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甲醇不同技術路線生産成本、在建産能分析預測

來源:中經縱橫 更新日期:2017-12-01 16:16:04

報告內容

第一節 甲醇原料來源及其儲量分布

一、煤炭

煤炭是中國的主要能源。目前中國的一次能源構成,煤炭占7.1%,石油占22%,天然氣占3%,水電占4%。中國煤炭資源儲量多,分布廣,煤質較好,品種較全。以煤種論,從煙煤到無煙煤以及石煤俱備。在煤炭探明儲量中,煉焦用煤占36%,化工用無煙煤占17%,動力煤占45%,石煤占2%。1990年全國原煤産量達10.8億噸,居世界第1位。

煉焦煤。中國的煉焦煤資源中,氣、肥、焦、瘦煤各種牌號均有一定比例,但強粘結性的主焦煤和肥煤比例小,弱粘結性的氣煤比例大。據1980年初統計,主焦煤占17%,肥煤占13%,瘦煤占12%,氣煤占56%,未分牌號的煤占2%。氣煤在各區煉焦煤儲量中的比例,華東爲78%,東北爲67%,華北爲57%,西北爲53%,中南爲17%,西南爲13%。

無煙煤。中國的無煙煤資源多屬中灰(大于15~25%),中硫(大于1.5~2.5%)或低硫(小于1.5%),中等發熱量(5000~7000卡/克),高熔點(高于1250℃),高、中機械強度(大于50~65%)和中等或較好熱穩定性的煤,一般適用于作氣化原料、低灰、低硫、高發熱量的優質無煙煤儲量較少。

煤炭資源的分布中國大陸29省、市、自治區,除上海市外,都有煤炭資源。全國2000多個縣,851縣有煤炭探明儲量,但分布很不均衡。山西、內蒙古煤炭儲量分別爲2000多億噸、1900多億噸,貴州460多億噸,安徽、陝西都在200億噸以上,5省、區合計約占全國煤炭總儲量的75%,而江南9省、市、自治區的煤炭儲量合計卻不到130億噸,僅占全國的2%。按保有儲量大小的順序如下:山西省、鄂爾多斯北部、內蒙古東部、川滇黔邊區、蘇魯皖邊區、鄂爾多斯南部、豫中豫西、河北平原、賀蘭山、天山南北、黑龍江省東部和沈陽市周圍地區。除川滇黔邊區外,其他11片煤炭基地都分布在北方地區。這12片煤炭基地的探明儲量占全國總量的92%;煉焦煤占探明儲量37%,無煙煤占17%。

山西省是中國最大的煤炭基地。包括大同、甯武、西山、沁水、霍西和河東6大煤田。現有煤炭保有儲量占全國保有總儲量的1/3,煤炭年産量占全國總産量的1/6,均居全國第1位。山西煤炭牌號齊全,其中煉焦煤和無煙煤儲量均約占全國同類儲量的1/2。現已形成以大同的動力煤、霍西、平朔及西山的煉焦煤,晉東南及陽泉的無煙煤爲中心的大型煤炭基地。

蘇魯皖邊區是華東地區最主要的煤炭基地,包括皖北兩淮、蘇北徐沛、魯西南兖州、陶棗、騰南、濟甯等7個煤田,探明儲量330億噸,約占華北地區總量的80%,其中煉焦煤占90%。

豫中、豫西是中南地區煤炭資源最集中之地,北起安陽、鶴壁、焦作,南至新密和平頂山,共有煤田16個,探明儲量160多億噸,約占中南地區總量的70%,其中煉焦煤和無煙煤占75%。

內蒙古東部由呼盟的伊敏、大雁、紮赉諾爾,哲盟的霍林河,昭盟的元寶山和錫盟的勝利、巴彥寶力格、烏旗白音華8個煤田組成的褐煤基地,探明儲量640多億噸,占全國煤炭總量的10%,爲全國褐煤總量的76%。是中國褐煤資源最集中的地區。

川滇黔邊區是中國西南煤炭資源最集中的地區,包括川南的芙蓉山、珙縣、古宋、筠連、敘永,滇東的昭通、曲靖,黔西的織金、六盤水和興義等煤田,探明儲量530多億噸,約占西南地區煤炭總量的80%。無煙煤占探明儲量一半多,煉焦煤近1/4。

