甲醇制低碳烯烃技术及国内概况1.docx
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甲醇制低碳烯烃技术及国内概况1
甲醇制低碳烯烃技术及国内概况
2006年10月
目录
一、前言1
二、应用及供求状况1
A．乙烯1
B．丙烯6
C．近年国内乙烯丙烯生产情况11
三、由甲醇生产烯烃（MTO/MTP）技术概述13
四、关于三大公司以甲醇生产烯烃的工艺介绍13
A．UOP/HYDRO公司的MTO工艺13
B．鲁奇公司的MTPTM工艺19
C．埃克森美孚（EXXONMOBIL）公司26
五、国内MTO/MTP项目概况32
六、MTO/MTP项目产业分析32
参考文献（略）36
对于该项目，专家建议：
必须重点考虑以下几点：
资源条件：
建设80万t/a的MTO/MTP装置，配套甲醇规模约为240万t/a，煤炭年需求量约为380万t，若项目寿命期按15年计算，则煤炭总需求量约为5700万t，或需天然气345亿m3；同样建设1套规模为52万t/a的MTP装置，配套甲醇规模约为165万t/a，煤炭年需求量为260万t，项目寿命期内的煤炭总需求量为3900万t，或需天然气238亿m3。
是否有足够且稳定的煤炭或天然气供应是必须落实的条件。
经济竞争性：
MTO/MTP项目的经济性主要取决于原料价格，与传统蒸汽裂解烯烃的竞争主要取决于原油价格走向以及原油与煤炭、天然气的比价。
运输条件：
对于煤基烯烃项目建设，原料煤炭和下游石化产品运输量都很大，必须具备足够的铁路运力和公路运力，否则原料进不来，产品出不去，将会对企业运营和经济效益带来巨大的影响。
水资源：
水资源已经成为我国煤化工发展的制约因素之一，尤其是在我国一些资源产地，水资源普遍比较紧张。
筹资能力：
MTO/MTP项目资金需求量较大。
80万t/a规模MTO项目约需配套240万t/a甲醇装置，50万t/aMTP项目约需配套165万t/a甲醇装置，总投资在120亿～150亿元，资金门槛较高。
对我公司的建议：
（1）因为我公司已有到甲醇之前的一整套工业化生产技术，并有多年的生产管理经验，这对利用甲醇制烯烃项目来说具有很好的基础，在此基础上我公司可以依托华谊集团，密切关注国内外该项目的进展，积极开展对外交流，寻找时机进行合作。
（2）依托华谊集团，在内地购买煤矿使用权，解决原料供应问题，并进行产业链头的规划和建设。
（3）尽力参与合作技术引进，在此同时应利用技术中心模试平台，投入一定的人财物进行技术开发，力争在某一些领域申请一些专利，这样在以后介入本项目时可作为一定的谈判筹码。
（4）下一步的工作可以对目前国内外MTO/MTP的专利技术进行详细汇总分析。
一、前言
乙烯、丙烯是石油化学工业两种需求量最大和用途很广的基本有机原料，被誉为现代有机合成工业之母，其重要性无需言表。
世界各国都在竞相发展和改进这方面的生产技术，至今获取它们仍主要是传统的轻油裂解方法。
自七十年代以来，我国已经引进多套由轻油裂解法制取乙烯、丙烯的生产装置，在八十年代中后期，这方面生产每年虽以10-14%的速度增长（世界同期年平均增长5-6％），其总产量2004年已达到1000多万吨/年，但仍不能满足市场需求；据估计近十年内将再大规模增加乙烯生产能力。
我国原油生产形势严峻且适应于制烯烃的轻油含量偏低，不能完全寄希望于轻油裂解法的石油原料路线，来解决我国日益尖锐的烯烃供需矛盾。
许多工业发达国家集中力量开发非石油原料制取低碳烯烃的新技术路线，以备未来作为石油原料转换的替代技术。
这在我国这样一个油少、而天然气和煤较多的大国已是事所必然。
七十年代石油危机的冲击，推进了非石油原料制低炭烯烃或汽油燃料的研究开发工作，促使国际上竞相开展以合成气，天然气或甲醇为原料制取化学品的研究，当时称之为C1化学热。
目前主要有：
1.甲烷氧化偶联制乙烯（OCM），2.天然气或煤经合成气、二甲醚制低碳烯烃（SDTO），3.天然气或煤经合成气、甲醇催化脱水制乙烯（GTO）等。
当前已经工业化的或者正在拟建工业化的由甲醇来生产烯烃工艺主要有以下几家公司：
（1）UOP/HYDRO的MTO工艺，
（2）鲁奇公司的MTP工艺，（3）埃克森美孚公司的工艺。
这三家工艺过程和经济状况在下面有详细描述。
二、应用及供求状况
A．乙烯
1．应用
乙烯的产品主要包括下列化工产品和聚合物：
●低密度聚乙烯（LDPE）；
●高密度聚乙烯（HDPE）；
●线性低密度聚乙烯（LLDPE）；
