煤基化学品创新成果及展望

煤基化学品创新成果与展望2016.11.23内容背景石油替代的定位我国炼油化工的结构性缺陷石油替代的产品定位与技术路线我国煤化工进展和技术方向甲醇转化技术进展展望结语2化石资源在能源结构中仍然处于主导地位coal,87%oil,3%naturalgas,0%others,10%coal,70.30%oil,18%naturalgas,3.90%nuclear,windandothers,7.80%探明常规能源资源结构能源消费结构石油供应已经成为制约我国经济社会健康发展的重大战略问题发展洁净煤技术是实现石油替代的必然选择国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006－2020年)重点领域及其优先主题34我国煤炭资源“井”字形分布格局“井”字形区划格局示意图彭苏萍等，煤炭资源与水资源，科学出版社，20145石油资源特点67我国路上油气供应管线8我国石油及石油化工原料供求矛盾突出强烈地受制于石油资源2014年，我国原油产量2.10亿吨，进口量3.08亿吨对外依存度59.4％烯烃、芳烃不足，制约下游发展乙烯为例2104年乙烯产量1704万吨，当量消费量3587万吨乙烯当量自给率49.2%主要原料为石脑油数据来源：国家统计局9内容背景石油替代的定位我国炼油化工的结构性缺陷石油替代的产品定位与技术路线我国煤化工进展和技术方向甲醇转化技术进展展望结语10常压蒸馏减压蒸馏原油催化裂化减压馏份减压渣油重柴油焦化直馏煤油直馏轻柴油液化气醚化催化汽油催化柴油焦化汽油焦化柴油石油焦MTBE直馏汽油烯烃石脑油蒸汽裂解汽油芳烃重整油品化工原料中间馏份典型的石油加工方案问题原油重质化催化裂化占二次加工比重～80%不合格汽油劣质柴油不能为下游化工提供充足原料（石脑油）石脑油加氢裂化柴油、石脑油11常压蒸馏减压蒸馏原油催化裂化减压馏份减压渣油重柴油焦化直馏煤油直馏轻柴油液化气醚化催化汽油催化柴油焦化汽油焦化柴油石油焦MTBE直馏汽油烯烃蒸汽裂解汽油芳烃重整油品化工原料中间馏份炼油化工一体化？大型炼油厂配套烯烃或芳烃装置本质上仍是原料供应问题石脑油中间馏份加氢裂化柴油、石脑油12华北某公司1000万吨/年炼油与炼化一体化比较类型炼油炼化汽油225.6145.497#IV39.029.293#IV186.6110.6煤油65.349.8柴油556.9393.9成品油产率85.8%59.9%乙烯料243.9万吨/年100乙烯4.0油田轻烃60.0外供石脑油氢气3.4甲烷气46.9乙烯100.6丙烯48.1裂解碳四30.0碳五10.1C6-C838.6C9⁺5.0燃料油25.358.0%1.炼油与乙烯规模匹配2.成品油量与质的影响3.优质乙烯原料利用率13芳烃联合装置直馏石脑油预加氢重整抽提吸附异构化歧化戊烷油苯对二甲苯邻二甲苯重芳烃H2液化气抽余油汽提塔重整油塔二甲苯塔二甲苯再蒸馏塔邻二甲苯塔重芳烃塔苯塔甲苯塔加氢裂化石脑油混合二甲苯催化剂连续再生二甲苯分馏14我国炼油化工的结构性缺陷石油加工的基本任务向社会提供充足的油品勉强维持供应质量有待提高提供石油化工基本原料（烯烃、芳烃）没有满足需求严重制约下游精细化工发展主要原因：石油资源不足，重质化严重石油化工技术仍需更新蒸汽裂解催化裂解联合芳烃装置制PX甲醇＋甲苯15石油替代的定位弥补石油资源不足弥补石油化工的结构性缺陷现代煤化工与石油化工协调发展，形成新的更合理的产业结构绿色可持续本质上在于过程的简化和效率的提高创新驱动16石油替代技术的产品定位和技术路线产品定位：燃料和大宗石化产品技术特征：甲醇、合成气转化的低碳催化开辟煤化工新途径油品(汽、柴、煤、润滑油)石油芳烃(苯、甲苯、二甲苯)烯烃(乙烯、丙烯、丁烯)甲醇合成气煤下游产品17煤化工的理想产品是什么CO2，H2O800oCCO+H2？