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中国煤制烯烃将遇甲烷路线挑战
时间:2017-09-13 10:46:28来源:化工在线
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提要:随着石油资源的日渐缺乏,人们急需寻找新的替代资源,目前,国内外有两条石油替代路线,我国重点利用“富煤”优势发展现代煤化工,而国外更重视天然气中的甲烷。
中国煤制烯烃将遇甲烷路线挑战

近年来,我国煤制烯烃产业发展如火如荼,已建成的煤制烯烃项目达27个,合计烯烃能力1415万吨,在建和拟建项目还有50个,产能约为2643万吨。但另一方面,煤制烯烃产业也正在受到多方面的挑战。经济方面的挑战显而易见,由于烯烃价格低位徘徊,煤炭价格不断上涨,煤制烯烃的利润空间十分微薄,多数企业甚至陷入亏损境地。与此同时,煤制烯烃正受到其他技术路径的挑战,尤其是甲烷制烯烃技术的挑战。

甲烷路线成本更低

目前,国外90%以上的乙烯来自石脑油和乙烷的裂解,国内则主要来自于石脑油和甲醇的裂解。随着石油资源的日渐缺乏,人们急需寻找新的替代资源,目前,国内外有两条石油替代路线,我国重点利用“富煤”优势发展现代煤化工,而国外更重视天然气中的甲烷。

我国煤资源价格相对便宜,以煤制取甲醇,再经过甲醇裂解得到烯烃,是一条很好的途径。这是国内研究并且取得工业化成功的一项重大成果,已经对中国的乙烯工业产生了重大影响。

但是,作为仅次于石油和煤炭的世界第三大能源,天然气开采容易、价格便宜。近年来,随着我国天然气勘探储量的扩大,以及页岩气、煤层气等非常规天然气的成功开采,天然气资源的短缺程度大为缓解。如果能够从天然气的主要成分——甲烷中直接制取乙烯,产品成本将会发生重大变化。据测算,该技术可使乙烯的成本至少降低700元~2200元/吨。若大量甲烷直接制烯烃的新装置在世界各地建立,许多石脑油裂解装置将会关闭,煤制烯烃技术也将因此受到巨大冲击。

技术已有重大突破

从技术上说,甲烷直接制乙烯方法有氧化偶联和非氧化偶联两种途径,并正在向工业应用迈进。一旦成为现实,将使天然气得以更方便、更广泛地利用,具有十分重要的意义。

研究表明,氧化偶联反应工艺的经济性除与原料气、乙烯价格有关外,主要取决于甲烷转化率、碳二烃收率及碳二烃选择性。比如,要真正实现甲烷氧化偶联工艺的工业化,就要求甲烷的单程转化率应该在35%以上,碳二烃收率必须在30%以上,碳二烃的选择性在85%以上。

目前,氧化偶联技术路线正在突飞猛进的发展,2010年,美国锡卢里亚公司在催化剂技术取得了重大进展,获得了一种纳米粒子催化剂,可将天然气直接氧化偶联一步转化为乙烯。而锡卢里亚公司也宣称,自2015年以来,其位于得克萨斯州的示范装置正持续运转,至少通过了15次测试活动,并得到了中试工厂数据。示范装置的成功运转证明了该技术的可行性。该公司的下一阶段将建立一个商业化规模的甲烷制乙烯装置,其规模约为7.5万吨/年至100万吨/年。

甲烷直接制取烯烃的另一条路线是非氧化偶联法,可生产烯烃和芳烃。目前,我国在这个课题上已经取得一定的进展。由中国科学院大连化学物理研究所包信和院士团队首创的非氧制烯烃和芳烃催化过程,可实现在无氧条件下将甲烷选择活化,一步高效转化生成烯烃、芳烃和氢气等高值化学品。反应过程本身不排放二氧化碳,碳原子利用效率达到100%。该技术自2014年5月在美国《科学》杂志首次报道以来,各国研究人员瞄准该过程的基础科学问题和工业技术开发等进行了深入系统的研究,并在催化剂稳定性提高、催化剂制备方法优化和新型反应器设计等方面取得了一系列突破性进展。

煤化工企业要积极应对

甲烷直接制烯烃技术是化学工业的一项颠覆性技术,影响深远。在不远的将来,新技术或将导致大批传统乙烯装置关闭,乙烯产品的成本将大幅度下降。对于我国利用石脑油裂解技术的绝大多数企业来说,这意味着成本优势丧失;对成本高于石脑油裂解技术的煤制烯烃技术而言,更是一个严峻的挑战。

当然,我国的天然气资源还不足以支持建设大规模的甲烷氧化偶联和非氧化偶联装置,这两项技术也距离工业化还有差距,但煤化工行业仍然应当有所警惕。

目前,全国各地正在大量建设以煤、甲醇和石脑油为原料的裂解乙烯装置,规模越来越大,数量越来越多,总量至少在2000万吨/年以上。但到了甲烷制烯烃新技术实现时,传统石脑油裂解和甲醇制低碳烯烃技术能在竞争中取胜吗?目前,煤制乙烯的装置大多建在内地经济不发达地区。考虑到运输不便和地区经济发展的需要,在内地用煤生产乙烯,还有市场和较长的生存时间。但是,沿海的甲醇制乙烯路线装置将受到新技术的冲击。甲醇制乙烯路线装置的成本回收期大致在10~12年之间,但在新技术日新月异的今天,它们能坚持到最后吗?这两个问题,煤化工行业需要认真考虑。

煤化工行业需要应对这个挑战,除了降低煤经甲醇制取乙烯路线的投资和成本以外,也需要研发新技术,增强竞争力。目前,我国正在研究温和的反应条件下合成气高选择性直接制取烯烃技术。由于我国煤价比较便宜,资源丰富,随着煤气化技术的成熟,这条路线还是有希望的。

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