2煤制芳烃技术经济分析

煤制芳烃技术经济分析2013年12月18日（亚化咨询-北京）目录‰前言‰煤制芳烃技术进展‰煤制芳烃技术经济分析‰结束语芳烃，特别是轻质芳烃BTX（苯、甲苯、二甲苯）是重要的基本有机化工材料，其产量与规模仅次于乙烯和丙烯。其衍生物广泛地应用于化纤、塑料和橡胶等化工产品和精细化学品的生产中。近年来，随着石油化工及纺织工业的不断发展，世界上对芳烃的需求量不断增长。3前言前言芳烃主要来源于石油路线。石油芳烃是目前芳烃的最主要来源。国内石油生产的芳烃约占芳烃生产总量的85%以上，国外通过石油路线生产的芳烃高达芳烃总产量的98%以上。前言从石油获取芳烃资源主要来自三个方面的技术：石脑油重整、乙烯裂解汽油加氢抽提和碳四、碳五芳构化技术。和烯烃一样，国内市场对芳烃的需求量很大，而且增长较快。芳烃产量，尤其是PX产量难以满足国内市场快速增长的巨大需求。前言前言由于我国近几年聚酯产业的迅猛发展，对PX的需求也急剧增加。2012年我国对二甲苯产能为882万吨/年，产量为811万吨，分别占世界的：23%和30%左右。2012年国内对二甲苯当量消费的对外依存度接近50%。前言2012年，我国的进口原油依存度已经超过56%，单纯依赖石油资源已经很难满足日益增长的化工基础原料需求，同时，巨大的石油资源缺口也已严重威胁到国家的能源安全。我国化石能源中煤炭资源相对丰富，利用煤炭资源生产甲醇，继而从煤基甲醇或是海外进口廉价的甲醇为原料制取芳烃，提高甲醇下游产品的附加值，延长煤化工产业链，是一条发展中国特色芳烃产业的新路。前言煤煤天然气天然气合成气合成气甲醇甲醇芳芳烃烃MTAMTA石油石油石脑油重整石脑油重整芳烃抽提芳烃抽提聚聚酯酯C4/C5C4/C5芳构化芳构化目录‰前言‰煤制芳烃技术进展‰煤制芳烃技术经济分析‰结束语甲醇制芳烃技术进展甲醇制芳烃技术已经有多年的研究，主要集中在天然气甲醇的转化方面。煤制芳烃技术是最近几年才受世人关注的新技术，研究的单位较多，除FMTA技术完成工业试验外，其他多处于中试阶段。甲醇制芳烃技术进展以煤或天然气为原料生产芳烃技术可分两大类：合成气直接制芳烃技术；合成气制甲醇后再生产芳烃的间接制芳烃技术。合成气间接制芳烃技术又分为：从甲醇起步，以生产芳烃BTX为目的的甲醇芳构化技术；以生产对二甲苯为目的的甲苯甲基化技术；以生产烯烃联产芳烃的组合技术等。甲醇制芳烃技术进展1.合成气直接制芳烃技术合成制芳烃的催化剂大致可以分为两类：第一类为F-T合成催化剂组分与芳构化催化剂复合而成；第二类为合成甲醇/脱水催化剂与芳构化催化剂复合而成。该类技术目前尚处于研究室的研究阶段。甲醇制芳烃技术进展国内主要研究：南京大学技术：采用Fe-MnO-ZnZSM-5催化剂，Fe-MnO为F-T合成常用的F-T合成活性组分，ZnZSM-5为烃类芳构化催化剂的活性组分。山西煤化所技术：两段复合床合成气直接芳构化技术，上床层采用合成甲醇催化剂与脱水催化剂复合，下床层采用SAPO与NKF-5分子筛负载Zn、Ga等脱氢组分所构成的复合催化剂。甲醇制芳烃技术进展国外主要研究：Mobil公司技术：采用的是固定床，催化剂为Zn-Zr组分与微孔硅铝分子筛复合的催化剂，分子筛的硅铝比大于12。BP公司技术：催化剂为含Ga2O3或In2O3与组分的微孔硅铝分子筛复合的催化剂。甲醇制芳烃技术进展2.甲醇芳构化技术甲醇制芳烃催化剂进展不同结构沸石催化剂的甲醇转化反应显示，十元环的ZSM-5沸石的十元环的孔口尺寸与BTX轻芳烃的分子尺寸相当，有利于抑制重芳烃的生成，而且三维的孔道结构有利于反应物、产物的扩散与抑制积碳的形成，因而使其具有优异的甲醇芳构化性能。甲醇制芳烃技术进展用Zn2+、Ag+改型的ZSM-5催化剂具有较好的甲醇芳构化活性。其甲醇芳构化反应活性为：ZSM5(48.4%)Zn-ZSM5(68.8%)Ag-ZSM5(72.5%)在三种催化剂中，ZSM-5分子筛上的芳烃收率最低，而负载具有较强脱氢活性的Ag+与Zn2+后，ZSM-5基催化剂的芳构化活性有了显著提高。