甲醇制丙烯（MTP）工艺的工业应用进展及其经济性分析

摘 要：为应对当前石油资源紧缺以及丙烯需求量高速增长等问题，加速推进我国甲醇制丙烯（MTP）

工艺的必要性和必然性。综述了国内具有代表性的MTP工艺以及工业应用进展情况。从国内外供求关系以及设备的生产运行情况论证了其经济性，并对于推进我国MTP工艺的自主化道路提出了自己的一点建议。 关键词：甲醇 丙烯 MTP工艺 工业化进展 经济性

随着国际石油价格的不断飙升，烯烃，尤其是丙烯的需求量持续增长，甲醇转化制烯烃技术引起世人的高度关注。目前，烯烃的生产大多源于石油，随着石油资源日益紧缺，烯烃的生产成本越来越高，特别是丙烯。随着全球甲醇工业化产量的急速增长，以煤和天然气为原料生成甲醇，再以甲醇制取丙烯的生产路线成为国内外技术研究的重要热点。【胡思1、沈雪松1】 1 MTP工艺简介 甲醇制丙烯技术过程主要由两步法组成，即先生成甲醇，再生成中间产物二甲醚，最后利用催化转化法将二者的混合物转化为丙烯等烯烃类产品。该工艺会副产出多种含碳量比较低的烯烃，由于在催化剂的作用下又会发生一系列连续反应，诸如环化、脱氢、烷基化等，从而导致烷烃和芳烃等副产物的生成。【雍晓静2】 2 MTP工艺国内的发展现状 现今阶段世界上的丙烯生产工艺总体上有炼油厂催化裂化(FCC)技术和烃类蒸汽裂解技术，但是由于这两种工艺的丙烯均是获得的副产物，所以单纯的增加裂解和裂化设备的总体数量，很显然不能填补丙烯需求的巨大缺口。所以提高丙烯的产量就必须提高它的选择性，就目前而言，拥有较高选择性的方法主要有两种，第一个是以丙烷为原料进行脱氢，从而制得丙烯。第二个就是通过歧化反应，将乙烯和丁烯反应而生成丙烯，但是脱氢制丙烯这种方法的天然气原料是富含丙烷的，这就违背了我国天然气富甲烷的实际情况，歧化反应生成丙烯的同时也反应掉了大量的乙烯，但是乙烯也是极其重要的化工原料，因此上述两种方法均存在缺陷，不能大规模在我国应用建设。现今的甲醇装置已日趋大型化，原料也主要集中于煤和天然气，因此这就为甲醇制丙烯（MTP）工艺的顺利实施提供了前所未有的便利条件，同时也使得所需的原料变得更加低廉。【雍晓静1】

2.1清华大学的FMTP工艺 早在2006年7月，清华大学就和中国化学工程集团公司达成合作，共同开发了FMTP工业化技术，完成了从理论推理到工业化试验的全部过程。【朱伟平3】 FMTP工艺是用气固并流下行式流化床短接触反应器，将甲醇通过中间产物转化为丙烯产品的技术。该工艺的催化剂是清华大学自行研制的具有CHA和AEI混合结构的交生相SAPO分子筛。 2.2大连化物所的DMTP工艺 中科院大连化学物理研究所在研究甲醇经二甲醚制烯烃(DMTO)工艺的基础上，也致力于开发研究甲醇转化制丙烯(DMTP)工艺的工作。大连化物所的DMTP工艺也采用流化床技术，同时回炼碳四，区别在于 DMTO的系列催化剂。DMTP工艺由三个反应组成:甲醇或二甲醚转化反应、乙烯和甲醇烷基化反应以及碳四以上重组分催化裂解反应。【张卿2.2.3】 2.3国内MTP工艺的工业化进程 随着我国经济的飞速发展，国内市场对化工原料及能源的需求与日俱增，由于产能需求之间的巨大矛盾引发了了聚乙烯、聚丙烯等化工原料急剧缺乏，市场价格暴涨，利润空间迅速拉大，又鉴于国内富煤少气的资源结构，因此鲁奇公司的MTP工业化技术在中国得到了快速的推进。【张卿2.1.2】 2011年1月，大唐多伦煤化工的MTP反应器A套装置试车成功，甲醇转化率为99.8%，产物中丙烯含量达到31.9%, 9月份，煤基烯烃项目整套装置实现全线流程贯通，产出终端合格产品聚丙烯。