鄂爾多斯北部包括准格爾和東勝兩大煤田,探明儲量1160億噸,占全國總量的18%,是中國第二大煤炭基地,均爲動力煤。鄂爾多斯南部包括陝北和渭北煤田,探明儲量210億噸,煤質以弱粘結煤爲主,其次是煉焦煤和貧煤。

賀蘭山東側包括內蒙古的桌子山、甯夏的賀蘭山、靈武、固原和萌城等煤田,探明儲量330多億噸,煤質爲煉焦煤和不粘結煤。

天山南北包括烏蘇、烏魯木齊、阜康、奇台、南山、托克遜、吐魯番—哈密7個煤田,探明儲量120億噸,爲煉焦煤、弱粘結煤和褐煤等。

河北平原包括開灤、京西、邯邢3煤田,探明儲量140多億噸,以煉焦煤和無煙煤爲主。

黑龍江省東部包括雞西、鶴崗、雙鴨山、七台河和虎林等煤田,探明儲量100多億噸,以低硫、磷煉焦煤爲主。

沈陽市周圍地區包括撫順、沈北、鐵法、本溪、紅陽和阜新等6煤田,探明儲量60多億噸,煤種有煉焦煤、褐煤和長焰煤等,是中國目前主要的煉焦煤和動力煤産區之一。

二、天然氣

我國天然氣的勘探、開發和利用都相對比較落後,已探明可采儲量僅占世界的1.2%,目前年産量200億立方米,預計達到250億立方米/年。

我國天然氣地質資源量估計超過38萬億立方米,可采儲量前景看好,按國際通用口徑,預計可采儲量7-10萬億立方米,可采95年,在世界上屬資源比較豐富的國家。陸上資源主要集中在四川盆地、陝甘甯地區、塔裏木盆地和青海,海上資源集中在南海和東海。此外,在渤海、華北等地區還有部分資源可利用。由于資源勘探後,未能有效利用,以及政策不配套,造成用氣結構不合理,都在一定程度上制約了我國天然氣工業的健康發展。但是,隨著我國的社會進步和經濟發展,天然氣成爲主要能源將是一個必然的趨勢。

1、四川盆地

四川盆地的天然氣是我國開采較早、儲量較豐富的資源,基本可在滿足四川省和重慶直轄市需求的同時,通過管道外送部分剩余氣量。主要市場是武漢,預計年供氣20-30億立方米/年;

2、陝甘甯氣田

陝甘甯氣田是我國陸上最大的天然氣整裝資源,可采儲量超過3千億立方米,目前主要通過北京、西安和銀川三條管線外送。輸氣能力分別爲:北京方向660mm×900km,30億立方米/年,供北京、天津、河北;西安426mm×480km,8-9億立方米/年;銀川426mm×300km,3-4億立方米/年。該資源已具備建設第二條東送管道的條件,今後市場主要可能是北京、天津和河北,以及華東地區;

3、塔裏木盆地和青海

塔裏木盆地和青海的天然氣資源十分豐富,具有較好的開采前景,全盆地天然氣地質儲量8.4萬億立方米,截止98年底,累計探明儲量5千億立方米。該氣源今後主要靠管道經蘭州、西安東送,主要市場爲長江三角洲地區;

4、南海

南海天然氣資源蘊藏品質最佳,氣田儲量集中,單井産量大。現已通過海底管道年輸香港29億立方米,主要用于發電。還有部分天然氣送海南島供三亞的一座100MW燃機電廠和化肥廠使用。但南海的資源開發前景看好,但海上天然氣開發難度較大,同時在一定程度也受到地緣政治因素的制約。因此,暫不宜進行大規模開發利用;

5、東海

東海地區的勘探工作一度受一些政策的影響而比較遲慢,但從現在的工作成果看,資源儲量看好。在杭州灣的平湖氣田發現部分天然氣資源正在供應上海,主要滿足城市居民的生活用氣。但東海資源的情況與南海情況相近,也暫不宜進行大規模開發利用。

三、重油

國際上通常將稠油稱爲重油,將粘度極高的重質原油稱爲天然瀝青或瀝青砂油。但不同的國家仍沿用自己的習慣用法,如加拿大將重油和瀝青砂統稱爲油砂;而我國石油工程行業習慣將重質原油稱爲稠油,石油地質界則稱其爲重質油,且將天然瀝青稱爲焦油,瀝青砂稱爲焦油砂。

