我国煤制甲醇的工业现状及发展趋势分祈

第54卷第5期2016年10月化肥设计ChemicalFertilizerDesignOct.2016我国煤制甲醇的工业现狀及发展趋势分祈任光(同煤广发化学工业有限公司，山西大同037001)摘要:介绍了以煤为原料制取曱醇的工业发展现状及主要的生产工艺。针对目前曱醇市场的现状及曱醇产能严重过剩的问题，提出了一些建议，并对今后的煤制曱醇工业进行展望。关键词：煤化工；曱醇;现状;前景doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2016.05.002中图分类号：TQ223.121文献标识码：A文章编号：1004-8901(2016)05-0005-03AnalysisonPresentSituationandDevelopmentTrendofCoalMethanolIndustryinChinaRENGuang(TongmeiGuangfaChemicalIndustryCo.,Ltd.,DatongShanxi037001China)Abstract：Thispaperintroducesthepresentsituationoftheindustrialdevelopmentandthemainproductionprocessofmethanolfromcoalasrawmaterial.Inviewofthecurrentsituationofmethanolmarketandtheseriousexcessofmethanolproduction,italsoputsforwardsomesuggestionsandlookstotheprospectofthemethanolindustry.Keywords：coalchemicalindustry；methanol；presentsituation；prospectdoi：10.3969/j.issn.1004-8901.2016.05.002甲醇是一种重要的化工原料，可广泛用于化工、农业、医药、涂料、国防等方面，同时也可以作为油品的清洁替代燃料,具有广阔的应用领域[1]，在基础化工原料中,其消耗量仅次于乙烯、丙烯和苯。2015年全球甲醇总消费量达8224万t,年需求量增幅达7.8%。甲醇作为一种新型清洁能源,在化学工业发展的各个领域越来越受到重视。随着经济的发展，国家对能源以及化工原料的需求量与日俱增。我国“贫油、富煤、少气”的资源禀赋决定了煤炭将继续作为我国的主要化石能源，而要做到多元化、长远发展,必须要对现有的煤炭资源进行合理、有效地利用。煤制甲醇工艺路线成熟,而且已经得到了广泛的推广及工业化应用，是一种可以最大限度利用煤炭资源、缓解工业发展与能源短缺矛盾的有效途径。1煤制甲醇工艺生产甲醇的原料很多，重油、石脑油、焦炉煤气、天然气、煤炭等都可以作为生产原料。国外很多地区，如中东、北美、非洲等多以天然气为原料生产甲醇，而我国的天然气制甲醇的比例约占1/3[2]，基本上是煤炭、天然气、焦炉煤气三者并举，同时还有为数众多的中小型合成氨联醇装置。但无论采用何种生产途径，最终都是以H2和CO为原料来合成甲醇，而且大致都可以分为造气、气体净化、压缩、甲醇合成以及甲醇精制几个部分，即以煤炭为原料,通过将煤炭气转化为粗煤气，然后通过高温变换调节合成反应的氢碳比，再将多余的CO2和硫化物脱除后得到净化气，通过甲醇合成反应得到粗甲醇，再通过精馏工艺生产合格的精甲醇产品。在甲醇合成的工艺流程中，煤的气化和甲醇合成是煤制甲醇的关键技术。作者简介：任光（1979年-)，男，山西大同人,2003年毕业于太原理工大学应用化学专业，工程师，现主要从事化工消防安全、管理等工作。化肥设计2016年第54卷•6•目前世界上普遍采用的以煤为原料制取合成气的成熟工艺主要有鲁奇加压固定床气化法、德士古水煤浆气化法以及GSP、Shell的干煤粉加压气化法，我国也自主研发了灰融聚气化法。