煤制烯烃研究报告

煤制烯烃工艺研究报告

一、煤制烯烃简介

制备丙烯的传统方法是采用轻油（石脑油、轻柴油）裂解工艺，但石油储量有限，所以世界各国开始致力于非石油路线制乙烯和丙烯类低碳烯烃的开发。其中，以煤或天然气为原料制甲醇，再由甲醇制低碳烯烃的工艺受到重视。

煤制烯烃主要指乙烯、丙烯及其聚合物。聚乙烯主要应用于粘合剂、农膜、电线和电缆、包装（食品软包装、拉伸膜、收缩膜、垃圾袋、手提袋、重型包装袋、挤出涂覆）、聚合物加工（旋转成型、注射成型、吹塑成型）等行业。

丙烯是仅次于乙烯的一种重要有机石油化工基本原料，主要用于生产聚丙烯、苯酚、丙酮、丁醇、辛醇、丙烯腈、环氧丙烷、丙二醇、环氧氯丙烷、合成甘油、丙烯酸以及异丙醇等。

煤制烯烃简单来说可分为煤制甲醇、甲醇制烯烃这两个过程。主要有四个步骤：首先通过煤气化制合成气，然后将合成气净化，接着将净化合成气制成甲醇，甲醇在催化剂的作用下脱水生成二甲醚（DME)，形成甲醇、二甲醚和水的平衡混合物，然后转化为低碳烯烃，烯烃经过聚合反应生产聚烯烃。目前，国际上有几种领先的甲醇制烯烃工艺，如美国UOP公司与挪威海德鲁（Lydro）公司的甲醇制烯烃工艺（MTO）、德国鲁奇（Lurgi）公司的甲醇制丙烯工艺（MTP）、美国AtoFina与UOP公司的烯烃裂解工艺等，其中Lurgi公司的MTP工艺已经在国内的生产装置上应用，在2010年最先实现工业化。

二、国外煤制烯烃技术

MTO是国际上对甲醇制烯烃的统一叫法。最早提出煤基甲醇制烯烃工艺的是美孚石油公司（Mobil），随后巴斯夫公司（BASF）、埃克

森石油公司（Exxon）、环球石油公司（UOP）及海德鲁公司（Hydro）等相继投入开发，在很大程度上推进了MTO的工业化。1995年，UOP与挪威Norsk Hydro公司合作建成一套甲醇加工能力0.75 吨/天的示范装置，连续运转90天，甲醇转化率接近100%，乙烯和丙烯的碳基质量收率达到80%。1998年建成投产采用UOP/Hydro工艺的20万吨/年乙烯工业装置，截止2006年已实现50万吨/年乙烯装置的工业设计，并表示可对设计的50万吨/年大型乙烯装置做出承诺和保证。UOP/Hydro的MTO工艺可以在比较宽的范围内调整反应产物中C2与C3；烯烃的产出比，可根据市场需求生产适销对路的产品，以获取最大的收益。

惠生(南京)清洁能源股份有限公司甲醇制烯烃装置采用环球油品公司（UOP）的甲醇制烯烃(MTO)/烯烃裂化(OCP)技术，是全球首套采用霍尼韦尔先进技术（Honeywell）的装置，与传统工艺相比，该项工艺被验证拥有高收率和低副产品形成的优点。

UOP/Hydro公司的甲醇制烯烃（MTO）工艺流程示意图

该项目于2013年9月下旬开车成功，产出合格产品，乙烯、丙烯全部达到并超过聚合级产品要求。另外，久泰能源年产60万吨甲醇制烯烃项目、江苏斯尔邦石化有限公司年产83

万吨甲醇制烯烃项

目都采用霍尼韦尔技术进行项目建设。

三、国内煤制烯烃情况

1、煤基甲醇制烯烃(MTO）

（1）中科院大连化物技术（DMTO）

DMTO是大连化物所的甲醇制烯烃专利技术。2005年由中科院大连化物所、陕西新兴煤化工科技发展有限责任公司和中国石化集团洛阳石化工程公司合作在陕西建设了生产规模以原料甲醇计为15000吨/年的DMTO工业化试验装置。该装置于2006年2月一次投料试车成功，实现了近100%甲醇转化率、低碳烯烃（乙烯、丙烯、丁烯）选择性达90%以上的结果。此外，陕西煤化集团目前正采用DMTO-Ⅱ技术在陕西蒲城建设70万吨/年的煤制烯烃项目。

DMTO技术应用情况

宁波禾元化学有限公司投资约60亿元，通过外购甲醇，采用DMTO工艺技术建设的180万吨/年甲醇制烯烃装置(含烯烃分离)、40万吨/年聚丙烯装置、50万吨/年乙二醇装置，于2013年1月投料试车成功，并生产出合格烯烃（乙烯、丙烯）。