●二氯乙烯（EDC），氯乙烯（VCM），聚氯乙烯（PVC），及其共聚物；
●聚苯乙烯（PS）及其共聚物；
●α（阿尔法）烯烃；
●脂肪醇；
●环氧乙烷（EO）和乙二醇（EG）；
●醋酸乙烯酯（VAM）；
●乙醇；
●乙苯（EB）和苯乙烯（SM）。
聚乙烯、EDC/VCM/PVC和环氧乙烷占到全球总需求量的83%。
如上所述，各种聚合物代表了乙烯的主要终端应用。
聚合物的定义为，具有长链、高分子量的化学物质。
它们有六种基本用途，概括如下：
●塑料——通过模塑、挤出、发泡等手段形成一定形状的聚合物称为塑料。
塑料提供了聚合物最重要的应用。
●纤维——形成可用于纺织的细线或长丝的聚合物称为纤维。
●弹性体——受力时可延长、当力除去时能回到其原始形状的聚合物称为弹性体或橡胶。
●涂料——通过配制后能将两个基底保持在一起的聚合物称为粘合剂。
●其它——可与水形成凝胶的“水溶性”聚合物之类的材料。
得益于其种类繁多的衍生物，乙烯的终端应用市场非常广阔。
这些终端应用市场包括：
电线和电缆绝缘材料；日用、工业和农业包装材料；纺织品和各种各样的覆盖层；管道、导管和各种各样的建筑材料；桶、罐、容器、瓶子和装它们的架子；防冻剂；以及溶液和涂料。
所以说，乙烯需求是否增长取决于不计其数
的最后终端市场。
如图2.A.1所示，美国、西欧和日本大约占据了全球乙烯需求量的58%。
2．乙烯的供求状况
2000年全球的乙烯需求量近似为8千9百万吨，到2005年预计将增加到大约1亿1千万吨；平均每年递增4.3%。
乙烯需求量主要受派生产品（例如聚乙烯、苯乙烯和乙二醇）强劲增长的驱动。
表2.A.1显示了按不同地区划分的全球乙烯生产能力。
在2000到2005年期间，装置开工率预计大约为88–91%。
表2.A.2显示了按地区划分的产量。
全球许多地方都在进行重大的生产能力扩大。
在2001到2005年期间，估计有1千6百万吨的新建乙烯生产能力投入运行。
图2.A.2表示了按地区划分的乙烯生产原料分类。
图2.A.1
按国家划分的全球乙烯需求量，2000年
表2.A.1
全球乙烯生产能力
（千公吨/年）
1998
1999
2000
2001
2002
2005
2010
美国
26,049
26,231
26,795
27,324
27,444
29,481
32,430
加拿大
3,361
3,904
5,174
5,174
5,174
5,174
6,074
拉丁美洲
4,866
5,300
5,300
5,725
5,805
7,995
11,445
西欧
20,325
20,886
21,423
22,280
23,158
23,793
24,843
东欧
6,856
6,976
7,011
7,151
7,291
7,916
8,066
中东
6,054
6,184
7,744
8,544
10,164
15,324
21,624
非洲
1,185
1,175
1,225
1,425
1,575
1,575
3,675
日本
7,953
8,033
7,991
7,717
7,917
7,917
7,517
东亚
15,641
17,323
19,278
21,223
22,293
24,021
35,671
大洋洲
500
520
540
540
540
540
740
合计
93,120
96,754
102,846
107,796
111,696
123,736
152,235
表2.A.2
全球乙烯产量
（千公吨/年）
1998
1999
2000
2001
2002
2005
2010
美国
23,438
25,096
24,805
23,548
24,614
27,392
30,872
加拿大
3,135
3,309
3,551
4,254
4,655
5,094
5,891
拉丁美洲
4,199
4,277
4,706
4,856
5,176
6,330
9,904
西欧
19,023
19,400
19,486
20,773
21,411
22,652
24,112
东欧
3,166
3,472
3,564
3,653
3,792
4,382
4,875
中东
5,371
5,572
6,684
7,827
8,963
13,310
19,695
非洲
772
863
960
1,170
1,289
1,377
3,395
日本
7,076
7,687
7,614
7,499
7,485
7,250