由于气流床气化工艺具有技术先进、能耗低、环保效果好、碳转化率高等优点,大型甲醇煤气化技术多选用气流床气化技术。甲醇合成的主要反应物是耳和CO,是可逆、放热、体积缩小的反应，受热力学和动力学控制，根据采用的压力不同可分为3种方法。①高压法:在340〜420T；、30.0〜50.0MPa下采用Zn-Cr氧化物作为催化剂来合成甲醇；②低压法：在275丈、5.0~10MPa下采用铜基催化剂（Cu-Zn-Cr)作为催化剂来合成甲醇;③中压法:在210〜280丈、10〜15MPa下采用铜基催化剂（Cu-Zn-Al)作为催化剂来合成甲醇。其中高压法是最先实现工业化的甲醇生产工艺，但由于投资成本高、催化剂活性低、能耗大等缺点，已经逐渐被淘汰。目前甲醇合成的新建装置多采用低压法，具有低压甲醇先进生产工艺的公司有英国的ICI、丹麦的托普索（Tops^e)、德国的鲁奇(Lurgi)以及日本的三菱公司等。目前世界上采用ICI甲醇合成技术的装置约占50%，采用鲁奇SRC甲醇合成技术的装置约为30%，这两种工艺是世界上应用最多的合成技术。我国自上世纪80年代开发了低压甲醇合成技术，广泛采用管壳式合成塔和双塔精馏工艺，随后又开发了U形冷管合成塔和三塔精馏工艺[3]。目前国内大型装置所采用的多数为中压和低压合成技术。此外，针对反应单程转化率低的问题，还开发了双塔合成和双级合成流程，即将两个合成塔或两个合成回路串联流程，既减少了设备体积，又提高了碳转化率。2我国煤制甲醇的发展及现状我国早在上世纪50年代末就开始以焦炭和煤为原料，采用锌-铬催化剂高压法来合成甲醇，并先后在吉化、兰化、太化等地投建。60年代由南京化学工业公司研究院开发出了中压铜基合成催化剂，从此开始在全国发展合成氨联产甲醇技术。70年代我国引进了ICI和鲁奇的低压合成甲醇技术。1995年,我国第一套自主研发的大型甲醇低压合成装置在上海投产。此后许多高校及设计院都先后开发了具有自主知识产权的甲醇合成工艺。自2000年以来，由于国内经济的快速增长，使得甲醇市场需求旺盛，加上新型煤化工产业的不断发展，各地先后投建了大量的煤制甲醇项目，甲醇产量及开工率也逐年上升。2000年我国的甲醇年产量只有100万t，到2010年，甲醇年产量达到1752万t，2013年国内甲醇生产能力为5886万t，占世界甲醇产能的50%以上，已经成为世界上最大的甲醇生产国，到2020年将达到10000万t。另一方面，2013年我国甲醇表观消费量为3287万t，占世界甲醇消费量的60%，已经成为世界上最大的甲醇消费国，而且随着烯烃工业的迅猛发展，到2020年，甲醇消费量将达到9600万t。目前国内甲醇消费量中最多的是甲醛、烯烃、二甲醚和甲醇燃料等。以2013年为例，甲醛占消费构成的27%，烯烃占19%，二甲醚占18%，甲醇燃料占11%。此外，甲醇羰基化合成醋酸、乙二醇、甲醛、MTBE等也是目前主要的甲醇衍生物[4]。不过也应该看到,在甲醇产能爆炸性增长及新建项目迅猛发展的同时，甲醇装置的开工率并未随之提高，而且受原料供应、新建装置调试、装置负荷波动等多种因素的影响，甲醇开工率波动较大。由于国内经济迅猛发展和原油、天然气价格上涨等因素影响，甲醇价格一路飙升，企业开工率也逐渐上升至70%以上，此后又逐年下降。目前我国的甲醇工业中，煤制甲醇比例约占64%，而天然气和焦炉煤气制甲醇比例约占18%，合成氨联醇占18%，形成了单-联并举、大小并举的行业发展格局。尽管采用天然气作为原料制取甲醇的成本和设备投资要远低于煤制甲醇，但我国的资源利用现状及国家能源政策决定了在相当长的时间内煤制甲醇将依然是甲醇的主要生产方向，而淘汰市场竞争力低、规模小的甲醇装置，实现装置规模大型化，大力开发新型节能降耗的合成工艺以及高效合成催化剂的研发将是目前甲醇合成工艺的发展方向及趋势。3煤制甲醇工业存在的问题及前景尽管甲醇作为一种新型能源，其下游应用十分广泛，但目前我国甲醇工业的发展也存在着一些问题。