煤基甲醇制烯烃技术进展及经济性分析

·13·

煤基甲醇制烯烃技术进展及经济性分析

1，23

刘媛，何祚云

(1．中国石化国际事业有限公司，北京100728;2．西北工业大学自动化学院资源与

陕西西安710072;3．中国石化长城能源化工有限公司，北京100728)环境信息化工程研究所，

摘要：分析了MTO/MTP技术进展和工业化情况，研究了煤基甲醇制取烯烃与蒸汽裂解制取烯烃的经济性。通过定量测

算、成本加回报的方法对煤基路线与石油路线生产烯烃的竞争力进行了评价，得出MTO/MTP技术上逐步成熟，高油价情况下

有条件的企业可以考虑建设MTO/MTP装置，但须结合资源、环境等因经济上可行。目前煤化工只是对石油化工的有效补充，

素综合考虑。

关键词：煤基甲醇；MTOMTP；成本中图分类号：TE65；F224文献标志码：A文章编号：0253－4320（2013）01－00013－04

Technologyprogressandeconomicanalysisofcoal-basedmethanoltoolefins

2

LIUYuan1，，HEZuo-yun3

（1．ChinaPetrochemicalInternationalCompanyLimited，Beijing100728，China；2．InstituteofResourcesand

EnviromentalInformationEngineering，SchollofAutomation，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China；3．SinopecGreatWallEnergyandChemicalCo．，Ltd．，Beijing100728，China）Abstract：ThetechnologicalprogressandindustrializationofMTO/MTPareanalyzed．Theeconomyofcoal-basedmethanoltoolefinandolefinpreparationbysteamcrackingarestudied．Thecompetitivenessontheproductionofolefinsbycoal-basedlineandoilarequantitativelyestimatedbyusingthemethodofspecificcalculatingofcostandprofits．It

concludesthatMTO/MTPiseconomicallypossibleandavailablewhenthefollowingconditionsarepresent，suchasmaturedtechnologyandhighoilprice．Atpresent，coalchemicalengineeringisaveryefficientsupplementarypartto

butsuchpetrolengendering．TheenterpriseswithconditionsarefreetotakeconstructionofMTO/MTPintoconsideration，

factorssuchasresources，environmentalissuesmustnotbeignored．

Keywords：coal-basedmethanol；MTO；MTP；cost

煤基甲醇制烯烃工艺是以煤为原料经甲醇制取烯烃（乙烯和丙烯），主要由煤气化制合成气、合成气制取甲醇、甲醇制取烯烃（MethanoltoOlefins/Propyl-ene，简称MTO/MTP）及反应气分离4大工序组成。

各生产商可根据市场需求生产适与丙烯的产出比，

销对路的产品。当以最大量生产乙烯时，收率分别为：乙烯为46%，丙烯为30%，丁烯为9%，其余为15%；当以最大量生产丙烯时，收率分别为：乙烯为

［2］34%，丙烯为45%，丁烯为12%，其余为9%。

1

1.1

煤基甲醇制烯烃工艺

MTO工艺

2008年10月，道达尔石化在比利时Feluy启动了一个中试项目，将UOP/Hydro的MTO工艺与烯烃裂解工艺（OCP）结合，可以按2∶1的比例生产丙

然后再转化为聚烯烃。该中试项目投资烯和乙烯，

4500万欧元，装置接近工业规模，将验证MTO工艺

［3］

与OCP工艺结合的技术可行性和低成本适用性。2010年生产出该装置2009年生产出乙烯和丙烯，

聚丙烯。2010年7月1日，道达尔石化宣布该MTO示范项目取得成功

［4］

1.1.1

技术进展

甲醇制烯烃（MTO）技术最早由美国Mobil公司于20世纪80年代提出，国际上一些著名的石油和

化学公司如埃克森美孚（Exxon－Mobil）、巴斯夫（BASF）、环球石油（UOP）和海德鲁（Hydro）都投入大量资金和人员进行了多年的研究。

1995年，UOP与挪威Hydro公司合作建成一套甲醇加工能力0.75t/d的示范装置，甲醇转化率接

［1］

近100%，乙烯和丙烯的碳基质量收率达到80%。UOP/Hydro公司在SAPO－34分子筛基础上开发了新型催化剂MTO－100，提高了生成烯烃的选择性。该工艺可以在比较宽的范围内调整反应产物中乙烯