【胡思3.2】 2010年9月，年产46万吨煤基烯烃的MTP（甲醇制丙烯）项目在内蒙古多伦投入运行，这标志着我国煤基烯烃工业化迈出了重要步伐。 2009年，在安徽淮南建成了一套甲醇加工能力3万t/a的FMTP工业试验装置，此工业装置的建成是清华大学与中国化学工程集团公司、安徽淮化集团共同合作的结果,该装置已于2009年10月进行了流态化试车，经过长时间满负荷诈纯测试，该设备已平稳运行，达到了设计的满负荷操作。【胡思2.2】 神华宁煤集团的MTP项目己于2010年试运行,其单程丙烯选择性大于40%,丙烯碳基收率71.2%,生产出了合格的丙烯。大唐多伦煤化工公司MTP装置反应系统（反应器A）计划2011年底前实现投产。其反应器A填装MTP催化剂150t，反应温度480摄氏度，MTP反应器A一次投料试车成功，甲醇转化率达99.8%，丙烯含量达到31.9%，实现了最优转化率。 中国大唐国际发电股份有限公司和神华宁夏煤业集团先后于2008年引进鲁奇技术，分别在内蒙古多伦和宁夏宁东建设了世界上规模最大的两套煤制丙烯装置(年耗甲醇167万吨，可年产聚合级丙烯47万吨)。2010年9月6日，神华宁煤的整套煤制丙烯装置正式全面试车，10月4日成功产出纯度99.69%的丙烯产品，这表明全球首套甲醇制丙烯工业化核心技术在我国成功应用。【张卿2.1.2】 3 制约MTP技术工业化进程的因素 甲醇制烯烃是个比较成熟的技术，除过烯烃生产外，合成气和甲醇的生产已经相当成熟。从投资金额方面来看，在规模相等的情况下，比起以石脑油等轻质油为原料制取烯烃的投资，以甲醇为原料制取烯烃的技术投资金额明显要高出很多，项目的投资太高，导致该项目资金周转难度加大，直接牵制了MTP技术工业化进展的步伐，因此项目设备的投资有有赖于国家财政的大力支持。近几年来，国家重点强调环保措施，实施了一系列环保政策，如提高废水回收利用率、节能减排及增产不增污等。这些措施或多或少的也影响了甲醇制烯烃技术工业化的发展。以天然气为原料生产的废水回收利用，成本低而且节约了化学工业用水，而以煤为原料的生产废水回收利用成本较高且需要消耗的水资源多，因此，丰富的水资源是项目顺利实施的保障，但我国产煤地大多数为缺水的中西部地区，所以找到大量的水或许是项目实施的重中之重。【沈雪松4】 4 MTP技术的经济分析 我国矿产资源的特征是富煤贫油少气。据中国煤炭工业协会发布的数据表明，2011年比2010年的煤炭消耗总量同期上涨了12.5%,由于我国的原油产出率大大下跌，因此只能对外依赖进口的原油，特别是近几年对国外原油的依存度已接近50%的警戒线水平。因而大力发展煤化工代替石油能源短缺是符合我国对于矿产资源的国情的。【姚本镇2】 4.1 甲醇的产能及丙烯的下游产品需求 大型甲醇装置的平稳运行极大的延长了甲醇向下游较大消费市场的发展。在当前的形势下，国内外双重压力制约着甲醇市场。国内因素主要是指甲醇产销矛盾，导致产能过剩，过剩的产能又不能让下游产品充分消化，加之近几年的金融危机，导致甲醛、乙酸等基础工业装置的开工率大大下降，这种现象无疑深化了甲醇市场的持续低迷;国外因素就是来自于中东等地区廉价甲醇的持续冲击。国内外的双重压力迫使国内甲醇必须找寻一条新出路，鉴于全球市场对于烯烃的需求大大超过甲醇，因此过剩的甲醇制烯烃便成为甲醇转化的一条新的出路。【姚本镇2.2】 在全球范围内，受上游丙烯消费指数增长的影响，丙烯下游产品的消费也与日俱增。为了加大丙烯的产量，乙烯设备处理量将进一步增大，并且全面释放设备的生产力。联产法制得的丙烯将占丙烯总量的很大部分。但下游装置需求的丙烯量增速将达到6%，这样丙烯资源供应就略显紧张。