由于煤化工行业的过热发展，导致很多煤炭企业为了追求短期效益，不考虑市场竞争力就纷纷“入行”，使得新项目的开工率较低,一方面也反映出甲醇产能的过剩,加之下游市场发展相对滞后，使得许多投建企业面临巨大的生存和发展压力。目前我国甲醇下游产业多分布在华东、华北第5期任光我国煤制甲醇的工业现状及发展趋势分析•7•和华中地区，而大型甲醇企业多在西北、东北和西南等产煤地区,普遍存在着生产成本、设备成本和运输成本高的问题，沿海地区多以合成氨联醇为主，装置规模小,市场竞争力差。而我国的进口甲醇目前主要来自中东和北美，这些地区多以天然气为原料，生产成本低，甲醇到港价也只有900〜1500元左右。随着今后我国对甲醇需求量的进一步增长，部分化工企业势必会更多选择价格低廉的进口甲醇，这也将给国内甲醇市场带来很大的冲击。煤化工项目具有投资大、高能耗的特点，本身的投建及运营“门槛”就比较高，如果项目建成后不能正常运行，将会给企业的发展带来很大困难，同时也必将使一部分企业将今后的煤化工发展方向转至煤制油、煤制烯烃等其他方面,很可能会对今后一段时间的甲醇工业发展产生不利影响。煤制甲醇是国家煤化工产业的一个重要组成部分，也关系到国家的能源安全及未来化工行业的发展。针对目前的现状，国家已经出台了一系列产业政策进行干预控制，如“十二五”期间国家制定了《煤炭深加工示范项目规划》,加大了对煤化工行业的引导力度;2011年禁止百万吨以下的甲醇项目审批;2012年禁止以天然气为原料生产甲醇;2013年将年产百万吨以上的煤制甲醇项目的审批权收归国务院投资主管部门等。但与此同时，还应该加强对国内化工市场的宏观调控，稳定甲醇市场价格，同时从产业政策和技术开发等方面进行鼓励引导，合理布局,在发展传统甲醇深加工项目的同时，积极拓宽甲醇下游的应用领域，以保证目前运行的甲醇企业能够长期健康发展。除此之外，煤炭企业或煤化工企业在拟建、报批煤制甲醇项目的同时，必须要充分考虑国内外能源格局的变化以及甲醇的市场前景，在新建甲醇项目的同时也要合理配套一些以甲醇为原料的下游项目，如甲醇制烯烃、甲醇制二甲醚等项目，使企业在甲醇市场低迷、产能不能充分释放的情况下通过将甲醇进行深加工，转化为一种或几种下游市场需求旺盛的化工产品，延伸产业链条。使得企业在提高自身竞争力的同时，也能够促进其他化工行业的发展。但同时也要看到，作为一种基础化工原料，仅靠下游化工产业来提升甲醇的消费量和发展空间，其作用还是很有限的。随着世界各国环保意识和低碳经济理念的加强，煤炭清洁转化技术将是未来煤化工发展的主要方向，甲醇在新型车用替代燃料、甲醇燃料电池、甲醇制烯烃等方面将具有更加广阔的发展前景[5]，其中车用燃料领域的应用尤为引人瞩目，也将是未来中国能源结构多元化发展的重要方向。与汽油相比，甲醇作为燃料具有热效率高、燃料成本低、安全性好、尾气排放量低等优点，有研究表明，纯甲醇作为车用燃料的动力性不比汽油差[6]，而且在尾气排放上基本属于清洁燃料，对大气污染小。近年来在国内多家汽车企业的积极参与和研究单位的努力下，甲醇汽车的关键技术已经基本上得到解决，推广醇醚类燃料汽车的产业化已经成为了国家当前能源调整的一个重要方向，同时也已经在多个地区进行了推广，山西、陕西和上海是目前甲醇燃料示范性应用最快、最广泛的地区。但甲醇燃料的普及推广也存在着一些问题，如价格机制的确定、添加剂的统一规范、甲醇及尾气中甲醛、甲酸对燃油泵的腐蚀等[7]。只要这些问题得到彻底解决，甲醇燃料的需求量将会十分巨大，而且将会进一步带动全甲醇汽车、甲醇燃料电池的发展，必将成为甲醇需求量新的突破口和增长点。4结语在当前我国的资源现状及工业发展趋势下，以煤为原料生产甲醇将是我国最主要的甲醇生产方式，也符合我国的能源产业政策方针，特别是今后甲醇混掺汽油、甲醇燃料的大规模推广应用都将促进煤制甲醇的发展。但必须要考虑到市场的供需平衡，促进甲醇下游市场的开发，同时推动甲醇企业大型化、联产一体化发展,促进整个能源行业和化工产业结构的稳定。参考文献：[1]李士鹏.我国甲醇行业现状与发展建议[EB/O