全球剩余重油和油砂資源巨大,但目前公布的數字不一。據美國聯邦地質調查局2003年數據,全球剩余重油地質儲量約32685億bbl,可采儲量約4340億bbl;天然瀝青地質儲量約26183億bbl,可采儲量約6510億bbl。重油和天然瀝青的可采儲量之和略高于全球稀油的剩余可采儲量9520億bbl。而美國Haliburton公司2004年的非常規儲量專項報告中指出,僅加拿大和委內瑞拉的重油和油砂的地質儲量接近40000億bbl。

全球的常規油和重油分布是不均衡的,具有西稠東稀的特征。大約有69.3%的可采重油(南美61.2%,北美8.1%)和約82%的可采天然瀝青(北美81.6%)分布在西半球;相比之下,約有85%的稀油儲量分布在東半球。而在西半球,重油和瀝青資源顯示出集中分布的特征。全球約90%的超稠油分布在委內瑞拉的Orinoco重油帶,約81%的可采天然瀝青分布在加拿大的阿爾伯達省,這種集中分布爲未來的商業化規模開采提供了有利的資源基礎。

從全球各地區擁有的剩余重油和油砂資源量看,南美地區居首位,其次是北美、中東。從目前各國擁有的重油剩余可采儲量看,委內瑞拉爲2700億bbl,列第一;加拿大1740億bbl,列第二;其次是俄羅斯、伊朗(重油可采儲量約225億bbl以上)。按重油和常規油合計的剩余可采儲量看,委內瑞拉列全球第一,沙特阿拉伯列第二,加拿大第三,其中伊朗、伊拉克和科威特由于擁有巨大的常規油資源,對重油與瀝青的研究和勘探程度很低;還有一些國家因各種原因沒有系統地對其重油資源進行評估;相比而言,美國對其重油資源的研究和勘探程度較高;近年來,中國通過加強勘探和研究,重質油的探明和控制儲量逐步增加,主要集中在渤海灣盆地。

四、焦爐氣

焦爐氣是一種最適合作民用燃氣的能源,他的熱值較高4600千卡/m3,而CO含量僅6%,而其他氣化辦法得的氣體CO含量都很高,如發生爐爲29%,水煤氣爐40%,魯奇爐20%,德士古爐54%,謝爾69%,都超過城市燃氣標准CO<10%的要求,所以傳統上是以焦爐氣作爲城市民用煤氣。在有條件的城鎮仍應以焦爐氣作爲城市煤氣。

焦爐氣制甲醇後,還可繼續加工成二甲醚(DME),二甲醚完全可以代替液化石油氣(LPG)。LPG在煤氣管道達不到的地方,或者農村將起重要作用。目前全國大部份農村仍大量使用傳統的生物質燃料,造成土地退化,生態破壞及大氣汙染。隨著人民生活的提高,DME的使用必將有廣大市場。

DME的制造工藝有二步法,一步法,間接一步法及混合酸法,其中間接一步法工藝比較先進,節省能源,一步法尚在研制中,混合酸法適合小規模生産。

生産一噸二甲醚,消耗甲醇1.4-1.43噸,水蒸氣1.4噸,循環水98噸,電5kwh,成本約1600元(甲醇按1000元/噸成本計),10萬噸/年裝置投資約3200萬元。

第二節 甲醇生産技術現狀分析

一、世界甲醇合成工藝的發展趨勢

現行的工業化甲醇合成工藝基本上是氣相合成法.從60年代至今,除了在反應器的放大上及催化劑的研究方面有些進展外,其合成工藝基本上沒有大的突破.鑒于氣相合成存在的一系列問題,從70年代起人們把甲醇合成工藝研究開發的重點轉移到液相合成法,並且初步實現了工業化的生産.進入90年代後我國也將開發高效節能的合成甲醇工藝和裝置列爲技術開發的重點。

1、氣相甲醇合成工藝

甲醇合成的原料氣主要是CO,CO2,H2及少量的N2和CH4,早期主要是以煤爲原料制造.進入40年代以後隨著天然氣的大量發現,以煤爲原料的甲醇生産受到冷落.但是在南非以煤爲原料的甲醇工業化生産從未中斷過.考慮到未來能源的發展及環境保護等方面的因素,以煤爲原料的甲醇生産工藝又重新受到人們的重視。