甲醇制芳烃技术进展反应温度、接触时间以及甲醇分压对催化剂芳构化性能的影响：随着反应温度的增加，总芳烃产率逐渐增加，在750K的温度下，总芳烃收率达到极值，而后有所下降；随着接触时间增加，芳烃的收率显著增加；随着甲醇分压的增加，芳烃的收率逐渐降低。适当高的反应温度、低的甲醇分压和短的接触时间有利于甲醇芳构化。甲醇制芳烃技术进展国内技术进展清华大学的流化床技术(FMTA)：◆清华大学在国际上首次开发了以流化床甲醇制芳烃（FMTA）工艺技术，包括连续两段流化床反应-再生、中低温冷却及变压吸附-轻烃回炼、液相芳烃非清晰分离-苯/甲苯回炼。◆在陕西榆林建成了年处理甲醇3万吨的FMTA全流程工业化试验装置，工业试验持续运行443小时。甲醇到芳烃的烃基总收率74.47%（折3.07吨甲醇/吨芳烃）。◆清华大学的FMTA技术通过了中国石油和化学工业联合会组织专家科技成果鉴定。◆该项技术成果为甲醇制芳烃工业应用打下了良好的基础。甲醇制芳烃技术进展山西煤化所的两段固定床MTA技术两个固定床反应串联，第一芳构化反应器的气相组分进入第二反应器继续进行芳构化。催化剂为负载脱氢功能的Ga、Zn或Mo组分的分子筛（ZSM-5或11）催化剂。北京化工大学MTA技术2010年6月，河南煤化集团研究院与北京化工大学合作进行煤基甲醇制芳烃技术开发。上海石油化工研究院技术：甲醇制芳烃催化剂及工艺的前期探索性研究。甲醇芳构化催化剂采用负载脱氢氧化物的分子筛（ZSM-5）催化剂。甲醇制芳烃技术进展国外技术进展沙特基础工业公司技术：采用稀土元素镧、铈改性的ZSM-5分子筛催化剂，固定床评价，在反应压力0.1MPa，反应温度450℃，甲醇WHSV=9h-1的条件下，总芳烃收率9～19%，BTX选择性70～80%，BTX产率7～14%。甲醇制芳烃技术进展3.甲苯甲基化技术随着甲苯甲醇烷基化技术的不断发展以及芳烃市场的逐步演变，该工艺竞争优势逐渐显现。越来越多的公司投入大量精力研究该课题，这些公司包括ExxonMobil、GTC、沙特基础工业公司、大连化学物理研究所、大连理工大学和中石化上海石化研究院。然而，各单位的甲苯甲基化技术开发绝大多数仍处于实验室阶段，至今未有成功的中试经验，催化剂稳定性差、转化率低、反应放热剧烈等均是制约该技术应用推广的难题。甲醇制芳烃技术进展中石化甲苯甲基化技术催化材料选用较高硅铝比的ZSM-5分子筛，改性方法包括金属/非金属氧化物负载和水蒸汽处理。改性后催化剂择形效果良好，对二甲苯选择性超过94%，而甲苯转化率接近20%。该技术在扬子石化已进行了侧线试验。由LPEC设计的20万吨/年甲苯甲基化制混合二甲苯工业装置2012年底开车成功。DICP甲苯甲基化技术完成中试甲醇制芳烃技术进展4.甲醇制汽油工艺技术目前上利用甲醇制汽油的工业方法主要有：埃克森-美孚甲醇制汽油技术托普索一体化汽油合成技术中科院山西煤化所一步法甲醇转化制汽油技术目录‰前言‰甲醇制芳烃技术进展‰甲醇制芳烃技术经济分析‰结束语甲醇制芳烃技术经济分析•以生产50万吨/年BTX为比较基础，对石脑油制芳烃和甲醇制芳烃进行技术经济对比分析。•石脑油制芳烃装置采用国内技术，生产50万吨/年BTX相应的重整规模为100万吨/年。•甲醇制芳烃按一次通过为主考虑，相应的反应器能力为230万吨/年甲醇，循环工艺的反应器能力为155万吨/年甲醇。甲醇制芳烃技术经济分析比较界区范围石脑油制芳烃包含：100万吨/年连续重整50万吨/年BTX分离甲醇制芳烃包含：230万吨/年MTA（循环时为155万吨/年）50万吨/年BTX分离注：一次通过的产物中，BTX约占50%；循环工艺则约占75%。甲醇制芳烃技术经济分析石脑油生产芳烃流程示意加氢加氢加氢催化重整催化重整催化重整石脑油石脑油石脑油分离抽提分离抽提分离抽提芳烃精馏芳烃精馏芳烃精馏甲醇制芳烃技术经济分析100万吨/年连续重整装置包括石脑油加氢部分、重整部分和催化剂再生部分。