7,300
东亚
14,011
15,530
17,262
18,404
19,785
22,058
31,925
大洋洲
418
428
426
379
406
460
577
合计
80,609
85,634
89,058
92,363
97,576
110,305
138,546
图2.A.2
全球乙烯生产原料来源，2000年
新建的裂化装置主要包括：
诺瓦化学公司（加拿大）；巴斯夫/托塔尔菲纳和台湾公司（德克萨斯）；马六甲/联合碳化物公司（马来西亚）；海第亚（印度）；台湾塑料公司（台湾）；Borouge（阿布扎比）；班达伊曼石油化工有限公司（伊朗）；卡塔尔化学公司（卡塔尔）；以及化学公司、石化公司和延布石化公司（沙特阿拉伯）。
正在进行的大型扩建项目主要包括：
陶氏化学和壳牌公司（北美）；海湾布兰卡石油化学公司（阿根廷）；扬子和燕山石化（中国）；GAIL和瑞莱思（印度）；新加坡石油化工有限公司（新加坡）；大林和韩佛公司（韩国）；Rayong烯烃公司（泰国）；石油化学公司（捷克共和国）；德国石化和鲁尔石油公司（德国）；壳牌、陶氏和荷兰国家矿业公司（荷兰）；以及英石油阿莫科公司（英国）。
在贸易方面，中东和北非将继续保持为主要出口地区。
这可以从图2.A.3中看出。
日本正在进行一定的生产能力合理化；从长远来看，它和北美都有望达到供求平衡。
欧洲和东亚预计将一直保持为净进口地区。
图2.A.3
全球乙烯贸易额
B．丙烯
1．应用
丙烯需求量大约是乙烯需求量规模的一半，是第二大烯烃产品。
与乙烯一样，丙烯也是石化行业的基本单体。
聚丙烯是最大的丙烯衍生物。
其它重要的衍生物产品有丙烯腈、环氧丙烷/丙二醇、异丙基苯/苯酚、异丙醇（IPA）和羰基醇。
丙烯的终端应用市场包括：
日用和工业包装材料；编织品和织物；瓶子罐子等容器；汽车零部件和船壳；缓冲垫；以及电气和电子零件。
用于生产聚丙烯的丙烯量占据了全球总需求量的58%；所以说，聚丙烯是制约丙烯需求和增长的十分重要的因素。
2．丙烯的供求状况
2000年全球的丙烯需求量近似为5千2百万吨，2005年估计为6千7百万吨；平均每年递增5.2%。
丙烯需求量主要受聚丙烯和其它派生产品（例如，异丙苯、苯酚和丙烯酸）的驱动。
美国、西欧和日本合计将占到全球丙烯需求量的60%以上，这可以从图2.B.1中看出。
表2.B.1列出了按地区划分的全球丙烯生产能力，表2.B.2则显示了相同时期的产量。
如果生产仅仅依赖常规方式，即蒸汽裂化装置副产品和精炼副产品生产，那么到2005年以后，实际的丙烯需求量就可能超过丙烯供应量。
这将为“专门的”丙烯生产技术提供良好的机会。
这些技术包括MTP、丙烷脱氢和烯烃复分解。
图2.B.1
按地区划分的全球丙烯需求量，2000年
表2.B.1
全球丙烯生产能力
（千公吨/年）
1998
1999
2000
2001
2002
2005
2010
美国
16,975
17,587
18,099
19,266
19,266
20,644
23,144
加拿大
883
883
883
1,087
1,087
1,087
1,187
拉丁美洲
2,725
3,182
3,194
3,289
3,344
3,610
5,160
西欧
13,977
14,380
14,916
15,891
16,741
18,601
19,701
东欧
3,434
3,439
3,489
3,489
3,489
3,594
4,294
中东
1,159
1,209
1,899
2,174
2,329
3,179
4,004
非洲
522
522
622
672
672
672
922
日本
5,527
5,617
5,451
5,451
5,561
5,851
6,401
东亚
11,832
13,189
14,575
15,954
16,614
18,779
27,004
大洋洲
330
395
395
45O
450
450
480
合计
57,364
60,403
63,523
67,723
69,553
76,467
92,297
表2.B.2
全球丙烯产量
（千公吨/年）
1998
1999
2000
2001
2002
2005
2010
美国
12,976
13,240
13,953
14,612
15,633
17,178
19,824
加拿大
890
912
930
940
950
950
1,050
拉丁美洲
2,094
2,282
2,561