現在世界許多公司都以天然氣,煤或重油爲原料來生産甲醇.以天然氣居多,約占90%以上.根據操作壓力可分爲高壓法,中壓法和低壓法.高壓法因技術經濟指標落後而淘汰.包括中壓法在內的低壓法主要以ICI和Lurgi兩公司技術爲代表.所用的催化劑基本上是以銅和氧化鋅爲主加入鋁或鉻的氧化物.工藝設計大同小異,差異之處是在反應器的設計和操作單元的組合上.氣相法工藝流程主要有以下幾種。

1)ICI低壓甲醇合成流程

由H2,CO,CO2及少量CH4組成的合成氣經過變換反應以調節CO/CO2比例,然後用離心壓縮機升壓到5MPa,送入溫度爲270℃冷激式反應器,反應後的氣體進行冷卻分離出甲醇,未反應的氣體經壓縮升壓與新鮮原料氣混合再次進入反應器,反應中所積累的甲烷氣作爲馳放氣返回轉化爐制取合成氣.低壓操作意味著出口氣體中的甲醇濃度低,因而合成氣的循環量增加.但是,要提高系統壓力,設備的壓力等級也得相應提高,這樣將會造成設備投資加大和壓縮機的功耗提高。

熱穩定性和溫度分布是反應器設計的兩個至關重要的參數,所以設計時應該使反應氣體分布盡可能均勻,以防止催化劑床層局部過熱,導致催化劑燒結失活.同時還要考慮到開車時的升溫設施以及催化劑裝卸的方式.低壓工藝生産的甲醇中含有少量水,二甲醚,乙醚,丙酮,高碳醇等雜質,需要蒸餾分離才能得到精甲醇。

日本三菱瓦斯公司(MitsubishiGasChemical)也提出了與ICI類似的MGC低壓合成工藝,使用的也是銅基催化劑,操作溫度和壓力分別爲200~280℃與5~15MPa.反應器爲冷激式,外串一中間鍋爐以回收反應熱.該流程以碳氫化合物爲原料,脫硫後進入500℃的蒸汽轉化爐,生成的合成氣冷卻後經離心壓縮與循環氣體相混合進入反應器。

分段冷激雖然可使反應器內的催化劑床溫度趨于均勻,避免了反應中局部溫度過高燒壞催化劑,但同時也降低了反應器單位體積的轉化率,造成循環氣量增加,壓縮功耗加大,反應熱的回收利用效率也降低。

2)Lurgi低壓甲醇合成工藝

Lurgi低壓甲醇合成工藝與ICI的最大區別是,它采用列管式反應器,CuO/ZnO基催化劑裝填在列管式固定床中,反應熱供給殼程中的循環水以産生高壓蒸汽,反應溫度由控制反應器殼程中沸水的壓力來調節,操作溫度和壓力分別爲250~260℃和5~6MPa.合成氣由甲烷,石腦油用蒸汽轉化法或部分氧化法制取,它與循環氣一起壓縮,預熱後進入反應器.Lurgi工藝可以利用反應熱副産一部分蒸汽,能較好地回收能量,其經濟性和操作可靠程度要好一些。

3)TEC的新型反應器

甲醇合成工藝一般由造氣,淨化,合成(轉化)及分餾4個主要部分構成.而合成部分的反應器對于提高原料氣的轉化率,降低壓縮功耗及控制産品的質量更爲重要.但是多年來反應器的設計基本上是ICI冷激式和Lurgi列管式,一直沒有大的突破,直到進入90年代以後TEC公司才在此方面向前邁進一步.該公司開發的MRF-Z新型反應器的基本結構是反應器爲圓筒狀,有上下兩個端蓋,下端蓋可以拆卸以方便催化劑裝填和內部設施檢修;反應器內裝有一直徑較小的內膽用以改變物料流向;反應器的中心軸向安裝一帶外殼的列管式換熱器,換熱器的外殼上開有直徑小于催化劑顆粒的小孔,換熱器內管束間設有等距離的折流擋板,以使原料氣體在管間均勻分布,沿徑向從外殼上的小孔流出,管束內通過反應後的高溫氣體.反應器內還有沿軸心均布的冷卻管束和催化劑托架.冷卻管束爲雙層同心管,沸水從內管導入內外管間的環隙吸引反應熱後生成高壓蒸汽驅動蒸汽透平;催化劑填裝在反應器內零部件的空隙當中.物料流向是冷的合成氣從反應器的上下兩個端口同時進入換熱器的管束間,受折流板的作用沿徑向通過催化劑床層,在催化劑的作用下進行合成反應,反應後溫度較高的氣體折入催化劑托架與內膽的環隙間,從內膽的下部返回換熱器的管束內,在此與溫度較低的原料氣換熱,然後沿著內膽與反應器壁的環隙間從反應器的底部流出。

