煤制烯烴技術(shù)
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2021-11-19
煤制烯烴技術(shù)的實(shí)例教程
⑤煤經(jīng)合成氣直接制烯烴技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，需要持續(xù)加大研發(fā)力度
我國現(xiàn)已投產(chǎn)的煤制烯烴項(xiàng)目，均是先將合成氣轉(zhuǎn)化為甲醇，再通過MTO或MTP技術(shù)采用甲醇制烯烴，該技術(shù)路線成熟并得到大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用，但與煤基合成氣直接制烯烴技術(shù)相比，也存在技術(shù)復(fù)雜、工藝流程長、轉(zhuǎn)化效率較低的不足。2019年9月，大連化物所與陜西延長石油（集團(tuán)）合作完成煤經(jīng)合成氣直接制低碳烯烴技術(shù)的工業(yè)中試試驗(yàn)，該技術(shù)路線摒棄了傳統(tǒng)的高水耗和高能耗的水煤氣變換制氫過程以及中間產(chǎn)物（如甲醇和二甲醚等）轉(zhuǎn)化工藝，從原理上開創(chuàng)了一條低耗水（反應(yīng)中沒有水循環(huán)，不排放廢水）進(jìn)行煤經(jīng)合成氣一步轉(zhuǎn)化的新途徑。該新工藝流程短，水耗和能耗低，技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，如果下一步工業(yè)試驗(yàn)取得成功，可望成為現(xiàn)有煤制烯烴技術(shù)的新一代替代工藝，有必要持續(xù)加大研發(fā)力度，以期早日實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。
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結(jié) 語
面對(duì)我國油氣對(duì)外依存度逐年上升的能源安全問題以及不斷增長的國內(nèi)石化產(chǎn)品消費(fèi)需求，發(fā)展煤制烯烴是對(duì)石油烯烴的重要補(bǔ)充。經(jīng)過我國煤化工科研工作者與煤化工行業(yè)的共同努力，煤制烯烴技術(shù)總體上已經(jīng)成熟，我國已經(jīng)成為全球煤制烯烴、甲醇制烯烴技術(shù)的引領(lǐng)者，煤制烯烴技術(shù)在我國得到大規(guī)模工業(yè)推廣已是不爭的事實(shí)，也是目前盈利能力最好、發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮默F(xiàn)代煤化工領(lǐng)域，但煤制烯烴技術(shù)仍有進(jìn)一步提升改進(jìn)的空間，尤其是需要加快技術(shù)創(chuàng)新，早日擁有具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的煤制烯烴全流程一體化成套技術(shù)，同時(shí)做好下游產(chǎn)品布局與新產(chǎn)品開發(fā)，持續(xù)降低裝置能耗、水耗、煤耗及CO2排放量，做好“三廢”處理與回收利用，加快CO2儲(chǔ)存及利用技術(shù)研發(fā)，持續(xù)推動(dòng)煤制烯烴清潔化、高質(zhì)量發(fā)展。
展開 由于其他制氫工藝在技術(shù)和成本方面仍受制約，煤制氫將是中國初期及中期階段的主要?dú)湓矗疾都门c封存（CCUS）技術(shù)是實(shí)現(xiàn)低碳煤制氫的關(guān)鍵技術(shù)選擇?？紤]到CCUS技術(shù)的額外能耗和碳捕集的不完全性等特點(diǎn)，煤制氫耦合CCUS技術(shù)全流程仍將產(chǎn)生不同程度的碳排放，但相關(guān)評(píng)估較少?；诖?，本文從全流程的角度評(píng)估和比較煤制氫耦合CCUS技術(shù)的碳足跡，研究結(jié)論為中國低碳化氫能發(fā)展提供決策參考，對(duì)碳中和目標(biāo)下的能源轉(zhuǎn)型具有一定的指導(dǎo)意義。
01
引言