2,769
2,917
3,044
4,504
西欧
12,900
13,249
13,482
14,206
14,662
16,065
18,172
东欧
1,861
1,864
1,866
1,917
2,051
2,338
2,821
中东
978
1,056
1,193
1,523
1,919
2,935
3,841
非洲
464
472
553
598
611
642
865
日本
5,101
5,520
5,453
5,364
5,350
5,750
6,330
东亚
9,293
10,664
12,023
12,790
13,889
16,477
24,304
大洋洲
306
281
258
269
300
330
365
合计
46,863
49,540
52,272
54,988
58,282
65,709
82,076
图2.B.2显示了按地区划分的丙烯生产原料分类。
在今后几年内，全球生产能力的最主要新建项目包括：
全加拿大公司，陶氏，台湾，壳牌，托斯科和巴斯夫/托塔尔菲纳公司（北美）；PDVSA/Koch（委内瑞拉）；上海石化和中石油（中国）；瑞兰思公司（印度）；马六甲和马六甲/联合碳化物公司（马来西亚）；埃克森美孚公司（新加坡）；大林公司（韩国）；台湾塑料公司（台湾）；班达伊玛姆石油公司（伊朗）；沙特石油公司、石化公司、Samref和延布公司（沙特阿拉伯）；以及菲纳公司，德国石油公司，希腊石化公司，陶氏，壳牌和英石油阿莫科公司（欧洲）。
在2000到2005年期间，东亚地区的新建生产能力大约将占到全球生产能力增加总量的45%。
从长远来看，北美将成为最大的出口地区。
到2005年，由于增加了下游投资、从而相应地增加了国内消耗量，中东和北非将减少它们在出口市场中所占的份额。
东亚将继续保持为最大的进口地区。
在2000年成为少量净出口地区之后，从2001年往后，欧洲（东欧和西欧一起）将变成一个净进口地区。
图2.B.3显示了在所研究的年份中全球各个地区的丙烯贸易额。
图2.B.2
全球丙烯生产原料来源，2000年
图2.B.3
全球丙烯贸易额
C．近年国内乙烯丙烯生产情况
年份
2002
2003
2004
2005
2006（1-9月）
乙烯产量（吨）
5413415
6117700
6275249
7555400
5741700（同比+15%）
丙烯产量（吨）
5307596
5932300
6200000
6730000
乙烯是石油化工的基本有机原料，目前约有75％的石油化工产品由乙烯生产，它主要用来生产聚乙烯、聚氯乙烯、环氧乙烷/乙二醇、二氯乙烷、苯乙烯、聚苯乙烯、乙醇、醋酸乙烯等多种重要的有机化工产品，实际上，乙烯产量已成为衡量一个国家石油化工工业发展水平的标志。
因此，乙烯行业也对我国经济发展产生巨大的影响。
2004年全国共生产乙烯600多万吨，比2003年有所增长。
除6、7、9月份外，各月生产量大体持平，在5月达到最高，为564127吨。
7月份最低，为459063吨。
同比增长率也以7月份最低，为－7.46％。
2005年全国共生产乙烯755万吨，比2004年增长20.43％。
从6月份起，全国乙烯产量开始有较大提高，突破600000吨大关，在12月达到最高，为699853.03吨。
2月份最低，为522510吨。
同比增长率则以5月份最低，为-0.41％。
2006年1－2月全国共生产乙烯1407836吨，比2005年1－2月增长25.77％。
2月产量低于1月份，为686325吨，但比上年同比增长28.8％，可见，2006年中国的乙烯生产已有了个好的开始。
从上面的数据可知，中国这几年乙烯产量递增，乙烯行业生产得到了一定的发展。
与此同时，我国乙烯工业的供需矛盾逐步加深，供不应求较为明显，自给率较低，这说明了一定的问题，但也蕴含了乙烯工业的商机，总的而言，乙烯市场前景看好。
丙烯是仅次于乙烯的一种重要有机石油化工基本原料，它主要用于生产聚丙烯、苯酚、丙酮、丁醇、辛醇、丙烯腈、环氧丙烷、丙烯酸以及异丙醇等，其他用途还包括烷基化油、催化叠合和二聚，高辛烷值汽油调合料等。
生产方面：
目前，我国丙烯的发展速度已经超过了乙烯，丙烯的产量以较大增幅增长。
2004年我国共有16家乙烯生产企业，装置18套，乙烯产能为606万吨。
而我国的丙烯生产企业却达60多家，年生产能力约为687万吨，产量为620万吨。