由于氣體沿徑向流動催化劑床層壓降小,氣體循環所需要的動力大幅度減少,反應器制作時軸向長度可以加大,由于反應器內設有換熱器和冷卻器易于使催化劑床層的溫度均勻一致,甲醇生成的濃度和速度可大幅度提高,反應溫度容易控制,催化劑用量減少,反應器的結構緊湊.據TEC稱,該裝置易于從現在的2500~2800t/d放大到5000t/d,並且已在我國某廠得到采用.但是,此項工藝的反應器內部結構複雜,零部件較多,其長期運行的穩定性及發生故障後檢修的難易程度等,還有待于在使用中考察。

4)緊湊式轉化器的甲醇新工藝

Kvaemer公司組合BP阿莫科Kvaemer緊湊式轉化器與低壓甲醇合成的甲醇新工藝將于2004年推向工業化.BP阿莫科計劃將緊湊式轉化器的驗證試驗裝置建于阿拉斯加,2002年投運.應用于3000t/d裝置的新甲醇工藝,投資費用比常規蒸汽轉化的裝置節約3000萬美元.緊湊式轉化器采用模塊化管式反應器設計,它將一側的燃燒與另一側的催化蒸汽轉化緊密地組合在一起.由于有大的內部熱循環,緊湊式轉化器的熱效率超過90%,而常規裝置爲60%-65%。

5)魯奇和Synetix公司的LCM工藝

LCM工藝的目標之一是要完全取消蒸汽發生系統,工藝用蒸汽用一個飽和器回路來回收低等級熱發生蒸汽.在LCM甲醇工藝中,飽和器回路的30%-40%熱源來自甲醇合成系統.因此,LCM工藝的另一個特點是易于啓動和停工。

Methanex公司將在新西蘭的莫圖努伊建一座材料驗證裝置,用全尺寸轉化器管進行各種材料試驗,以用于甲醇生産或天然氣煉油.此裝置于2001年第4季度投産,初期試驗計劃在18個月內完成.LCM工藝將用于可能在2006年投産的6500t/d裝置。

此外,魯奇公司開發了采用氣冷反應器和水冷反應器的聯合轉化合成工藝,水冷反應器催化劑用量可減少50%,可省去原料預熱器並可減少其他設備,合成部分的投資可節省40%。

2、液相法甲醇合成工藝

盡管現行商業的甲醇合成工藝均爲氣相合成,但它存在合成效率低,能耗高等多種缺陷.所以人們對甲醇的合成研究,無論是在催化劑的研制,還是在合成工藝路線的開發上,一直沒有停止過。

由于甲醇的合成是一個比較強的放熱反應過程,從熱力學的角度來看,降低溫度有利于反應朝生成甲醇的方向移動.采用原料氣冷激和列管式反應器很難實現等溫條件的操作,反應器出口氣中甲醇的含量偏低,一般體積分數只能維持在4.5%~6.0%.因而使得反應氣的循環量加大,例如當出口氣中甲醇體積分數爲5.5%時,循環氣量幾乎是新鮮原料氣的6倍.在70年代初,英國的ICI,丹麥的Nissui-Topsoe和日本的JGC等幾家公司試圖在使用高性能的催化劑基礎上提高合成反應的壓力來提高甲醇的産率,但似乎都沒能取得顯著的效果。

受F-T漿態床的啓發,Sherwin和Blum于1975年首先提出甲醇的液相合成方法.液相合成是在反應器中加入碳氫化合物的惰性油介質,把催化劑分散在液相介質中.在反應開始時合成氣要溶解並分散在惰性油介質中才能到達催化劑表面,反應後的産物也要經曆類似的過程才能移走.這是化學反應工程中典型的氣-液-固三相反應。

液相合成由于使用了熱容高,導熱系數大的石蠟類長鏈烴類化合物,可以使甲醇的合成反應在等溫條件下進行,同時,由于分散在液相介質中的催化劑的比表面積非常大,加速了反應過程,反應溫度和壓力也下降許多。

由于氣-液-固三相物料在過程中的流動狀態不同,三相反應器主要有滴流床,攪拌釜,漿態床,流化床與攜帶床5種.目前在液相甲醇合成方面,采用最多的主要是滴流床和漿態床。