氫能的來源具有多樣性，其中可再生能源電解水制氫被認(rèn)為是較為理想的制氫方式，從長期來看其將是氫能的主要來源。但受技術(shù)成熟度、制氫成本等諸多因素的影響，目前化石能源制氫仍是全球主流的制氫方式，約占全球氫能來源的95%以上。
中國是氫氣生產(chǎn)和消費(fèi)大國，同時(shí)也是煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)大國，在氫能發(fā)展的初期和中期階段仍需依賴煤制氫技術(shù)滿足氫氣需求?，F(xiàn)階段，相較于其他制氫技術(shù)，煤制氫技術(shù)具有明顯的成本優(yōu)勢(shì)，但其缺點(diǎn)在于會(huì)產(chǎn)生大量CO2排放。已有研究表明，煤制氫技術(shù)的碳足跡遠(yuǎn)高于天然氣制氫、生物質(zhì)制氫、光伏/風(fēng)力發(fā)電制氫（電解水）及核能/熱化學(xué)制氫等主要制氫技術(shù)。為兼顧氫能供應(yīng)和碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，中國需發(fā)展低碳煤制氫技術(shù)，目前碳捕集利用與封存（CCUS）技術(shù)是實(shí)現(xiàn)低碳煤制氫的重要
手段。
然而，CCUS技術(shù)會(huì)引起額外能耗，增加 CO2排放，其凈減排效果無法根據(jù) CO2捕集率直接衡量。
展開 目前專利商的輕油催化裂解技術(shù)多用于在增產(chǎn)丙烯，KBR在這個(gè)基礎(chǔ)上更近了一步，相繼開發(fā)了Superflex技術(shù)、ACO技術(shù)，現(xiàn)在力推催化烯烴技術(shù)（K-COT?）技術(shù)。筆者觀察這三個(gè)技術(shù)大同小異，其中Superflex有成功運(yùn)行的商業(yè)裝置，ACO在韓國有中試裝置，K-COT是最近這兩年冒出來的，可能就是換一種姿勢(shì)繼續(xù)推廣。裝置的核心都一樣，由KBR的Orthoflow?流化催化裂解反應(yīng)器系統(tǒng)與專有催化劑相結(jié)合而來。K-COT反應(yīng)器系統(tǒng)由Orthoflow配置、封閉式旋風(fēng)分離器、第三級(jí)分離器、連續(xù)燃料燃燒專利催化劑井，以及專利催化劑脫除系統(tǒng)組成。
在美國，發(fā)展輕油裂解制烯烴效益并不好。美國有豐富的濕性天然氣資源，富含輕質(zhì)烷烴，同時(shí)又有豐富的頁巖氣，一般以輕質(zhì)烴類作為生產(chǎn)乙烯的原料。不需要用很復(fù)雜的工藝就能得到相對(duì)價(jià)友的烯烴產(chǎn)品。所以美國專利商跑到中國、東南亞推廣烯烴技術(shù)。
煤制烯烴技術(shù)
中國的石油資源緊缺，需要大量海外進(jìn)口。乙烯原料的多元化不僅僅從重質(zhì)油入手，也積極發(fā)展煤/甲醇制烯烴技術(shù)（CTO/MTO）。由于我國煤炭資源豐富，這幾年乙烯產(chǎn)能的增加多源于CTO/MTO技術(shù)的大力推廣。煤制烯烴/甲醇制烯烴技術(shù)在中國能推廣是有國情的。一般來說，煤制烯烴裝置要是建在產(chǎn)地，原料價(jià)格低但遠(yuǎn)離消費(fèi)市場。如果建在消費(fèi)市場，原料費(fèi)用高，流程也很長。任何技術(shù)憑的是相對(duì)優(yōu)勢(shì)，這個(gè)優(yōu)勢(shì)除了在中國之外，恐怕也很難找到。CTO/MTO有三個(gè)核心技術(shù)：煤氣化技術(shù)、甲醇合成技術(shù)和甲醇制烯烴技術(shù)。煤氣化是個(gè)熱化學(xué)過程，以煤為原料，以氧氣（空氣、富氧或純氧）、水蒸汽等做氣化劑，在高溫條件下通過化學(xué)反應(yīng)將煤中的可燃成分轉(zhuǎn)化成一氧化碳、二氧化碳和氫氣等氣體產(chǎn)品。甲醇合成的主要反應(yīng)為一氧化碳與氫氣反應(yīng)生成甲醇，在CO2存在時(shí)，也發(fā)生二氧化碳和氫氣合成甲醇反應(yīng)。
展開 陳俊武院士根據(jù)中國石化集團(tuán)洛陽化工工程公司所做的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析得出，在石油價(jià)格80 $/bbl 以上時(shí)，如果煤制甲醇的成本能低于2000 RMB/t，甲醇制烯烴的成本要比石腦油裂解制烯烴的成本低1000 RMB/t。
