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煤炭路线:重在升级甲醇制芳烃

  煤经甲醇制芳烃,被业界誉为降低芳烃对外依存度、丰富其原料路线的必然选择。中国化工报记者从2016中国芳烃产业链发展大会上了解到,在煤炭路线的芳烃生产中,煤制甲醇环节已相对成熟,研究重点主要集中在甲醇制芳烃环节。我国是较早研究甲醇制芳烃的国家之一,相关技术处于世界领先水平,目前国内具有自主知识产权的相关技术主要有固定床甲醇制芳烃技术、流化床甲醇制芳烃技术以及甲苯甲醇甲基化制芳烃技术等。


  固定床工艺:能效水平国内最高
  甲醇制芳烃是甲醇在催化剂的作用下,经过一系列反应,最终转化为芳烃的过程,产品以苯、甲苯、二甲苯为主。
  中科院山西煤化所等开发的固定床甲醇制芳烃技术属于大规模甲醇下游转化技术,以MoHZSM-5(离子交换)分子筛为催化剂,以甲醇为原料,目标产物是芳烃,在全国首次实现了固定床条件下甲醇一步转化得到高品质芳烃。该技术已于2012年2月在由赛鼎公司设计的内蒙古庆华集团10万吨/年甲醇制芳烃装置一次试产成功。这是赛鼎运用与山西煤化所合作开发的工艺,设计的我国第一套一步法甲醇制芳烃装置。据山西煤化所煤转化国家重点实验室刘平博士介绍,此后该技术又相继在云南先锋、河北唐山、新疆新业等地投用,总产能达80万吨/年。今年2月,陕西宝氮化工集团新建的10万吨/年甲醇制芳烃项目成功投运,日产芳烃300吨,接近设计负荷。吨产品消耗甲醇2.46~2.48吨,能效达国内同类装置的最好水平。


  流化床工艺:产品优于石油路线
  循环流化床甲醇制芳烃技术(FMTA)是清华大学开发的一项颇受关注的技术。在2016中国芳烃产业链发展大会上,清华大学骞伟中教授介绍了该技术的开发进程及最新进展。他们先后解决的一系列工程挑战有催化剂失活快,必须采用流化床连续反应再生技术;甲醇单程转化时,需要独立的反应器进行循环转化为芳烃;在加压条件下反应再生流程复杂等,最终率先在国际上开发成功甲醇制芳烃的催化剂和便于大型化工业生产的流化床甲醇制芳烃连续反应再生技术。2013年1月,采用该技术的全球首套万吨级甲醇制芳烃工业试验装置在华电煤业陕西榆林煤化工基地投料试车成功。该技术的甲醇转化率>99.99%,3.07吨甲醇生产1吨芳烃,整套工艺技术流程短,产品优于石油路线。
  华电煤业集团不久前透露,其采用该技术建设的百万吨煤基甲醇制芳烃工业化示范项目前期工作开展顺利,最核心单元的甲醇制芳烃工艺包已由华电煤业、清华大学与中石油华东设计院共同完成开发。该项目的环评报告近期将上报环保部待批,其水资源论证报告已上报待批。万吨级甲醇制芳烃装置生产1吨芳烃消耗甲醇不足3吨,百万吨级装置吨芳烃消耗甲醇有望降至2.5~2.8吨,同时生产液化气及氢气等高附加值产品。其中,副产的氢气返回甲醇装置后,可增产甲醇12%,从而使芳烃的综合成本大幅降低。
  届时,煤制芳烃不仅较石油路线具有显著的成本优势,即便与DMTO相比,也会因芳烃价格通常高于烯烃,而原料甲醇消耗量与DMTO相当而更具优势。


  甲基化工艺:联通煤化工石油化工
  甲苯甲醇甲基化合成对二甲苯(PX)是将煤化工与石油化工进行有机结合生产PX的一条新工艺路线。目前市场上甲醇价格不到2000元/吨,而甲苯约5000元/吨,因此该工艺技术的最大优势是以甲苯和低成本的甲醇作为原料,生产高浓度的PX。会上有代表认为,该技术的推广既能有效缓解国内甲醇产能过剩的问题,同时也为今后芳烃装置的增产扩能和芳烃生产过程中原料和产品结构调整,实现芳烃原料的多元化,提供强有力的技术支撑。
  2012年10月23日,中科院大连化物所开发的甲苯甲醇制PX联产低碳烯烃技术通过鉴定。该技术采用循环流化床工艺,在一个反应体系和一种催化剂下同时高选择性生产PX和乙烯、丙烯等低碳烯烃。该技术既可作为现有芳烃联合装置技改技术,增加PX产量,降低装置能耗;也可应用于新建芳烃联合装置,与传统的PX生产技术相比,减少了歧化、异构化等单元投资与运行费用;若独立新建甲苯甲醇制PX联产低碳烯烃装置,可通过简单的结晶分离单元替代昂贵的吸附分离单元,大大降低PX生产成本。
  据记者了解,中国石化也是甲苯甲醇甲基化制PX工艺路线的积极践行者。2015年3月,采用中国石化工艺的全球唯一一套20万吨/年甲苯甲醇甲基化制二甲苯工业示范装置在扬子石化成功运行,不但生产出高浓度的PX,而且仅有很少量的副产物苯和C9。新工艺中,甲醇的引入提高了甲苯利用率,理论上每生产1吨PX只需耗用1吨的甲苯,而传统的甲苯歧化工艺每生产1吨PX需要耗用约2.5吨的甲苯,且副产物苯比较多。因此新工艺收率高、成本低,联通了石油化工和煤化工。


  其他工艺:完善细节准备产业化
  除了上述技术外,河南煤化集团研究院与北京化工大学也在合作开发煤基甲醇制芳烃技术,并初步形成了较完整的技术;中国石化上海石油化工研究院采用负载脱氢氧化物的分子筛(ZSM-5)催化剂,目前已完成催化剂的实验室小试研究,单程转化的芳烃收率>50%,选择性可达80%以上,目前他们正与相关单位开展甲醇制芳烃技术的中试研究。
  煤制芳烃的技术研发虽不断取得进展,但目前的产业化却并不尽如人意。会上有代表向记者表示,这主要源于当前的低油价使石油路线的芳烃竞争力提升,而煤基路线发展却受到打压。
  但也有专家认为,我国的资源禀赋以及PX高达57%的对外依存度决定了煤制芳烃所具备的战略意义。同时相对于石油路线生产芳烃,甲醇制芳烃路线可降低成本20%左右,并且得到的芳烃混二甲苯比例高,不含硫氮等杂质元素,本身也更适合生产PX。因此,科研人员的当务之急是尽快完善相关工艺细节,做好产业化的全面准备。(中国化工报) 

煤化工

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