1)漿態反應器在甲醇合成中應用

在漿態床反應器中,催化劑粉末懸浮在液體中形成漿液,氣體在攪拌槳或是氣流的攪動作用下形成分散的細小氣泡在反應器內運動.美國化學系統公司(ChemSystem,Inc.)在1975年提出開發液相法甲醇合成工藝的新概念(Liquid-PhaseMethanolSynthesis).于90年代與美國空氣與化學産品公司(AirProductsandChemicals,Inc.)一起開發出使用液升式漿態反應器的LPMEOHTM工藝.早期在能源部的Texas的Laporte做過小試,與現行的甲醇合成方法相比,催化劑在高熱容的礦物油中形成料漿,反應所産生熱量被惰性液體介質所吸收,因而反應能夠在等溫下進行.由于細顆粒催化劑的利用率很高,出口氣中甲醇含量可以從傳統的氣固相催化工藝的5%提高到15%.這種反應器可以在很寬的H2/(CO+CO2)比例範圍內操作,並且在低的H2/(CO+CO2)比例下催化活性不會降低,因而特別適用于用煤造氣的低H2/(CO+CO2)比的原料氣.但是這種料漿反應器催化劑的裝填量有一定的限度,所以操作中空速不能太大。

二、中國甲醇合成工藝的發展趨勢

我國將合成甲醇節能流程及高效催化劑作爲技術發展重點,國內的科研院校或是跟蹤和改進國外技術,或是進行獨立開發,在甲醇合成方面進行了一系列的基礎研究和應用研究工作.中科院成都有機所于1998年開發出新工藝,首次在無攪拌釜式反應器中,在低溫低壓條件下合成甲醇和甲酸甲酯,合成氣的單程轉化率大于90%,反應選擇性強,並可制得無水甲醇.華東理工大學也准備將其三相床合成甲醇的實驗室研究工作實現工業化,中科院煤化所進行了漿態床一體化低溫合成甲醇的研究,在80~180℃下甲醇與合成氣中的CO羰基化生成甲酸甲酯,氫解生成甲醇.合成氣的單程轉化率爲90%,甲醇的選擇性高達94%~99%.天津大學對三相攪拌釜內甲醇合成動力學進行了研究

自60年代開始使用銅基催化劑以後,工業化的甲醇合成技術逐步得到規範化,低壓甲醇合成工藝已在幾家大型甲醇廠得到應用.自70年代以來甲醇氣相合成技術主要集中在催化劑的研究方面,工藝開發進展不大.從總的發展趨勢來看,雖然氣相合成工藝技術研究開發仍在進一步進行,但因受化學熱力學平衡和反應動力學的限制,其低轉化率和高壓縮功耗問題似乎很難解決.國外一些公司曾經試圖在新催化劑的基礎上,重新提高系統壓力(~10MPa)的方法來獲得高轉化率,最終也未能取得如期的目標.可以認爲,甲醇氣相合成工藝已走到了技術壽命的最高峰.而液相合成工藝在不遠的將來會與氣相合成工藝在工業上競爭使用並趨于完善,循著類似低壓法代替高壓法的曆程逐漸取代氣相合成。

從企業發展的角度著眼,國內外在液相甲醇合成工藝的基礎研究和應用研究方面已做了比較充分的前期工作.利用科研院所的這些成果,共同開發出自有或共有知識産權的新的甲醇合成工藝路線是完全可能和十分必要的。

我國的甲醇工業目前采用氣相合成法,原料以煤(焦炭)和重油爲主,以天然氣爲原料的約占20%左右.主要采用高壓法和低壓法兩種工藝.多數仍襲用國外早已淘汰的高壓法.低壓法以四川維尼綸廠,齊魯石化公司兩套引進裝置和國産化的上海焦化總廠裝置爲代表.其中川維引進ICI技術,齊魯石化采用Lurgi技術。

我國催化劑水平已與國外先進水平相當.如西南化工研究院的C302甲醇合成催化劑各項主要技術指標均優于GL104和C79-4GL水平,並在國內大型低壓甲醇裝置中應用.但缺乏成套技術和下遊産品的開發,總體水平與國外相比還有較大的差距.主要表現在:能耗高.平均每噸甲醇能耗達(38~35)×106KJ,比國外技術高出50%以上(國外29×106KJ/t);裝置規模小,經濟效益較差。