石脑油加氢部分：120万吨/年包括石脑油全馏分预加氢反应系统、汽提塔和石脑油分馏塔。重整部分：100万吨/年包括重整反应系统、产物再接触、脱戊烷塔和脱丁烷塔。催化剂再生部分：包括催化剂再生，催化剂循环和再生气循环。甲醇制芳烃技术经济分析50万吨/年芳烃分离包括原料分离部分、抽提蒸馏部分（40万吨/年规模）和芳烃精馏部分。原料分离部分分离出C6-C7、混合二甲苯和C9芳烃；抽提蒸馏和芳烃精馏部分分离苯、甲苯和抽余油。甲醇制芳烃技术经济分析经测算，在石脑油价格为5000元/吨的条件下，芳烃的生产成本为6002元/吨，若满足项目达到税后财务内部收益率13％，则芳烃税前销售成本应达到6154元/吨（其中石脑油费用占90％左右）。甲醇制芳烃技术经济分析石脑油价格对芳烃销售成本的影响很大。随着石脑油价格的上升，石脑油费用在芳烃销售成本中的比重也逐步上升，可变成本费用在芳烃销售成本中的比重也稳步上升。甲醇制芳烃技术经济分析不同石脑油价格下的芳烃税前销售成本6000650070007500800085009000950010000500054005800620066007000740078008200芳烃(BTX)税前销售成本(元/吨)满足13％财务内部收益率甲醇制芳烃技术经济分析甲醇制芳烃分两种情况：1、一次通过，不考虑轻烃回炼：此工况下，根据国内煤基芳烃技术的相关资料，生产50万吨/年BTX约需消耗甲醇230万吨/年。2、带循环，考虑轻烃回炼：此工况下，根据国内煤基芳烃技术的相关资料，生产50万吨/年BTX约需消耗甲醇155万吨/年。但该工况下，包含循环的MTA部分投资增加，能耗（操作费用）也要相应增加。甲醇制芳烃技术经济分析一次通过MTA流程示意带循环的MTA流程示意MTAMTAMTA混合芳烃混合芳烃混合芳烃甲醇甲醇甲醇分离抽提分离抽提分离抽提芳烃精馏芳烃精馏芳烃精馏甲醇甲醇甲醇MTAMTAMTA分离分离分离芳烃抽提芳烃抽提芳烃抽提芳烃精馏芳烃精馏芳烃精馏轻烃轻烃轻烃甲醇制芳烃技术经济分析1、一次反应，不考虑轻烃回炼工况甲醇制芳烃装置初步流程：目前MTA技术研究主要集中在甲醇转化成芳烃的催化剂和工艺条件上，并没有提出完整的MTA工厂全流程。设想MTA工厂的全流程主要包括甲醇转化成芳烃的反应和催化剂再生以及反应产物分离两部分组成。甲醇制芳烃技术经济分析不同甲醇价格下的芳烃税前销售成本55006500750085009500105001150012500190022002500280031003400370040004300芳烃(BTX)税前销售成本(元/吨)满足13％财务内部收益率甲醇制芳烃技术经济分析甲醇制芳烃生产成本中原料甲醇费用占到87％以上，在芳烃的销售成本中也占到80％以上，因此原料甲醇价格决定了芳烃的销售成本。甲醇制芳烃技术经济分析2、考虑轻烃回炼工况此工况下，虽然投资增加，加工能耗增加，但由于吨芳烃的甲醇消耗显著减少，吨芳烃的总成本就显著降低。由于没有该工况下的技术数据，没有做进一步的详细分析。综合考虑两种工况下的所有产品的经济价值，毛估计一下总的经济效益，第二种工况的经济效益要比第一种工况高。甲醇制芳烃技术经济分析由于石脑油制芳烃和甲醇制芳烃的原料来源于不同的化石能源，为了更直观的研究替代的可能性，将芳烃产品价格与原油价格和煤炭价格相关联。甲醇制芳烃技术经济分析当原油价格为80美元/桶时，我国东部沿海地区石脑油制芳烃成本加回报值约为6118元/吨，对应内蒙古地区煤制芳烃的煤炭价格约为324元/吨，即当原油价格高于80美元/桶，煤炭价格低于324元/吨时，煤制芳烃比石脑油制芳烃更具竞争力。甲醇制芳烃技术经济分析当原油价格为100美元/桶时，我国东部沿海地区石脑油制芳烃成本加回报值约为7506元/吨，对应内蒙古地区煤制芳烃的煤炭价格约为537元/吨，即当原油价格高于100美元/桶，煤炭价格低于537元/吨时，煤制芳烃比石脑油制芳烃更具竞争力。甲醇制芳烃技术经济分