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甲醇制烯烃技术
煤制烯烃是以煤炭为原料合成甲醇,然后再用甲醇制取乙烯、丙烯等低碳烯烃。煤制甲醇是传统煤化工成熟技术,因此煤制烯烃过程最重要的是甲醇制烯烃技术。作为现代煤化工的重要路线之一,煤制烯烃在过去 10 年中经历了快速发展。2010 年 8 月,采用中国科学院大连化学物理研究所(以下简称“大连化物所”)开发的甲醇制烯烃(DMTO)技术,神华集团在包头建成了世界上首套煤制烯烃工业装置(规模 60 万吨/年烯烃)并顺利投产。目前,煤(甲醇)制烯烃产能达到 1 300 万吨/年,其中乙烯产能和丙烯产能分别占到全国总产能的约 17% 和 24%。另外,全国有约 1 500 万吨/年的煤(甲醇)制烯烃产能在建或拟建。这些装置全部建成后,我国烯烃工业将进入原料和工艺多元化发展的新时代。目前,DMTO 系列技术已累计技术许可 24 套工业装置(投产 13 套),对应烯烃产能 1 386 万吨/年,预计拉动投资近 3 000 亿元人民币,全部投产后可实现年产值 1 500 亿元人民币。在 DMTO 技术领域,中国不仅具有完全的自主知识产权,而且技术指标先进,是国际领跑者。
为持续保持在这一领域的国际领先地位,大连化物所正在开发新一代甲醇制烯烃工艺。新一代技术的基本思路是发展新一代高效催化剂与高效流化床反应器,将甲醇制烯烃工业装置单套产能从 60 万吨/年提高到 100 万吨/年以上,同时生产每吨烯烃所需甲醇消耗也降低 10% 以上,大幅度提高技术经济性。相应地采用石油路线的石脑油蒸汽裂解制烯烃技术,单台裂解炉产能为 15 万—20 万吨/年,产能为 100 万吨/年的烯烃工厂需要周边配套有一个 1 000 万吨/年的炼油厂提供石脑油原料。因此,甲醇制烯烃技术更加具有灵活性。目前新一代 DMTO 技术中试已经完成,正在进行成套技术工艺包开发,并实施百万吨/年煤制烯烃工业示范。该技术的开发,可以大幅度减少烯烃生产原料对石油的依存度,促进石油替代战略的实施,为我国烯烃产业的结构调整和优化提供技术保障。
甲醇制乙醇技术
乙醇既是重要的基础化学品,也是重要的汽油添加剂。作为汽油添加剂,乙醇可有效改善汽油品质,大幅减少车辆污染物排放。目前,全世界乙醇产量约 1 亿吨/年,主要由美国和巴西利用粮食和甘蔗等生物原料生产。我国乙醇产量只有 700 万吨/年,其中燃料乙醇仅 250 万吨/年,主要利用陈粮并依赖国家补贴进行生产。2017 年,国家十五个部门明确提出到 2020 年在全国范围内推广使用 E10 车用乙醇汽油。2016 年中国汽油表观消费量 12 000 万吨,按 10% 添加量,乙醇作为汽油添加剂可替代 1 200 万吨汽油,这对于减少我国石油对外依存度具有重要意义。然而,我国地少人多,粮食安全是国家头等大事,特别是在国际环境大变化的形势下,以粮食为原料制备燃料乙醇并不适合在我国大范围推广。
大连化物所提出以煤基合成气为原料,经甲醇、二甲醚羰基化、加氢合成乙醇的工艺路线。该路线采用非贵金属催化剂,是一条独特的环境友好型新技术路线。通过大量的创新性研究和攻关,大连化物所成功开发出具有高活性和高稳定性的工业催化剂,并联合陕西延长集团于 2013 年完成了项目中试研究工作。2017 年 1 月,陕西延长集团采用该技术建设的全球首套煤基乙醇工业示范项目打通全流程,生产出合格无水乙醇。该项目是大连化物所和陕西延长石油(集团)有限责任公司(以下简称“延长石油集团”)深化产学研合作的一项新的重大成果,标志我国新型煤化工产业化技术应用的又一次重大突破,表明我国在该技术领域达到国际领先水平,对保障我国能源安全和粮食安全、煤炭清洁化利用以及缓解大气污染等具有重要的战略意义。目前,延长石油集团已经开始建设 50 万吨/年乙醇工业装置。2018 年 11 月,大连化物所与新疆天业集团签署 120 万吨/年煤制乙醇项目技术许可合同。目前,还有 30 多家企业正在与大连化物所进行技术许可洽谈。
煤基乙醇的成本将远低于粮食乙醇,并且颠覆传统的生物制乙醇方式,可避免粮食乙醇所带来的粮食安全问题。同时,乙醇便于运输和储存,可以方便灵活地生产乙烯,促进下游精细化工行业的发展。