神华集团采用DMTO技术，投资170亿，于2010年5月在内蒙古包头建成180万吨/年甲醇、60万吨/年甲醇制烯烃项目，是世界首套百万吨级煤基甲醇制烯烃大型工业化示范装置。自2011年1月正式投入商业运营以来，在产品方向、工艺路线、技术可靠性、工程放大、技术装备、水资源、环境影响、经济可行性、运营管理等方面形成了一系列具有示范及推广意义的工程化技术，并攻克了世界首套煤制低碳烯烃工艺技术工程化及实现长周期稳定运转等世界性难题，甲醇转化率达到99.95%以上，烯烃（乙烯+丙烯）选择性达78%以上。

神华集团煤制烯烃工艺流程图

神华包头煤基甲醇制烯烃项目气化装置主要工艺技术：

①气化：采用美国GE公司的水煤浆气化技术，共七台单炉投煤量为1500 吨/天的气化炉，由中国天辰工程公司详细设计。

②空分：采用杭州杭氧股份有限公司4套单套规模为60000立方米/小时（氧气）规模的空分设备。空气压缩机采用德国MAN透平公司设备。

③耐硫变换：采用青岛庄信恒瑞的K8-11HR 催化剂，合成气净化采用德国林德公司低温甲醇洗工艺包。

④硫回收：采用山东三维石化工程股份公司的SSR工艺技术。设计规模为22000吨/年硫磺产品。

⑤甲醇合成：采用英国庄信万丰公司下属DAVY工艺技术公司的甲醇合成技术，庄信万丰公司的甲醇合成催化剂。

⑥甲醇制烯烃：采用中国科学院大连化物所的甲醇制烯烃（DMTO）技术。反应器和工艺设计单位是中石化洛阳工程公司，DMTO催化剂由正大集团正大能源材料有限公司提供。烯烃分离回收采用美国鲁姆斯公司（Lummus）技术。聚丙烯装置采用美国陶氏化学公司（DOW）的UNIPOLPP技术；聚乙烯装置采用陶氏化学公司Unipol工艺。

（2）上海石化院技术（SMTO）

SMTO技术是中石化上海石化研究院开发的甲醇制烯烃技术，SMTO反应系统由流化床反应器和催化剂再生器组成。2005年建立一套12t/年的循环流化床热模试验装置，实现甲醇转化率大于99.8%，乙烯和丙烯选择性大于80%，乙烯、丙烯和C4选择性超过90%。

2007年11月，100t/d甲醇制烯烃（SMTO）工业试验装置成功投产运行。2011年10月采用SMTO技术在中原石化建成60万吨/年甲醇制20万吨/年烯烃装置，并投入正常运行，并于2014年1月通过竣工验收。

2013年获得发改委“路条”的中石化贵州项目（投资约200亿元，180万吨甲醇、60万吨烯烃、30万吨聚乙烯和30万吨聚丙烯等）与河南项目（投资170亿元，180万吨甲醇、60万吨烯烃），均采用SMTO技术。

2、煤基甲醇制丙烯(MTP）

（1）采用国外技术建设的MTP装置

德国鲁奇公司是世界上最早开发成功MTP技术的公司，该公司还拥有大型甲醇(mega methanol)低压合成技术，大型甲醇技术与MTP技术两者结合，可以建设大型MTP工业装置。当前国内用于生产的煤基甲醇制丙烯都采用该技术。

采用GSP气化技术的神华宁煤年产52万吨的MTP项目，总投资约195亿元，于2010年10月投料试车成功，产出合格丙烯产品，目前生产平稳，取得了较好的经济效益。该项目采用德国西门子GSP干煤粉气化工艺，四合一装置采用德国鲁奇公司变换、低温甲醇洗、硫回收、大甲醇合成技术，MTP装置采用德国鲁奇公司MTP技术，聚丙烯装置采用德国ABB公司气相法聚丙烯技术。神华宁煤第二套年产

50万吨甲醇制烯烃项目，于2014年8月27日一次性投料试车成功，经试运行，产出纯度99.88%的合格丙烯及牌号为1102K的合格聚丙烯产品。

大唐多伦在内蒙古锡盟多伦县建设年产46万吨的MTP项目，2011年6月开车成功，2012年3月进入试生产阶段。该项目以锡林浩特市胜利煤田褐煤为原料，集成Shell干煤粉气化、部分变换、鲁奇低温甲醇洗、鲁奇低压甲醇合成、鲁奇MTP丙烯生产工艺、Spheripol聚丙烯生产工艺等系列技术、最终生产46万吨聚丙烯及其副产品。