2005年我国的丙烯总生产能力达到818万吨，产量达673万吨，2010年我国丙烯丙烯总生产能力将达到1080万吨，产量预计可达到1049－1096万吨。
需求方面：
近10年来，我国丙烯需求的增长率也超过了乙烯需求增长率，并且这种发展趋势仍将持续下去。
2000年我国丙烯表观消费量为485.6万吨，2001年表观消费量为504.77万吨，比2000年增长4.0％。
2002年表观消费量为561.76万吨，比2001年增长11.3％。
2003年我国国内市场对丙烯的总需求量约600万吨，丙烯供需缺口约30万吨。
2004年我国丙烯消费量约为634万吨。
2005年我国丙烯的表观消费量达到约792万吨。
2010年将达到1049万吨,2005-2010年表观消费量的年均增长率将达到约5.8%。
尽管我国丙烯的产需都在增长，可需求的增长却远大于生产的增长，导致我国丙烯供不应求，自给率较低，在丙烯的进出口贸易一直居逆差地位。
2001年我国在丙烯对外贸易中，逆差112.53百万美元，2002年逆差127.91百万美元，2003年逆差126.63百万美元，2004年逆差171.44百万美元，2005年逆差达到180.7百万美元。
价格方面：
2006年2月份，不少有机化工原料价格均表现出了下降的趋势。
其中，甲醇价格2550元／吨，环比下降1.9％，同比下降12.1％。
对苯二甲酸2650元／吨，环比下降5.4％，同比下降31.2％。
而丙烯、丁二烯、甲苯等价格有所上升。
三、由甲醇生产烯烃（MTO/MTP）技术概述
生产烯烃的常规工艺路线是通过蒸汽裂化。
乙烷的裂化非常适合于NGL（液态天然气）物流丰富的地区；而且产品主要是乙烯、和少量的丙烯，特别适合提供给聚乙烯生产厂。
裂化来自炼油厂的轻质或全馏程石脑油能够生产出若干种有用的联产品（例如：
丙烯、各种C4、和含有芳香烃的热解汽油），还有乙烯。
为了使石脑油裂化装置有利可图，就必须为这些联产品寻找市场。
二十世纪八十年代中期，美孚公司（Mobil）将它位于新西兰Montonui的“由甲醇生产汽油（MTG）”装置投入运行。
美孚公司也曾披露，它的工艺过程需要重新设计，以便通过改善ZSM–5催化剂和工艺条件来生产轻质烯烃。
二十世纪八十年代后期，最终完善的“由甲醇生产烯烃（MTO）”工艺在德国的一套日产100桶流化床装置中进行了演示。
MTO工艺不能独自实现天然气到烯烃的转化。
供给MTO反应器的主要原料是未经蒸馏的甲醇；而甲醇则可以通过采用合成气路线的许多方法之一来生产。
全程化学原理概括如下：
CH4+1/2O2CO+2H2CH3OHC2H4+C3H6+C4H8+H2O+副产品
不幸的是，经过改良的ZSM–5沸石催化剂具有相对较大的孔隙尺寸，导致了对乙烯和丙烯相对较低的选择性。
按照由ZSM–5沸石催化剂生产出的烃类流出物总量的百分比计算，大约有43.5%的成分是乙烯。
比较而言，使用乙烷作原料的蒸汽裂化装置内的裂解炉中出来的流出物含有56%的乙烯（以单程操作为基础）。
与此类似，来自使用石脑油作原料的蒸汽裂化装置的混合流出物中含有31.6%的乙烯。
虽然美孚公司在新西兰建成了它的MTG（由甲醇生产汽油）装置，但它却从未建过一套全面运转的商业化MTO装置。
ChemSystems只能猜测这到底是为什么。
也许是并没有给予它合适的机会，或者也许要求给一套规模适当的乙烯生产装置提供非常巨量的甲醇之类的问题曾经是投资障碍。
美孚公司的工艺过程明显地具有一个严重缺点；它是从采用了适合于MTG目的的中等孔隙沸石的MTG工艺发展而来的（也就是说，这种催化剂更有利于长链、带支链的烷烃和芳香烃，而不适合短链烯烃）。
近年，UOP（万国油品公司）和NorskHydro（挪威海德罗公司）刚刚开发出他们自己的MTO工艺；他们使用了与美孚公司不同的催化剂。
硅铝磷酸盐（简写为SAPO）的使用是MTO技术的一大优点。
除此之外，鲁奇公司（LURGI）开发了一项由甲醇生产丙烯（MTPTM）的工艺；不过到目前为止还没有大规模商业化。
四、关于三大公司以甲醇生产烯烃的工艺介绍
A．UOP/HYDRO公司的MTO工艺
1．化学原理
与美孚公司的工艺过程相比，UOP/HYDRO公司的“由甲醇生产烯烃（MTO）”工艺又向前迈进了一大步；这主要是由于他们开发了以SAPO–34为基础的新型催化剂。
用于这种类型化学工艺的SAPO–34催化剂并不是新出现的，这
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