造气：难以回避的高能耗过程催化过程造气投资大，能耗高，原料应尽可能全部利用理想的产品产品中尽量不含氢或少含氢，减少造气的负荷：芳烃、烯烃、炔烃产品含氧，以提高产品重量市场容量大醇、醚、醛、酸、芳烃及烯烃下游含氧物等（有机化工基本原料或下游产品）18内容背景石油替代的定位我国炼油化工的结构性缺陷石油替代的产品定位与技术路线我国煤化工进展和技术方向甲醇转化技术进展展望结语19我国煤化工技术进展煤合成气FT合成柴油：南非早已工业化，国内正在大型工业化汽油甲醇烯烃（国内完成首次工业化）混合醇醚（汽油添加剂）二甲醚工业化甲醛汽油天然气……乙二醇（国内完成首次工业化）乙醇芳烃，……DMMn（柴油添加剂）NH3中国煤化工技术已经走在世界前列仍处于技术快速发展期20技术方向甲醇丙烯二甲醚DMMn柴油汽油乙烯合成气煤乙醇乙二醇二甲醚DMM芳烃（PX）混合醇醚乙二醇柴油合成气、甲醇两个转化平台21新技术方向甲醇丙烯二甲醚DMMn柴油汽油乙烯合成气煤乙醇乙二醇二甲醚DMM芳烃（PX）混合醇醚乙二醇柴油芳烃22基础问题催化剂及催化作用高效催化剂催化作用原理一个普遍性的问题C1催化过程中第一个C-C的形成原理对不同的催化反应体系，第一个C-C的形成具有特征性甲醇转化不同于和F-T合成产物选择性控制问题如F-T合成：S-F分布规律如何打破，如何控制产物分布反应的耦合作用规律催化新材料新材料的发现，合成及应用纳米孔道内分子之间及其与表面的相互作用催化剂制备的基本规律的深入了解23基础问题工程科学问题传质－传热的强化合成气、甲醇转化反应几乎均为强放热反应F-T合成中的气－液－固三相并存针对新反应体系的工程科学基础研究过程实时在线检测新方法、新技术过程的多尺度模拟24内容背景石油替代的定位我国炼油化工的结构性缺陷石油替代的产品定位与技术路线我国煤化工进展和技术方向甲醇转化技术进展展望结语25内容技术路线技术进展甲醇制烯烃系列技术甲醇经二甲醚制乙醇甲醇、甲苯制对二甲苯联产烯烃甲醇与烃类耦合制烯烃26甲醇转化主要技术路线低碳烯烃丙烯PX＋烯烃乙醇27烃类甲醇甲苯二甲醚乙酸甲酯甲醇制烯烃的关键科学和技术问题反应体系十分复杂甲醇合成气金属催化醛碱催化汽油、柴油、烯烃酸催化关键科学和技术问题反应机理分子筛催化剂酸性与反应的构效关系复杂反应体系中选择控制原理强放热催化反应工艺反应器放大技术集成甲醇耦合反应更复杂28技术进展：DMTO&DMTPDMTO工业性试验及其工业化DMTO-II工业性试验及其工业化DMTO-IIIDMTP29DMTO万吨级工业性试验——工业放大过程中关键的一步2004年8月启动，2006年6月完成试验。（国家重大产业技术开发项目）重要技术成果催化剂放大与验证反应器放大工艺验证与优化开、停工方法技术集成工艺包编制甲醇进料规模（50吨/天，1.67万吨/年)通过工业性试验，验证和开发了自主知识产权的DMTO工业化成套技术，为建设大规模工业化装置奠定了技术基础30技术成果：专用催化剂生产技术发明了SAPO分子筛合成方法SAPO分子筛改性方法SAPO分子筛催化剂原位合成技术流化催化剂直接制备技术微球催化剂活化和保存技术催化剂技术实施许可已经实现工业化生产31技术成果：流化床反应器设计与放大成功关联鼓泡床与湍流床，实现了反应器百倍级别的逐级放大解决了气体穿透和气固均匀分布问题，成功开发了直径11米的大型浅层密相流化床反应器（高径比0.3)微型反应器中试反应器工业性试验反应器工业装置反应器甲醇进料规模~1.2kg/d~120kg/d50,000kg/d5500,000kg/d藏量0.01kg1kg300kg45,000kg气体速度5~25cm/s~25cm/s~1m/s~1-1.5m/s流化床床型鼓泡床鼓泡床湍流床湍流床32技术成果：创新的工艺和技术集成研究了多种流化反应方式，结合积碳和烧碳研究，提出了密相循环流化反应-再生工艺，发展了完整的大连化物所甲