收稿日期：2012－08－10

。

中国科学院大连化学物理研究所（以下简称大

连化物所）开发了甲醇制取低碳烯烃技术（DMTO），“八五”并在期间完成了DMTO中试。2005年由大连化物所、陕西新兴煤化工科技发展有限公司和中在陕西建设了国石化集团洛阳石化工程公司合作，

作者简介：刘媛（1969－），女，博士，高级工程师，从事石油化工投资项目可研评估、技术引进、企业发展思路及战略规划、化工产品市场分析等，

liuyuan169@126．com。

·14·现代化工第33卷第1期

［11］

生产规模（以原料甲醇计）为15000t/a的DMTO工

业化试验装置。该装置2005年12月投料试车，2006年8月23日通过了国家级鉴定。该技术在日处理甲醇50t的工业化试验装置上实现了甲醇平均转化率约99.5%，双烯（乙烯+丙烯）平均选择性

［5－6］

。约79.2%

为了将产品中的C4更多地转化为乙烯、丙烯等

目标产品，大连化物所进一步开发了DMTO－Ⅱ技术。其特点是将甲醇转化与其产物中的C4以上组分再转化进行耦合（2个反应采用同一种催化剂），使热量利用更合理，烯烃收率更高。该技术在陕西煤化工技术工程中心进行了工业化试验，并于2010年6月通过了由中国石油和化学工业联合会组织的成果鉴定。其甲醇转化率达99.97%，双烯（乙烯+丙烯）选择性为85.68%1.1.2工业化动态

［7］

，丙烯碳基收率为71.2%，生焦率小于0.01%由

于副产物相对减少，所以分离提纯流程也较MTO更为简单。MTP技术所用催化剂的开发和工业化规模生产已由供应商完成。

中国化学工程集团公司、清华大学等单位开发出了流化床甲醇制丙烯（FMTP）新工艺。该技术采用SAPO－34催化剂和流化床反应器，在把生成物中的丙烯分离出之后，使C2组分和C4以上组分进入一个单独的反应器使其转化为丙烯，以提高丙烯收率。FMTP技术催化剂和反应器的形式与MTO工艺一样，只是目标产物为丙烯。2009年10月，建于安徽淮化集团的3万t/aFMTP中试装置开车成功。2009年12月，该技术通过中国石油和化工协会的认定。其甲醇转换率达到99.9%，丙烯选择性达

［12］

。到67.3%

1.2.2工业化动态

。

2008年，欧洲化学技术（新加坡）公司采用UOP/Hydro公司的MTO技术，在尼日利亚建设以天然气为原料的7500t/d甲醇生产装置（按原料甲醇计），生产出的甲醇用作MTO装置进料。MTO装置设计生产能力为40万t/a乙烯和40万t/a丙烯，该装置将于2012年建成投产

［8］

2008年9月，利安德巴塞尔（LyondellBasell）工

业公司、特立尼达多巴哥国家气体公司（NGC）、特立尼达多巴哥国家能源公司（NEC）和鲁奇（Lurgi）公司联合宣布，将在特立尼达多巴哥建设甲醇制丙烯（MTP）和聚丙烯（PP）项目。该项目以天然气为原料，将采用鲁奇公司甲醇生产技术和MTP工艺，聚丙烯产能为49万t/a，采用巴塞尔公司的Spheri-zone工艺，该项目预计将于2012年建成投产。中国神华集团采用鲁奇公司技术，在宁夏宁东新型煤化工基地建设MTP项目。这是目前世界上其设最大的以煤为原料生产聚丙烯的煤化工项目，

［13］

计能力为年产50万t聚丙烯。该装置于2010年10月投料试车，2011年4月正式开车，2011年5月18日举行聚丙烯产品铁路外运首发仪式，标志着生产出合格产品。

大唐集团在内蒙古锡林郭勒盟多伦县建设MTP项目，以褐煤为原料，采用鲁奇公司技术，最终达到年产46万t聚丙烯及甲醇、汽油、硫磺等副产品。2011年8月29日，该MTP装置工艺流程全线2012年3月16日正式转入贯通并产出丙烯产品，

［14］

试生产，目前整套装置运行稳定。这是世界首例以劣质褐煤为原料的烯烃类项目实现工业化生［15］产，将对中国褐煤资源的高效洁净利用产生示范作用。

。

中国神华集团采用大连化物所开发的DMTO

技术在内蒙古包头建设了180万t/a（以原料甲醇计）甲醇制烯烃项目。此项目2010年8月投料试2011年1月1日正式开始商业化运营，车，截至2011年6月30日，累计生产甲醇89.2万t，聚烯烃产品27.3万t，副产品混合碳四4.6万t，混合碳五

