低碳烯烃的前景
结合煤、石油、天然气目前的市场价格
分析低碳烯烃合成的经济性
班级：煤化工1001班
姓名：武佳娜
学号：[1**********]1
结合煤、石油、天然气目前的市场价格
分析低碳烯烃合成的经济性
【摘要】：阐述了我国主要石化产品的供求状况、我国资源赋存特点，重点分析了由煤炭制备低碳烯烃的技术路线，认为在我国发展煤制烯烃具有重要意义。通过模型测算了不同原料价格以及对应的烯烃生产成本, 以及相同烯烃生产成本下, 烯烃生产企业能承受的石油、煤和天然气的价格对应关系。对石油、煤、天然气和烯烃合成的经济性进行了分析。初步分析了融资方案对成本测算和项目决策的影响。指出在考虑融资方案影响的情况下, 低碳烯烃合成的经济性。
【关键词】：煤 天然气 石油 价格 技术经济对比
一、我国三大主要能源现状
1. 我国共有各类性质煤矿2.78万处，其中原国有重点煤矿生产原煤7.94亿吨，国有地方煤矿生产原煤2.63亿吨；乡镇及个体煤矿生产原煤2.28亿吨。 从可供性的角度考虑，煤炭的可供储量为900亿－1200亿吨。
煤炭储量：截止到2002年末，全国己查明的煤炭资源量为1.01万亿吨。其中：基础储量3317.61亿吨，储量1886.44亿吨，资源量6872.98亿吨。原煤产量14.1亿吨。 我国共有各类性质煤矿2.78万处，其中原国有重点煤矿生产原煤7.94亿吨，国有地方煤矿生产原煤2.63亿吨；乡镇及个体煤矿生产原煤2.28亿吨。 从可供性的角度考虑，煤炭的可供储量为900亿－1200亿吨。 煤炭价格：根据不同地区而定，新疆340元每吨、山东800元、内蒙古锡林郭勒的煤价160元，均价在500元每吨。
煤炭消耗数量：3.2亿吨每年。
石油储量：目前我国石油储量每年增加10亿吨得地质储量，探明储量可以达到2亿到3亿吨。中国已发现石油储藏量达到40亿吨。
石油价格：6000元每吨。
石油消耗数量：2亿多吨每年。
天然气储量：我国天然气探明储量10288亿立方米，占世界第十四位，我国天然气经济可采资源量只占世界经济可采资源量的2％；人均占有量占世界人均占有量的10％。
天然气价格：2.4元每立方米 天然气的消耗量：2000亿立方米
2. 进出口额
1）原油
2）油品
原油和油品进口额猛增，但占进口总额比例却下降；进口在一定程度上拉动了进出口贸易和GDP 的增长。原油供需矛盾突出，进口依存度加大随着国民经济快速发展，原油供需矛盾日益尖煤制低碳烯烃的技术路线及其现状分析。2004年我国原油产量1．75亿t ，进口量1．23亿t 。2005年原油产量1．8亿t ，进口1．36亿t ，47进口依存度从1995年的12．65％增加到2005年的42％，国际原油市场大幅波动，给我国国民经济和社会发展带了很大负面影响。我国需要急切找到适合中国特点的替代能源的发展道路。我国必须走以煤为主，发展煤基化工的道路。
二、合成低碳烯烃的现状分析
当今石油化学工业已成为推动各国经济发展的支柱产业之一。以乙烯、丙烯为主体的低碳烯烃则是石油化学工业最为重要的基础原料, 是石化行业的核心产品。乙烯供需量可在一定程度上反映一个国家的经济景气度和经济发展水平。据统计，95年初全世界乙烯生产能力已达7，900X10‘t人，预计到2000年可望超过10，000X10‘t／a 。自七十年代以来，我国乙烯工业也发展很快，乙烯生产能力已从七十年代初7的4X10‘t／a 增加到95年的308X10‘t／a ，预计2000年产能将达到405X104t ／a 。2004年, 我国双烯产量分别为627万t 和620万t, 比2001年增长近30%。尽管如此，由于我国石化有机原料的市场需求量增长很快，导致乙、丙烯等供应不足，近年来进口量持续有增无减，92年进口的石化基础原料及下游产品折合乙烯195万t ，接近当年国内乙烯的产量。我国低级烯烃产量不能满足要求的主要原因之一是最好的原料轻质油供应不足，国外乙烯的原料90％以上是用乙烷、LPG 及石脑油，而我国由于原油组份大多偏重，生产乙烯的原料构成中50％以上是柴油，每吨乙烯的原料消耗平均在3．st 以上，给能耗和成本等经济指标带来不利影响。近年来世界（包括我国）天然气探明储量的增长速度超过石油，据统计到95年初已达140多万亿m’。