（2）国内MTP技术情况

目前，国内从事MTP技术研发的机构主要有中国石化和清华大学等。中国石化已完成固定床MTP技术的中试研究，正在组织进行以甲醇为原料150万吨/年的SMTP装置工艺包研发，并在扬子石化建设5000吨/年的工业试验装置，该装置于2012年12月成功开车，产出合格丙烯。装置各项技术指标达到设计要求，运行周期超过设计值，且净化水和粗甲醇均可回收利用，同时，获取了大型工业化装置SMTP成套技术开发所需的大量基础数据，促进了SMTP技术实现工业转化步伐，为下一阶段180万吨/年甲醇制丙烯工艺包的设计提供了坚实基础。

清华大学联合中国化学工程集团、安徽淮化集团共同开发了流化床甲醇制丙烯(FMTP）技术。2009年12月，在淮南建设了规模为3万吨/年的FMTP中试装置。利用该技术生产以丙烯为目标产物的烯烃产品，丙烯总收率达77%，原料消耗为3吨甲醇/吨丙烯；生产以丙烯为主的烯烃产品，双烯（乙烯+丙烯）总收率达88%，原料消耗为

2.62吨甲醇/吨双烯。

3、国内甲醇制烯烃生产情况及市场

随着甲醇制烯烃技术的日益成熟，国内兴起了利用廉价甲醇建设甲醇制烯烃项目的热潮。目前在建或拟建甲醇制烯烃项目大部分位于西部、北方富煤地区或东部沿海消费市场集中、交通运输便利的地区，富煤地区以煤基甲醇制烯烃为主，沿海地区以甲醇制烯烃为主。受煤炭价格较低的影响，煤基甲醇制烯烃成本优势较为明显，利润较以油为原料丰厚。同时中石化和中石油上游扩能速度逐渐减弱，加上各地政府煤化工产业投资支撑，国内煤基甲醇制烯烃产业进而得以迅速发展。国内目前共有神华包头、神华宁煤、大唐多伦、中原石化、宁波富德等装置开车成功，产能达到440万吨/年。

中国已投产煤基甲醇制烯烃装置情况

2017年底前，我国煤制烯烃总产能将达1950万吨/年。

4、煤制烯烃的经济性分析

（1）成本分析

2010年，甲醇市场平均价格约 2200元/t左右，相当于73美元

/桶石油价格下石脑油裂解烯烃的成本，2010年原油年平均价格为78.8美元/桶，按照目前的石油价格，外购甲醇生产烯烃还具有一定的竞争力。但国际油价并不稳定，如果石油价格下滑较大，则外购甲醇生产烯烃难与石脑油裂解制烯烃进行竞争。但如企业自身拥有煤矿，用自产煤生产甲醇，成本约在800～1000元/t左右，则煤制烯烃与石油路线相比具有很大的竞争实力。

（2）投资分析

以MTO或DMTO煤制烯烃工艺 建设的万吨级烯烃装置投资约为3.0～3.5亿元，而石脑油裂解制烯烃（包括新建厂，乙烯、丙烯、丁二 烯全面深加工和公用工程）的万吨级烯烃装置投资约为1.6～2.0亿元。由此可见，煤制烯烃较石脑油裂解制烯烃的投资大。

（3）综合比较

综合比较煤基甲醇制烯烃和石脑油制烯烃的经济性可以看出，煤基甲醇制烯烃的前期一次性投资较大，但生产成本比石脑油制烯烃降低一半左右，特别是对于50万t以上的装置而言，这个成本优势则更为明显。另外石脑油制烯烃工艺路线受石油资源的制约较大，而我国煤炭资源比较丰富，其价格受外部影响也相对较小，因此，煤基甲醇制低碳烯烃在我国的发展仍具备十分重要的战略优势，无论在资源上，经济上还是能源安全上已具有较强的竞争优势

5、煤基甲醇制烯烃存在问题

我国是一个相对“富煤少油”的国家，发展煤制烯烃具有一定战略意义，但发展煤制烯烃也应该本着科学的态度，不能盲目发展，搞重复性建设，对发展煤制烯烃的客观条件和市场风险都应有一个清醒的认识。

（1）投资强度高

煤制烯烃仍然面临传统的以原油为原料的石化行业的竞争，特别是中东地区石化工业的快速发展，必将对我国的煤制烯烃产业造成一定的冲击。因此，在发展煤制烯烃项目前应做好充分的经济分析，以免造成不必要的损失和浪费。

