醇 180 奠基 聚乙烯 30
聚丙烯 31
丁烯 9.4
重质烷烃 3.7
乙烷/丙烷 1.4
硫磺 1.9
神华集团宁夏煤炭工业集团公司 内蒙古银川 甲醇丙烯聚丙烯 54 2006年3月开始运作，2009年初建成。鲁齐公司提供MTP技术。Amec参与项目管理
陕西新兴煤化学技术开发公司，陕西投资集团和陕西煤工业集团 陕西榆林 甲醇制烯烃试验装置 1 2006投产
中华Yiye能源投资公司 陕西榆林宇恒煤化学园区 甲醇、乙烯、丙烯 240、43、37 正在研究中
内蒙古和陕西两地都富产煤，成为中国的投资热点。中国最大的煤炭生产商神华集团有限责任公司（Shenhua Group）将建设煤制烯烃（CTO）项目。其中一项是其与香港郭氏集团（Kerry Group）和包头明天科技股份有限公司合资，将投资人民币150亿元在内蒙古自治区建立煤制甲醇厂，将煤炭转化成甲醇，然后供应给甲醇制烯烃（MTO）装置。该厂是中国首个CTO项目。神华集团还与陶氏化学公司研究在陕西省榆林市建一套CTO装置。
全球首个煤制烯烃工业化装置工程---神华集团煤制烯烃项目于2005年10月底在内蒙古包头市奠基。该项目的厂址位于包头市九原区哈林格尔镇新规划的工业基地内，总体工程包括180万吨/年煤制甲醇装置、60万吨/年MTO（甲醇制乙烯加丙烯）装置、31万吨/年聚丙烯装置、30万吨/年聚乙烯装置等下游产品装置，以及22.4万标准立方米氧气/时空分装置等，项目年消耗原料煤345万吨、燃料煤128万吨。其关键技术将采用美国环球油品（UOP）公司煤制烯烃技术（MTO），项目总投资高达124亿元。规划到2020年，将发展到3000万吨/年煤制油、300万吨/年煤制甲醇及衍生产品的规模。
Amec公司己参与神华集团公司子公司宁夏煤炭工业集团公司在银川投资15亿美元建设煤制化学品生产联合装置的项目管理。该联合装置将包括煤炭气化装置、甲醇和甲醇制丙烯（MTP）装置，以及54万吨/年聚丙烯（PP）装置。该项目于2006年3月开始运作，预计于2009年初建成。鲁齐公司可望提供MTP技术，建设甲醇制丙烯（MTP）联合装置，该联合装置将由5000吨/天megamethanol甲醇装置和47.1万吨/年丙烯装置组成。这是鲁齐公司继为伊朗Fanavaran公司将在Bandar Imam建设MTP装置之后的第二套工业化MTP装置。宁夏项目标志着中国进入了这一新的和快速增长的部门。
在陕西榆林，香港的Benefit Sales公司和中国化学工程集团公司成立一个CTO合资企业，该项目是陕西省政府三项发展项目之一。陕西投资集团公司建MTO试验装置则将采用中国科学院大连化物所的技术。在将上马的这些项目中，宁夏宝塔（Baota）石化集团还计划首先生产甲醇和其他烯烃，将其甲醇能力从60万吨/年增加到260万吨/年，还产50万吨/年的烯烃。
2005年12月28日，贵州天福化工有限责任公司年产30万吨合成氨、15万吨二甲醚项目奠基。该项目将采用洁净煤气化技术，力争在'十一五'后期建设160万吨／年甲醇及聚烯烃项目。
另外，位于长治的天际（Tianji）煤炭化学工业公司已获准在长治建设60万吨/年甲醇装置，拟于2007年底建成，并正在研究计划建设二甲醚装置。此外，位于平朗（Pingliang）的华亭（Huating）煤炭集团计划建设60万吨/年甲醇装置，该公司也计划建设30万吨/年PP装置，两套装置可望2008年投运。
位于河北廊坊的新奥公司将于2010年在内蒙古建设180万吨/年甲醇装置。该装置将采用煤炭为原材料。该公司也正在内蒙古建设60万吨/年甲醇装置和40万吨/年二甲醚装置，定于2007年底建成。
陶氏化学公司对中国煤基化学联合企业（包括生产烯烃）将进行研究。该公司于2005年与中国最大的煤炭生产商神华集团签署了一项协议，在中国共同研究大规模煤制烯烃项目。这项研究将确定最适用该项目的技术，以及效益最高的产品和能力。两家公司认为建设该装置的最佳地点在玉林附近。陶氏化学公司对石化项目感兴趣之处在于原料优势，中东有低成本的乙烷，而中国偏远地区有煤炭。该公司巳对中国煤制合成气、再通过醇类转化为烯烃的项目进行了预可研，该项研究将于2006年底共同全面完成。
位于美国Menlo Park的SRI咨询公司认为，煤炭在中国是增产化肥和化学品的资源，它有助于满足这些产品的贸易缺口。而在美国，现重点是煤炭用于发电，但对用于联产化学品，尤其是乙酰基产品也存在许多发展机遇。
中国一些化工生产商也将建设气化装置作为减少对进口原料依赖的一种方式。中国石化集团公司最近签署了一份技术转让协议，将在山东的中石化齐鲁分公司化工厂采用GE公司气化技术，从煤和石油焦制取合成气，用于生产化学品。齐鲁的装置将是中国采用GE公司气化技术的第4套装置。此前，中石化镇海的气化装置于1978年签约、吉林的气化装置于2002年签约、南京的气化装置于2003年签约。