［9］1.8万t，硫磺0.53万t。

中国石化集团采用自主研发的S－MTO工艺技术、自主研发制备的催化剂和特种设备，在中原石化建设60万t/aMTO工程。该项目于2010年8月15

2011年7月15日中交，2011年8月进入单日开工，

2011年10月10日产出合格聚合级乙机试运阶段，

烯、丙烯产品，实现装置一次投料开车成功

前，装置运行平稳。1.21.2.1

MTP工艺

［10］

。目

技术进展

20世纪90年代，德国鲁齐（Lurgi）公司开始研究甲醇制丙烯（MTP）工艺并不断改进至今。该技术采用德国南方化学公司提供的沸石分子筛催化剂ZSM－5，结焦较低，可降低再生循环次数；采用串联的固定床反应器而不是流化床，磨损较低；丙烯收率较高，建于挪威的示范装置甲醇转化率大于96%，

2

2.1

煤基甲醇制烯烃经济性分析

分析评价方法

煤化工项目投资强度大大高于石油化工项目，

2013年1月刘媛等：煤基甲醇制烯烃技术进展及经济性分析·15·

考虑到投资的机会成本，比较分析时采用成本加回报的方法（CostofProduction+Return），其中回报（Return）是占用资本回报率（ROCE）为10%时，吨

［16］

目标产品的投资收益。2.2

分析评价条件

工艺路线选取煤基甲醇制烯烃（MTO）、煤基甲醇制丙烯（MTP）、石脑油蒸汽裂解、乙烷蒸汽裂解4条路线，测算在等投资回报情况下分别对应的原料价格，比较测算出的原料价格与实际成本的差别，分析不同原料路线制烯烃的经济性。

MTO、MTP项目装置评价范围包括：储煤系统、煤浆制备、气化、灰水处理、变换、低温甲醇洗、空分、

表1

项目

规模地点原料技术投资

单位产品投资原料基准分析价格运费及相关税费

MTO

60万t/a（双烯）内蒙古地区煤炭DMTO107亿元

1.78亿元/t，烯烃产品200元/t

350元/t，聚烯烃产品②

MTP

35万t/a（丙烯）内蒙古地区煤炭MTP67.6亿元

1.93亿元/t，丙烯产品200元/t

硫回收。蒸汽裂解装置评价范围包括：裂解炉、

TLE、油洗/水洗塔、压缩机系统、酸性气脱除、干燥、制冷、乙炔转化、分离回收，其中石脑油蒸汽裂解含芳烃抽提装置。

评价中，石脑油价格根据近年原油与石脑油比

［17］

价关系确定，公用工程价格全部按外购考虑。以MTO/MTP产品以我国东部沿海地区为目标市场，

运输到目标市场的成本加回报值比较（包括运费）。产品一般以聚烯烃（固体）形式运抵我国东部沿海

把运输到目标市场的聚烯烃地区。为了便于比较，

物料折算到双烯的成本加回报值。其他相关数据参

考近年同类装置。具体情况见表1。

石脑油蒸汽裂解100万t/a（乙烯）东部沿海地区石脑油顺序流程75亿元

0.75亿元/t，烯烃产品60美元/桶（折原油）0

乙烷蒸汽裂解

80万t/a（乙烯）中东地区乙烷

前脱乙烷前加氢43亿元

0.54亿元/t，乙烯产品235元/t（0.75美元/MMbtu）2600元/t，聚烯烃产品③

①

经济性比较的基准条件

350元/t，聚烯烃产品②

注：①1元/t=1.3×10－3元/m3=3.2×10－3美元/MMBTU；②以内蒙古地区煤为原料生产的聚烯烃产品运费按火车运输考虑；③以中东地区保险费、海关关税、增值税、进口环节杂费等，聚烯烃价格暂按950美元/t考虑。乙烷为原料生产的聚烯烃产品运费包含海运费、