目前制取低碳烯烃的方法按原料划分，总体上可以分为3大类：石油路线、天然气路线和煤炭路线。迄今为止，采用轻油裂解的方法，即石油路线来制取低碳烯烃的方法为世界上大多数国家所采用。以天然气为原料，通过氧化偶联或本森法制取低碳烯烃技术，虽然目前在催化剂的筛选和反应机理的研究方面已经取
得了较大进展，但是由于反应本身受动力学控制，C 。的单程回收率低于25％，甲烷氧化偶联制乙烯过程中甲烷的转化率为25％，反应流出物中乙烯含量只有
4．9％，丙烯0．4％，其余为水，CO 。和大量未反应的甲烷，因而使气体分离困难。同时能使甲烷转化率，Cz 选择性之和大于或接近100％的催化剂为数不多，催化剂的筛选成为其工业化的重要障碍。对于我国，富煤、缺油、少气的能源赋存特点，发展以煤炭气化为源头的合成低碳烯烃的技术有利于缓解我国油气资源的短缺，对部分替代石油，保障能源安全具有特别重要的意义。
三、制烯烃的技术路线
我国煤炭资源相对丰富，石油资源短缺，天然气资源不足。发展以煤为主的能源道路是中国的必然选择。发展煤炭深加工的下游产业，发展以煤制乙烯／丙烯的部分替代石油化工产品的道路是我国保障能源安全战略的重要措施。发展煤炭气化为源头的下游产业链是缓解我国石油紧张的重要技术路线。而以煤制烯烃技术是众多以煤炭为基础缓解石油资源紧张的重要一环。
煤制合成气，通过F —T(费一托合成)(直接法) 或通过甲醇或二甲醚(间接法) 制取低碳烯烃。
1．煤炭气化
煤炭气化其中主要应用途径之一是制备化工合成原料气，进而直接合成各种油品及化学产品，如煤炭间接液化、煤制甲醇、二甲醚等。目前国内生产化工合成原料气所采用的煤气化技术，以国产的固定床水煤气发生炉为主，同时引进了部分先进的气化炉，如鲁奇(Lurgi)加压固定床气化炉、德士古(Texaco)加压气流床气化炉、GSP 粉煤气化、壳牌(Shell)加压气流床气化炉等。
2. 直接法制备烯烃
合成气可以通过F —T 合成制取低碳烯烃，副产物为H 。O 和CO 。，尤其是将其应用于选择性合成低碳烯烃已显示出较好的开发前景。原西德鲁尔化学公司率先进行合成气直接制取低碳烯烃的开发研究，在340℃、I ．0MPa 、500h 叫的反应条件下，达到合成气转化率为86％，低碳烯烃选择性70％的水平。我国碳一化工国家重点实验室采用Ni —TiO 。～SiO 。催化剂，完成了CO 加氢合成乙烯的小试研究，乙烯的选择性大于60％。中科院大连物化所徐龙伢等采用小试开
发成功的K —Fe —MnO ／Si 一2催化剂进行了1．81单管扩大试验，CO 转化率到70％～90％，C 。～C 。的选择性72％～74％。F 一丁合成是一种强放热反应，大量的反应热将促使催化剂积炭反应更容易生成甲烷和低碳烷烃，导致低碳烯烃选择性大幅度下降；其次，复杂的动力学因素也给选择性合成低碳烯烃造成不利。
3. 间接法制备烯烃
以煤为原料间接法制备乙烯的技术路线需经过以下3个步骤：第一步：煤气化生成合成气；第二步：由合成气制备甲醇或二甲醚；第三步：由甲醇或二甲醚制备烯烃。
3．1 甲醇制乙烯
(1)由煤炭气化合成气制甲醇。中国甲醇产量的50％以上都来自于煤炭气化合成工艺。合成气制甲醇是一个可逆平衡反应，基本反应为：
CO+2H2一CH3 OH H(△25。C) 一90．84kJ ／tool
当反应物中有二氧化碳存在时，还能发生如下反应：
C02+02一CH30H H(△25℃) 一49．57kJ ／mol