据GE能源公司称，其气化技术转让最多的是在中国，自该公司2004年收购雪佛龙德士古公司该专利业务以来，巳获得了5项合同。中国继续受到天然气供应的压力，而正在着眼于发电和联产化学品（包括甲醇和合成氨）的替代方案。
中石化金陵分公司年产30万吨合成氨、52万吨尿素水煤浆工程于2005年5月28日在南京投产，标志着金陵分公司炼油-化肥资源优化、化肥原料技术改造项目竣工，这是中石化第一套采用煤气化技术生产氢气和合成氨的项目。金陵项目的改造方案以煤和石油焦为原料，采用德士古水煤浆加压气化技术（该技术现转让给GE能源公司），达到年产合成氨30万吨、尿素52万吨、氢气3万吨。该项目由中国天辰化学工程公司、中石化集团金陵石化工程有限责任公司联合总承包。该项目从2003年10月18日开工，到2005年9月底试车成功，仅仅用了不到2年的时间，在中石化同时开工的4套油改煤项目中是第一个。该项目采用的气化炉直径3.2米，是目前全球最大的德士古气化炉，单炉日投煤量可达1200吨。该项目按到厂的煤价测算，如果是75％的负荷，即日产1100吨合成氨，以生产尿素计算全年可实现利润1.5亿～2亿元，比原装置成本下降5亿元。从开车情况看，从气化炉点火气化到生产出合格的氢气和合成氨，用不了一天的时间，比原有的石脑油制氢气要简单，且好操作。这个项目的意义不只在于降低了制造合成氨的成本，更在于实现了资源优化。过去中石化炼油企业都是采用石脑油制氢气用于炼油加氢装置，一个千万吨级加工进口含硫原油的炼厂每年大约需要10万吨氢气，如果以水煤浆装置制氢气，比油、气制氢气成本要低3亿元左右，因此是解决加工进口高硫原油低成本制氢气的好工艺技术。
塞拉尼斯（南京）化工有限公司将在我国南京化工园区建设60万吨/年醋酸项目，塞拉尼斯与威尔逊化学公司（南京）签署生产醋酸原料的长期供应合同，威尔逊化学公司将采用洁净煤燃烧气化工艺生产CO和甲醇，该CO/甲醇装置将于2006年底~2007年初建成。威尔逊（南京）化学公司和GE能源公司（GE公司的子公司）签署煤气化技术转让协议，该煤气化装置采用三台450立方英尺的气化炉，其中一台备用。
2006年3月中旬，壳牌研究有限公司与天津渤海化工集团签署了洁净煤气化技术转让协议，这是壳牌煤气化技术自2001年进入我国以来签订的第14个技术转让项目。天津渤海化工集团将采用该技术在天津临港新工业园区内建设煤气化装置，用粉煤气化制取的合成气作为生产合成氨、甲醇和丁辛醇的原料。此前，壳牌煤气化技术已相继转让国内湖北、河南、广西、云南、辽宁、宁夏和安徽等省区的13家企业，其中7家用于生产合成氨，5家用于生产甲醇，1家用于制氢。据悉，壳牌2001年在国内转让的首个煤气化项目中石化湖南巴陵化肥'煤代油'改造工程已于2006年3月投产，中石化湖北化肥分公司和安徽安庆分公司的壳牌煤气化项目已进入试车阶段，其余技术转让项目也进展顺利。
美国黑马集团计划在郑州建设煤化工项目。2006年3月底，黑马集团与新郑市签下2.6亿美元煤化工生产项目，预计2006年10月动工建设。该煤化工项目是将煤炭资源进行深加工，以此生产尿素、甲醇等。
宁夏神华煤业集团有限责任公司在宁夏灵武市建设国内最大的21万吨/年二甲醚工程，该工程预期在2007年建成投产。化学工业第二设计院承揽工程设计。宁煤集团二甲醚工程厂址位于宁夏灵武市的宁夏河东重化工基地，由日本东洋工程公司进行基础设计，化二院负责详细工程设计：施工安装和工厂试运转。整个工艺路线采用煤气化技术，将煤转化为合成气生产甲醇，甲醇经气相脱水合成燃料级二甲醚。夏煤炭资源丰富，全区已探明储量310亿吨，远景预测储量2027亿吨，分别占全国第5位和第6位。
3.结语
（1）煤炭气化生产合成气，继而再生产化学品巳成为替代石油路线的重要途径，不仅技术上成熟，并且在经济性上巳可与石油和天然气路线相竞争，具有广阔的发展前景。有数据显示，美国天然气价格2004年约为5美元/百万英热单位，相比之下，煤炭价格1.5美元/百万英热单位，加上2.5~3.0美元/百万英热单位的气化费用，则可生产4~4.5美元的合成气。
据美国能源部能源信息委员会在内的许多美国能源机构专家最近分析，现在煤炭气化巳可与价格为3.5~4.0美元/百万BTU的天然气相竞争，据预计，在2010年前的几年内，天然气价格将保持高于5美元/百万BTU，煤炭气化将具有更大的吸引力。
（2）中国拥有丰富的煤炭资源，煤炭探明储量为1145亿吨，位于美国（2466亿吨）和俄罗斯（1570亿吨）之后，居世界第三位。而中国石油和天然气资源相对短缺，截至2005年统计，中国煤炭可采年限为59年，而石油为13.4年。在一定范围内，从石油化工向煤化工转型具有发展潜力。（[ Last edited by berlin on 2006-11-14 at 10:03 ]、
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