2.32.3.1

经济性比较分析

双烯成本+回报值（东部沿海地区）/（元·t－1）600085001050013500

表2

MTO对应原（元·t

－1

不同双烯成本对应原料价格

石脑油裂解制烯烃

MTP对应原

石脑油价格/

对应原油价格/

－1

投资对比分析

60万t/aMTO项目的投资近110亿元，其单位产品投资1.78亿元/t烯烃产品。35万t/aMTP项目的投资近70亿元，其单位产品投资1.93亿元/t

MTP是较好的选烯烃产品。在资金有限的情况下，

择，但其单位产品投资高于MTO。

100万t/a石脑油蒸汽裂解的单位投资约0.75亿元/t烯烃产品，单位产品投资远低于煤基甲醇制烯烃装置。80万t/a乙烷蒸汽裂解的单位投资约

中东乙烷裂解制烯烃对应乙烷价格/（元·t－1）/

对应原料价格

煤价格/煤价格/

）（元·t

）

·MMBTU－1）（元·t－1）（元·t－1）（美元3600554071009500

4070100140

1300325148137156

4.110.315.322.7

1165408801389

1445288361298

0.54亿元/t烯烃产品，单位产品投资更低。

2.3.2成本加回报比较分析

根据笔者测算，在相同的成本加回报值下，不同工艺路线的原料价格见表2。

（1）MTO与蒸汽裂解制烯烃对比分析

若MTO采购当地煤炭作为原料，按200元/t计，则相同双烯成本加回报值情况下，原油价格约为47美元/桶，乙烷价格约为1690元/t（5.4美元/MMBTU）。当原油价格高于47美元/桶时，内蒙古

地区MTO装置经济性比东部沿海地区石脑油裂解

装置好，但是不如中东地区乙烷裂解装置。若煤炭来源为自有煤矿，假定煤价为100元/t，则内蒙古地区MTO装置在原油价格约为40美元/桶时，与东部沿海地区石脑油裂解装置相比，具有经济可行性。此时，对应的中东乙烷价格约1300元/t（4.1美元/MMBTU），中东乙烷裂解装置具有很强的竞争力。

当原油价格在60美元/桶时，我国东部沿海地区石脑油蒸汽裂解装置双烯成本加回报值为7870

·16·现代化工前景。具体情况见图2。

第33卷第1期

元/t，对应内蒙古地区的MTO装置煤炭价格为430元/t，中东乙烷裂解装置乙烷价格为2760元/t（8.76美元/MMBTU）。内蒙古地区MTO装置的经济性优于东部沿海地区的石脑油裂解装置。中东地区乙烷裂解装置具有绝对的竞争力。

当原油价格在100美元/桶时，我国东部沿海地区石脑油蒸汽裂解装置双烯成本加回报值为10340元/t，对应内蒙古地区的MTO装置煤炭价格为850元/t，中东乙烷裂解装置乙烷价格为4680元/t（14.86美元/MMBTU）。内蒙古地区MTO装置的经济性优于东部沿海地区的石脑油裂解装置。中东地区乙烷裂解装置具有绝对的竞争力。

不同原料路线制烯烃成本对比如图1所示。

3

3.1

结论与建议

结论

根据对技术进展情况的分析可以看出，煤基甲醇制烯烃（MTO）和煤基甲醇制丙烯（MTP）技术已逐步成熟，技术风险大为降低。神华包头MTO、神华宁煤MTP和大唐多伦MTP项目的成功投产，说明中国在该领域的技术水平和工业化程度已居世界前列。

根据前文研究结果，当原油价格高于47美元/桶时，内蒙古等地区MTO/MTP装置经济性比东部沿海地区石脑油裂解装置好，且MTO更有优势。当前世界原油价格在100美元/桶附近徘徊，且短期内MTO/MTP装置在经济上大幅下跌的可能性较小，具有较强的竞争力。3.23.2.1

建议

优先建设MTO装置

拥有煤矿资源且具有技术优势、资金实力和人才储备的大型企业可以考虑建设MTO/MTP工程。由于MTO工艺煤耗低于MTP工艺，并且其成本受煤价变化影响较小，同时MTO的碳原子利用效率高于MTP，产品可调范围更为灵活，在高油价情况下

建议有条件的企业优先考虑建设更有优势。因此，MTO装置。3.2.2

研究采用节水和环保技术

现有的甲醇生产工业数据表明，由煤生产1t

甲醇要耗水10～15t，可见MTO/MTP装置耗水量极大。因此，新装置宜建在水资源丰富的地方，至少不应选址于水资源严重匮乏的区域。在MTO/MTP装置中尽量采用空冷、工业水处理回用等技术措施，节约用水。

原料煤中的碳除有效转入产品中外，其余的碳元素有的经燃烧变成CO2，有的经脱碳单元排放大气。由煤生产甲醇排入大气中碳的比例为65.1%，碳有效转化率为34.9%，加工每吨煤产生CO2的量为2.39t。如果各地多套百万吨级MTO/MTP装置长期生产，对环境的影响是相当大的。建议研究CO2捕集技术，减少对环境的影响，且可以“废物