甲醇合成反应特别适合在高压和低温条件下进行。合成中除生成甲醇外，还生成甲烷、二甲醚、丁醇等副产物。目前较普遍采用的甲醇低温合成工艺流程有2个：即ICI 流程和鲁奇公司流程。
国外现有的甲醇工业合成方法已经达到相当高的水平。但是还存在如下缺点：①单程转化率低，出口甲醇含量不超过7％，从而需要多次循环；②需要进行能耗很高的甲醇一水的分离；③ICI 等传统方法合成气的净化成本很高。
目前，以开发低温液相合成甲醇工艺为主，国内外长期的研究结果表明，必须从根本上改变催化剂体系，开发具有低温(90～180℃) 、高活性、高选择性、无过热问题的催化剂，使生产过程在大于90％的高单程转化率和高选择性状态下操作。国外许多大的科研机构和公司都在研究。我国在“八五”期间，原国家计委给中科院成都化学所下达了专项研究任务以及中科院“九五”重大项目的特别支持，经过多年努力，已经取得良好进展。
(2)由甲醇制备乙烯／丙烯。甲醇制低碳烯烃(MTO／MTP) 国内外都已经投入大量的人力、物力进行开发研究。国际上一些著名的石油和化学公司如鲁奇公司，美国环球油品公司／海德鲁公司(UOP／HYDRO) 、巴瑟夫(BASF)公司、美孚石油公
司、埃克森石油公司都进行了多年研究。在高选择性催化剂上，MTO 的主反应仅有2个：
2CH30H —C2H4+2H20(△H 一一11．72kJ ／t001)
3CH30H —C3H6+3H20(△H=一30．98kJ ／m01)
3.2对MTO 工艺的研究和开发，国内外均有固定床和流化床反应装置。
(1)国外MTO(甲醇制烯烃) 。MTO 工艺具有原料要求低、原料消耗少、烯烃收率高、乙烯丙烯可调性大，产品分离简单方便，材质要求低等特点。该技术主要工艺包括：甲醇生产、甲醇催化制烯烃、裂解产物分离与精制。目前从事该技术开发的有UOP ／HYDRO 和美孚2家公司，催化剂为MTO 一100，甲醇转化率近100％，乙烯和丙烯的选择性分别为55％和27％，且二者可以通过调整参数在1．5：1～0．75：1之间变换。其中UOP 和HYDRO 公司联合开发的MTO 技术已经实现工业化，目前欧洲化学技术公司采用MTO 技术正在尼日利亚建设1套80万t 的烯烃项目，预计2010年前投产。
(2)MTP(甲醇制丙烯) 。MTP 工艺由鲁奇公司开发，该工艺包括甲醇转化和丙烯回收2部分，甲醇转化采用固定床催化反应器和高性能催化剂，丙烯选择性高，结焦少，丙烷产率低。首先，甲醇经过加热升温、气化后送入二甲醚预反应器，在该反应器中，甲醇在催化剂上转化成二甲醚、未反应的甲醇和水蒸汽达到平衡值的混合物，该混合物在420～490℃和0．13～1．6 MPa下，采用StidChemie 公司专有沸石催化剂在固定床反应器中反应生成丙烯，其收率约为70％。预计1套MTP 装置的投资回收期为2．5～3．5年，并同时采用鲁奇公司的大型化甲醇合成技术，使甲醇生产成本低于80美元／t 。2003年9月，在挪威国家石油公司(Statoil)公司特热德拜赫高登(Tjeldberg—odden) 甲醇工厂的MTP 示范装置上证实了MTP 工艺的可行性。
(3)中科院大连物化所工艺。该所的中试装置，规模为0．7～1．0t ／d ，反应温度500～550℃，压力1～0．15MPa
四、结语
我国富煤、缺油、少气的能源构成特点要求我们必须大力发展以煤炭为源头的化工产业。我国煤炭气化工艺经过多年的发展已经达到很高的水平，为煤炭气
化下游化工产品的开发提供了可靠的保证，随着MTO ／MTP 技术和国内SDTO 技术的日渐成熟，国内大规模制烯烃工厂会得到很快发展。发展煤炭气化为源头的煤制烯烃产业，对于部分替代石化产品，节省宝贵的石油资源，为建立多种能源可持续有效安全供给机制具有深远的战略意义。
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