近幾年全球受到美國頁巖氣革命的沖擊，乙烷供應(yīng)大增，價(jià)格低廉，蒸汽裂解制乙烯路徑受到限制，產(chǎn)能增速趨緩，進(jìn)而導(dǎo)致丙烯產(chǎn)量隨之降低。煉油廠丙烯主要來自FCC，深度催化裂解(DCC)副產(chǎn)，是丙烯的第二大來源。汽柴油過剩，多產(chǎn)丙烯成為一個(gè)方向。
CTO包含煤制甲醇和甲醇制烯烴兩個(gè)過程。MTO&MTP則是以煤制甲醇或外購甲醇為原料，生產(chǎn)低碳烯烴和丙烯的化工技術(shù)。近十年來，國內(nèi)大力發(fā)展煤化工，包括煤制烯烴、煤制油、煤制天然氣等項(xiàng)目。目前煤制烯烴技術(shù)已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，但仍存在投資強(qiáng)度大，高度依賴水、煤資源等問題。PDH生產(chǎn)工藝將丙烷經(jīng)過脫氫催化反應(yīng)制丙烯，副產(chǎn)氫氣，該反應(yīng)是可逆的強(qiáng)吸熱過程，可在高溫和低壓時(shí)獲得合理的丙烯收率，一般其原料丙烷與產(chǎn)出丙烯比例為1.2∶1[4]。PDH裝置比其他路線具有一定的成本優(yōu)勢(shì)。
圖1 丙烯生產(chǎn)路線及下游產(chǎn)業(yè)鏈
3.2 國內(nèi)PDH技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
丙烷脫氫制丙烯技術(shù)經(jīng)過20多年來的不斷發(fā)展完善，工業(yè)應(yīng)用日趨成熟。目前，全球丙烷脫氫制丙烯工藝主要有UOP公司的Oleflex工藝、魯姆斯(Lummus)公司的Catofin工藝、伍德(Uhde)公司的Star工藝、林德(Linde)公司的PDH工藝、Snamprogetti-Yarsintez公司聯(lián)合開發(fā)的FBD工藝等[5]。工業(yè)上應(yīng)用較廣的丙烷脫氫工藝是UOP公司的Oleflex工藝與魯姆斯(Lummus)公司的Catofin工藝。使用的催化劑主要為Pt系和Cr系[6]。
丙烷脫氫工藝在國內(nèi)發(fā)展歷史比較短，但發(fā)展勢(shì)頭迅猛。2013年10月，國內(nèi)首套丙烷脫氫裝置——天津渤化600 kt/a丙烷脫氫裝置投產(chǎn)，標(biāo)志著丙烷脫氫大幕在國內(nèi)正式拉開，接下來幾年呈現(xiàn)出了爆發(fā)式增長。
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，也是煤制烯烴的核心技術(shù)環(huán)節(jié)。
目前煤制烯烴技術(shù)已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，但仍存在投資強(qiáng)度大，高度依賴水、煤資源等問題。PDH生產(chǎn)工藝將丙烷經(jīng)過脫氫催化反應(yīng)制丙烯，副產(chǎn)氫氣，該反應(yīng)是可逆的強(qiáng)吸熱過程，可在高溫和低壓時(shí)獲得合理的丙烯收率，一般其原料丙烷與產(chǎn)出丙烯比例為1.2∶1[4]。PDH裝置比其他路線具有一定的成本優(yōu)勢(shì)。
MTO技術(shù)：煤制烯烴技術(shù)包括煤氣化、合成氣凈化、甲醇合成和甲醇制烯烴4項(xiàng)核心技術(shù)。DMTO其反應(yīng)溫度475～505℃，反應(yīng)壓力0.12MPa。與DMTO 相比，DMTO-II 工藝裝置上增加一個(gè)C4+轉(zhuǎn)化單元和一個(gè)C4+分離單元。
所以美國專利商跑到中國、東南亞推廣烯烴技術(shù)。
煤制烯烴技術(shù)
中國的石油資源緊缺，需要大量海外進(jìn)口。乙烯原料的多元化不僅僅從重質(zhì)油入手，也積極發(fā)展煤/甲醇制烯烴技術(shù)（CTO/MTO）。由于我國煤炭資源豐富，這幾年乙烯產(chǎn)能的增加多源于CTO/MTO技術(shù)的大力推廣。煤制烯烴/甲醇制烯烴技術(shù)在中國能推廣是有國情的。一般來說，煤制烯烴裝置要是建在產(chǎn)地，原料價(jià)格低但遠(yuǎn)離消費(fèi)市場。