。利用”3.2.3

1—煤制烯烃MTO成本+回报值；2—煤制烯烃MTP成本+回报值；

3—石脑油制烯烃成本+回报值

●—60▲—100

万t/a煤制烯烃；○—80万t/a乙烷裂解制烯烃；

——经拟合后的原油价格曲线万t/a石脑油裂解制烯烃；—

图1不同原料路线制烯烃成本比较

（2）MTO与MTP对比分析

煤制烯烃MTP工艺煤耗高于煤制烯烃MTO工

MTP制烯烃成本受煤价变化影响较大。低烯烃艺，

MTO与MTP对应煤价相差不成本加回报情况下，

MTO对大；当烯烃成本加回报值高于8500元/t时，MTO的碳原子利煤价的承受能力高于MTP。同时，

用效率比MTP要高，产品比例可调范围相比较MTP

更为灵活，在高油价情况下MTO比MTP更具发展

统筹规划避免一哄而上

据不完全统计，目前中国在建的甲醇制烯烃装

图2MTO、MTP与蒸汽裂解制烯烃成本比较

置4套，合计烯烃产能220万t/a；拟建装置36套，

(下转第18页)

·18·现代化工第33卷第1期

质中，如空气、粉尘、水体、废水、沉淀物、土壤、动植

［1，3，10－13］

，物中均检测到SCCPs的存在甚至商品化

［14－15］。的食物和母乳中也发现了SCCPs

2000年，欧盟水框架指令禁止使用SCCPs，并

中含有大量的短链氯化石蜡。由于国家对氯化石蜡

中短链氯化石蜡的含量要求没有明确的规定，国内需求氯化石蜡的厂家对氯化石蜡中短链氯化石蜡的

所以目前相关企业并不关注产品含量也没有要求，

中短链氯化石蜡的存在与含量，而且大部分企业对

SCCPs可能给人类健康和环境污染带来潜在的危害性认识不足。笔者简述了我国短链氯化石蜡污染现

SCCPs的限用对我国氯状，氯化石蜡生产技术现状，化石蜡产业的影响并提出解决策略与措施。

将其列为水中的首要危险物质之一。2002年，欧盟已经限制金属加工油及皮革处理产品的短链氯化石

蜡成份。美国和加拿大环保署也采取了相应的措施，限制生产和使用短链氯化石蜡。2007年由欧盟及其成员国提议，在联合国环境规划署UNEP/POPS/COP.3/12文件中把SCCPs列入POPs候选清单。2008年10月在瑞士日内瓦召开的斯德哥尔摩公约POPs审查委员会第四次会议上，委员会对SCCPs进行了公约附件E关于其终点的危害评估进行了审核。虽然在2011年的斯德哥尔摩大会上SCCPs仅以一票之差最终未被列入POPs受控名单，但欧盟国家一直坚持将其列入名单，今后此产品还将面临再次被增列的可能。

我国从20世纪50年代末开始生产氯化石蜡，总产量一直在增加。2007年，年产量达60万t，

［16］2009年，增加到100万t。目前已成为世界氯化石蜡生产、使用和出口第一大国。我国没有专门生

1我国SCCPs污染现状

2009我国对SCCPs的研究还处于起步阶段，

［16］

年，仝宣昌等分析研究了关于短链氯化石蜡

（SCCPs）的主要风险评估报告，建立了符合我国国

［17－18］情的SCCPs风险评估思路。王亚韦华等对SCCPs的物化性质、环境污染和毒理效应等研究进

对国际上短链氯化石蜡分析方法的研究进行了评述。

［20］

2012年，赵丽芳等综述了SCCPs的物理化学性质、分析方法及其在全球土壤和沉积物样品中的浓

马铃玲等展进行了详尽的综述。2010年，

［19］

产短链氯化石蜡的厂家，但是从我们实验室所测定

的结果看，许多氯化石蜡生产厂家生产的氯化石蜡

度分布情况，为我国开展氯化石蜡的研究工作提供

［21］

参考。袁博等对我国台州电子垃圾拆解地土壤中SCCPs的污染水平进行了初步研究，结果表明，

櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆2010，（9）：53．术与工程，(上接第16页)合计产能约2100万t/a

［18］

。笔者认为，目前煤化工

［8］郝西维，张军民，刘弓．甲醇制烯烃技术研究进展及应用前景分

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远没有到广泛替代的只是对石油化工的有效补充，

阶段，在可预见的未来石油炼制和石油化工依然占据主导地位。煤化工的发展受资源条件的限制和环

并不是产能越多越好。在发展初期境容量的制约，就应该统筹规划。

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