因乙烯和丙烯运输成本和危险性较高，通常国内大多数的煤基甲醇制烯烃项目是建设乙烯/丙烯及下游一体化的联合装置进行内部消化，最终产品为聚乙烯和聚丙烯，导致工艺流程长，建设投资大（万吨产品的投资约3亿元），对项目建设企业融资能力要求高。目前在建或拟建煤基甲醇制烯烃项目投资主体呈现多元化态势，中央企业、地方国有企业、民营企业及外资企业均参与其中，多数项目以聚乙烯、聚丙烯为主要下游产品。

（2）环境资源制约

在煤的转化过程中，必将有大量的碳要以二氧化碳的形式排放出来。煤基甲醇制烯烃生产过程中原材料及能耗大，水耗高，污染重，三废综合利用和环境治理要求严，如生产1吨烯烃，排放出的二氧化碳高达11.63吨，需要煤炭为6吨左右，吨烯烃耗水约33吨左右。随着我国越来越重视低碳环保，且已有征收水资源税、碳税的建议见诸于报，煤制烯烃的未来发展空间受到一定影响。

（3）能量转化率低

煤基甲醇制烯烃是一种能耗偏高，能量转化率偏低的工艺。在规模为60万吨/年的前提下，目前的可研报告中给出的吨烯烃综合能耗约为180GJ，能量转化率仅为26％，与已经过实际运行考核的16万吨前提下的费托合成煤制油的综合能耗109.86GJ、能量转化率40.53％相比较，还存在差距。

（4）盲目发展，无序竞争

煤基甲醇制烯烃（含外购甲醇制烯烃及煤制丙烯）是国家层面比较认可的第二个新型煤化工路径。在神华包头60万吨/年项目示范投产成功后，国内一些企业缺乏对技术成熟度和系统运行合理性的考量，盲目建设煤基甲醇制烯烃项目，形成了无序竞争的局面。国家进一步明确煤制烯烃示范项目准入条件，要求煤基甲醇制烯烃项目主要包括能源转化效率40％以上，吨标煤转化综合水耗小于3吨，废水和化学需氧量、氨氮、二氧化硫、氮氧化物实现近零排放，二氧化碳减排潜力达到50％等。

（5）运输仓储成本高

目前煤基甲醇制烯烃企业神华包头、神华宁煤、大唐多伦、中煤陕西榆林能源和陕西延长中煤榆林能源等集中在西北及内蒙地区，煤制聚烯烃行业在本地销售的资源不多，下游集中地主要位于华东、华北和华南区域，煤制聚烯烃在本地消化的比例为10-15%，因地理位置的原因，目前多数资源在华北和华东销售，华南市场处于逐渐开拓阶段。 西北烯烃产品流通至华北地区和华东地区，多采用铁路和汽车运输，并需要建立异地库，物流和仓储成本较高。随着煤化工项目的逐渐推进，煤基甲醇制烯烃的产能大量释放，行业的竞争日益激烈，销售利润会进一步缩减。从长期看，生产企业为提高自身的竞争力，应建立自身的物流和仓储体系，以下游客户的利益为依托，在下游集中地进行仓储或者配送，减少仓储和物流的成本，防止利润的进一步缩减，保证行业的正常运营。

（6）产品科技含量低

尽管目前国内煤制烯烃的工业化技术逐渐走向成熟，但在开工率、设备的稳定性等方面依旧存在问题。这就需要继续加大关键技术的研发力度，特别是新一代高效催化剂的研制，同时积极鼓励研发企业抓

紧组织新一代甲醇制烯烃技术工业化示范，为煤制烯烃产业技术升级准备条件。

现阶段煤基甲醇制烯烃推向市场的多是通用料，LLDPE拉丝料为主。中国高端料、专用料、生物材料、环保清洁可降解材料等科技含量较高的产品仍主要依赖进口，国内市场有一定的供应缺口。企业应通过提高自主研发能力，创新能力，从产品结构、能源替代以及技术工艺等方面寻求突破，降低企业生产成本，增加附加值较高产品的产出率，提高经济效益。

6、结论

随着世界和中国经济的发展，对石油资源需求 不断增长，其供需矛盾日益加剧。据统计，目前全球的石油资源还可供开采50年左右，而煤炭资源则可供开采220年以上。随着石油资源的日益枯竭，以煤炭替代石油作为化工原料势在必行。我国作为一个煤炭生产大国，适度发展煤化工是中国能源结构调整和保证经济高速发展的重要途径。随着中国煤制烯烃取得成功，很可能在全球掀起发展煤化工产业的热潮，特别是对那些拥有丰富煤炭储备的国 家如澳大利亚、 印尼和印度的化工产业都将产生深远的影响。

在我国发展煤制烯烃应综合考虑多方面的情况，同时国家也应做到统筹规划、合理布局，科学引导，规范发展，走安全、经济、环保的循环经济发展道路，确保煤制烯烃产业的良性发展。