醇制烯烃工艺技术（DMTO），具有以下特点：连续反应-再生反应器、再生器并列布置反应移热及时，反应床层温度分布均匀反应接触时间可控乙烯/丙烯产品比例可调33技术成果：创新的工艺和技术集成首创了利用反应热直接升温反应器和再生器的开工方法投料约半小时反应器温度达到设计工况工业反应器投料升温曲线3003403804204605000:002:244:487:129:3612:009:50361℃10:25491℃时间温度（C）35分钟发明了独特的投料开工技术342006年12月发改委核准（发改工业[2006]2772号）世界首套煤制烯烃工厂，国家现代煤化工示范工程大连化物所作为技术许可方提供设计工艺包、技术指导和服务甲醇180万吨/年丙烯烯烃60万吨/年乙烯合成气煤聚丙烯30万吨/年聚乙烯30万吨/年DMTO分离聚合GEDavyLummusUnivationDICP/Syn/LEPC实现世界首次甲醇制烯烃工业化——神华包头180万吨煤基甲醇制60万吨烯烃项目35DMTO工业装置工艺流程图甲醇转化为低碳烯烃，总体流程与催化裂化装置相似。精制分离部分，与石脑油热裂解工艺的精制分离部分相似。36C2H4C3H6典型60万吨/年煤制烯烃项目的产品组成37神华包头煤制烯烃工厂甲醇合成装置DMTO装置聚烯烃装置2010年5月31日，装置全部建成中交，进入投料试车阶段备煤装置38神华包头DMTO装置39DMTO及下游装置投料运行2010年8月8日一次投料开车成功甲醇转化率100%，乙烯＋丙烯选择性大于80%，最高运行负荷110%，全部达到合同指标8月20日聚烯烃对外销售聚烯烃销售仪式聚烯烃生产线聚烯烃产品库房从投料到产品外销仅用12天40DMTO-II技术方案和技术特征甲醇混合烯烃C2=+C3=C4++分离流化反应中间产品～80%甲醇混合烯烃C2=+C3=C4++分离流化反应中间产品85-90%DMTODMTO-II3吨甲醇→1吨烯烃2.6～2.7吨甲醇→1吨烯烃技术方案41DMTO-II商业装置：陕西蒲城煤制烯烃2010年签约，2014年12月投产42甘肃平凉60万吨/年山东神达33万吨/年富德常州33万吨/年宁波富德60万吨/年浙江兴兴新能源60万吨/年宁夏宝丰能源60万吨/年宝丰内蒙60万吨/年神华包头60万吨/年陕西：神华榆60万吨/年中煤榆林60万吨/年x2延长靖边60万吨/年延长延安60万吨/年蒲城能化68万吨/年中国DMTO装置布局图（20套装置、1126万吨烯烃产能）中煤蒙大60万吨/年青海大美60万吨/年青海盐湖33万吨/年青海矿业60万吨/年山西焦化60万吨/年河南中科60万吨/年43甲醇制烯烃—目前投产项目（单位：万吨/年）均一次投产成功！44序号项目甲醇(万吨)烯烃(万吨)投产时间1神华包头180602010.82宁波富德能源公司180602013.13延长靖边180602014.64中煤榆林180602014.75宁夏宝丰180602014.16山东神达100332014.117陕西蒲城(DMTO-II)180672014.128浙江兴兴180602015.49神华榆林180602015.1110中煤蒙大180602016.0411青海盐湖100332016.11合计1820613甲醇制烯烃技术获2014年度国家技术发一等奖45甲醇制烯烃第三代技术(DMTO-III)新一代催化剂单套工业装置甲醇处理能力：300万吨/年烯烃选择性达到：～90%甲醇混合烯烃C2=+C3=C4++分离流化反应100%DMTO-II2.6～2.7吨甲醇→1吨烯烃技术特点DMTO-III46采用一种多效催化剂完成：MTO转化、乙烯与甲醇的烷基化、C4+催化裂解通过相对简洁的流化反应工艺，将上述过程集成在一起一个催化剂、一套反应-再生装置甲醇制丙烯（DMTP）甲醇混合烯烃C2=C4++分离产品C3=+流化反应C4+裂解C2H4+