况且单从供求关系来看，丙烯产销矛盾特别突出。到2010年，丙烯需求的增速将达到8.1%，因此我国丙烯的开发利用前景非常好 4.2 MTP的经济性比对 业内有关人士对煤基甲醇制烯烃技术进行了经济性分析，分析表明：如果项目在煤矿基地大规模建设，煤制烯烃的产品始终是有利可图的，即使原油售价高于35美元/桶，煤制烯烃产品也能从中获益。当前国际油价在80美元/桶以上，因此煤基甲醇制烯烃产品具有巨大的利润空间。【沈雪松4】 鲁奇公司对进料甲醇MTP装置进行了技术经济评估，如果以总投资1.85亿美元计，丙烯价格在380美元/t以及甲醇价格在90美元/t时，所获得的收益将会以每年15.6%的增速增长，增速惊人，同时受供求关系的影响，聚丙烯等产品的价格会稳中有增，由此所带来的实际经济效益会更好。【姚本镇2.3】 总结近几年化工产品的市场行情可以得出结论：甲醇和聚丙烯产品之间存在巨大的经济落差，甚至超过了甲醇自身价值的三到四倍，可见MTP具有巨大的经济效益，当甲醇价格从2263﹣2903元/t时，聚丙烯的价格却已经增加了两千元，因此增加产量所带来的利润是非常丰厚的。 4.3 前景预测 现今市场上的甲醛、甲基叔丁基醚（MTBE）,醋酸、甲基丙烯酸甲酯（MMA）等诸多化工产品，它们绝大多数都来源于甲醇。由于甲醇生产能力的增长远远高于对甲醇的需求增长，因此大批量的甲醇生产装置需要寻求更大的销售出路，鉴于世界各国对于烯烃的需求远远大于甲醇，因此将甲醇用于生产烯烃将是一个非常拥有市场的生产方向。现今全球市场的总体方向是甲醇的产能大，丙烯的产能小，但是丙烯的需求增长又大大超过了乙烯，因此对于如此庞大的丙烯需求量和现今的丙烯产能之间便产生了巨大的落差，故此迫切需要找到丙烯增产的新工艺、新方法。 在大规模甲醇装置的高速建设中，必须找寻产品的出路。在甲醇上游供应压缩及丙烯下游需求拉动的双重作用下，甲醇制丙烯技术的未来发展形势可观。此外以天然气为原料的甲醇制丙烯技术应从烯烃的结构上找出实施调整的方法，增加丙烯原料的来源途径，从根本上降低石油资源紧张从而导致油价上涨带来的风险。【沈雪松4】 5 建议 鉴于我国的煤炭资源丰富，大力发展煤基甲醇制丙烯工业，对于缓解化学工业对石油资源的过度依赖具有非常重大的意义。针对近年来我国对石油进口依赖程度不断提高而造成的油价持续上涨的问题,发展MTP技术具有特殊的时代意义和经济意义。但是人们普遍关注的问题却是：如何推动国内MTP技术产业化的顺利进行，使之为传统丙烯路线带来巨大增益？为此，我提出了以下几点看法。【张卿3】 （1）神华宁煤集团及大唐多伦煤化工MTP装置的成功开车，表明中国在世界上率先开创了一条煤经甲醇生产丙烯的全新技术路线。但是MTP装置的工业化应用毕竟属于世界首次，没有现成的经验值得借鉴，因此在设备运行期间必然会遇到各种各样的问题，希望参与者能冷静分析，沉着应对，找出问题的解决办法，保证设备的平稳运行，不要让国家利益蒙受损失。【胡思4.1】 （2）甲醇制烯烃技术在现今国内很多科研院所均有涉及，但是都不甚完美，因国家财政补贴及科研费用投入等诸多因素，一直都限制着技术研发的深度。于此同时，人力、物力的过度分散，加大了我国对甲醇制烯烃技术集体开发的难度。建议对国内的各种甲醇制烯烃技术进行整合，形成具有自主知识产权的核心技术。【朱伟平4】 （3）我国一定要走自主研发MTP工艺的道路。虽然现阶段取得了许多技术方面的先进成果，但仍然有许多缺陷需要进一步克服。希望各研究单位要总结自身设备运行的实际情况，在MTP工艺开发过程中，要大胆对工艺进行改进，同时又要借鉴国外的研究成果，为加快我国自主MTP技术的研究步伐贡献自己的一份力。【胡思4.2】