第三節 天然氣和煤制甲醇兩種技術路線成本對比分析


原料 煤炭 天然氣 原油
原料價格 420 元/噸 1.2 元/m3 3000 元/噸
(50美元/桶)
單位熱值 24.2MJ/Kg 36.2MJ/m3 41.0MJ/Kg
價格對比 17.4元/GJ 33.1元/GJ 73.2元/GJ
氣化成本 12.7元/GJ 5元/GJ 7元/GJ
合成氣成本 37.55元/GJ 41.7元/GJ 88.3元/GJ
甲醇産品成本 1300元/噸
65.3元/GJ
1400元/噸
70.35元/GJ
2310元/噸
116.2元/GJ
煤、天然氣和原油轉化爲甲醇的成本比較

第四節 煤制甲醇技術路線研究

一、三條煤化工産業鏈分布圖

煤炭的傳統應用在電力和取暖、城市煤氣等領域,而煤化工産業鏈的延伸拓寬了煤炭應用的空間。煤化工産業鏈的延伸主要有三條:傳統的焦化和電石乙炔化工、煤氣化和煤液化。通過這幾條産業鏈,煤炭可以在石化産品、化工産品和燃料油等多個領域替代石油和天然氣。而煤化工的成本優勢來自于煤炭價格的優勢和煤炭能源轉化效率的優勢。三條産業鏈中煤化油技術壁壘最高,而煤氣化應用最廣泛,幾乎是所有煤化工産業的基礎。

1、焦化和電石乙炔化工

最傳統的煤炭利用方法是煤炭高溫焦化,這是最古老的煤炭中提取液體的方法,但此工藝下,焦炭是主要産品,而焦爐煤氣和富含烴類液體的焦油是焦化的副産物。主要産品焦炭可以用來生産電石(CaC2),而電石可以用來生産大量的化工産品,包括聚氯乙稀(PVC)、醋酸乙烯、聚乙烯醇、1,4丁二醇(BDO)和氯丁橡膠等。

煤焦油只占煉焦産物的5%以下,比例很低,煤焦油中可以提取苯、甲苯、二甲苯以及萘、蒽醌和吡啶等芳香或稠環烴,這些化學品作爲煉焦的副産物,占整個化工品比例很低。焦爐煤氣主要成分爲一氧化碳,可以用來合成氨和甲醇等下遊化工品。

2、煤氣化

目前煤化工應用和發展比較成熟,也是最廣泛的是煤氣化,即在缺氧條件下使煤炭不完全燃燒成爲氣體(工業上成爲合成氣Syngas),該氣體中主要含有一氧化碳、氫氣和二氧化碳等,可以用來合成合成氨和甲醇以及其它包括尿素等各類氮肥、硝酸、聯堿、二甲醚、烯烴和醋酸等。

3、煤液化

煤化油中的間接液化即先將煤炭氣化成合成氣,然後再通過費-托反應(Fischer-Tropschreaction,過程中一氧化碳和氫反應生産烷烴和水)以及蒸餾分離得到石腦油、柴油和汽油等終端産品。
另外一條煤利用途徑是煤炭的直接液化工藝,目前國際上已經開發出多種直接液化工藝,原理上都比較類似:即在高溫高壓條件下,在溶劑中將較高比例的煤溶解,然後加入氫氣和催化劑進行加氫裂化反應,在通過蒸餾分離出油品。

二、甲醇在煤化工産業鏈條的位置和相關評價

煤化工的應用産業鏈

三、甲醇在煤化工技術路線的生産成本

石油價格的持續高位增加了石油化工的生産成本,提高了煤化工産品的競爭力。據有關專家測算,當石油價格高于40美元/桶時,在缺油、少氣、富煤的地區,使用煤化工路線生産甲醇、烯烴、二甲醚、甲醛、尿素等化工産品,生産成本較石化路線低5%~10%,具有較強的競爭力和較好的經濟效益。

三種工藝均爲兩段法,首先用天然氣制備合成氣,再合成甲醇,收率相差範圍不大,在5%以內。天然氣工藝投資成本較低,30萬t/a甲醇裝置僅需4億元,是煤氣化工藝的1/4。

可見,天然氣制甲醇的優勢在當前煤價居高的情況下顯現,生産成本比煤氣化工藝低約50元/t。目前甲醇市場價格約2500元/t,甲醇行業利潤率高達40%。但能源價格多變的起因並不全是市場行爲,近期內大量投産的甲醇裝置能否趕上利潤豐厚的快車,還不得而知。

 

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