——煤制芳烴產(chǎn)業(yè)發(fā)展剖析之二

    技術(shù)水平能否撐得起產(chǎn)業(yè)發(fā)展是業(yè)界對煤制芳烴的第二個疑惑。清華大學(xué)教授、流化床甲醇制芳烴技術(shù)首席專家魏飛上周表示，這一點(diǎn)已經(jīng)無需擔(dān)憂。由于實現(xiàn)了諸多突破，我國流化床甲醇制芳烴技術(shù)總體處于世界領(lǐng)先水平，使項目業(yè)主一開始就站在行業(yè)技術(shù)前沿，企業(yè)后續(xù)的發(fā)展更主動、發(fā)展后勁也更足。
    攻堅克難波折不斷
    魏飛介紹，煤制芳烴是指以煤為原料，經(jīng)氣化制得合成氣，再由合成氣生成甲醇，甲醇經(jīng)催化轉(zhuǎn)化制得混合芳烴，混合芳烴再經(jīng)芳烴聯(lián)合裝置最終轉(zhuǎn)化為苯、對二甲苯、鄰二甲苯等芳烴產(chǎn)品的工藝技術(shù)。其中，最核心、最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是甲醇制芳烴。
    國際上甲醇制芳烴的研究始于20世紀(jì)70年代，美國美孚公司率先開發(fā)出甲醇制汽油工藝，其汽油組分里含有一定量的芳烴，之后對基于分子篩催化劑的甲醇制芳烴有了一定的研究。但由于美國并不缺少石油，其研究主要側(cè)重于對催化劑配方及反應(yīng)機(jī)理的探索，并無工業(yè)化應(yīng)用實踐。
    中國于20世紀(jì)80年代開始甲醇制芳烴研究。新世紀(jì)以來，隨著石油供應(yīng)緊張和油價不斷上漲，國內(nèi)研究開始加速加碼并取得了可喜進(jìn)展。
    但早期的甲醇制芳烴技術(shù)準(zhǔn)確地說應(yīng)稱為甲醇制汽油技術(shù)，因為無論是美孚還是中科院山西煤化所的技術(shù)，雖然其液相烴基收率可達(dá)63%～91%，但最終產(chǎn)物均以烷烴為主，芳烴含量不超過45%，另有部分烯烴和環(huán)烷烴，這樣的組成更接近汽油組分。而且，由于產(chǎn)物種類繁多，分離價值不高，更適合作為油品添加劑進(jìn)行銷售，而非作為芳烴聯(lián)合裝置的原料。加之美孚等現(xiàn)有的技術(shù)均采用固定床工藝，裝置規(guī)模較�。�目前國內(nèi)最大單套裝置僅20萬噸/年），無法與芳烴后續(xù)加工裝置——芳烴聯(lián)合裝置進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性匹配（目前芳烴聯(lián)合裝置最小經(jīng)濟(jì)規(guī)模為50萬噸/年，至少需要配套5套20萬噸/年規(guī)模的甲醇制汽油裝置，設(shè)備多、工藝路線長、占地面積和投資大，項目經(jīng)濟(jì)效益差），使其在制備芳烴和應(yīng)用方面受阻。
    新世紀(jì)以來，中科院大連化物所、中石化上海化工研究院以及陜西煤業(yè)化工集團(tuán)等單位又分別開發(fā)了甲醇甲苯制對二甲苯技術(shù)。其中，中石化上�；�工研究院還與中石化揚(yáng)子石化聯(lián)手，建成一套5000噸/年工業(yè)化示范裝置并成功運(yùn)行。這些技術(shù)的推出，一定程度上豐富了芳烴工藝路徑，促進(jìn)了石油化工與煤化工的耦合。
    但甲醇甲苯制對二甲苯技術(shù)同樣存在不足。一方面，甲醇甲苯制對二甲苯是在已有的芳環(huán)上接上另一個甲基，其原料中必須擁有穩(wěn)定的甲苯供給。由于煉油廠甲苯通常作為中間物料，商品量極其有限，使得甲醇甲苯制對二甲苯通常很難形成獨(dú)立工廠，更多的是依賴煉油廠。是對現(xiàn)有芳烴裝置進(jìn)行擴(kuò)能增產(chǎn)，很難大規(guī)模擴(kuò)大我國芳烴產(chǎn)能。另一方面，甲醇甲苯制對二甲苯的目標(biāo)產(chǎn)品比較單一，投資風(fēng)險較大。這些因素，同樣制約了技術(shù)的推廣應(yīng)用。
    四大突破國際領(lǐng)先 　　
    為徹底擺脫原料制約和對煉廠的依賴，從2000年開始，清華大學(xué)開始流化床制芳烴技術(shù)攻關(guān)，并于2010年在全球率先成功開發(fā)出流化床甲醇制芳烴工藝技術(shù)。2011年至2013年，清華大學(xué)與華電煤業(yè)集團(tuán)合作，共同建設(shè)運(yùn)行3萬噸/年流化床甲醇制芳烴工業(yè)化試驗裝置，并開發(fā)了60萬噸/年工藝包。
    新技術(shù)實現(xiàn)了四大突破：
    一是打通了由煤制取芳烴的關(guān)鍵步驟——甲醇制芳烴。新技術(shù)僅以甲醇為原料，先使甲醇在催化劑作用下脫水生成二甲醚，繼而轉(zhuǎn)化為低碳烯烴；低碳烯烴通過齊聚、環(huán)化反應(yīng)，得到混合芳烴（苯、甲苯、二甲苯），最后通過芳烴聯(lián)合裝置得到對二甲苯。整個過程的甲醇轉(zhuǎn)化率高達(dá)99.99%，產(chǎn)品中芳烴占74.47%，氫氣占2.24%（若以液相烴計，總芳烴含量高達(dá)99%，其中，對二甲苯含量超過50%、“三苯”含量超過85%），可作為高品質(zhì)的芳烴聯(lián)合裝置的原料方便地生產(chǎn)國內(nèi)短缺的對二甲苯。
    二是首次開發(fā)了以微、納米ZSM-5分子篩混合體為基礎(chǔ)的流化床甲醇制芳烴專用催化劑。該催化劑能夠同時實現(xiàn)甲醇芳構(gòu)化、輕烴芳構(gòu)化和苯/甲苯甲醇烷基化，還具有抗金屬燒結(jié)、積碳與水熱三重失活等功能，滿足了工業(yè)化生產(chǎn)對催化劑壽命與活性的要求。而且，所開發(fā)的催化劑原料組分易得、無毒、無害、不含貴金屬，能夠顯著降低工業(yè)化應(yīng)用的成本和難度。
三是采用兩段內(nèi)構(gòu)件循環(huán)流化床技術(shù)，實現(xiàn)了反應(yīng)溫度的均勻性控制和物料返混的抑制，并通過催化劑連續(xù)循環(huán)再生，解決了反應(yīng)溫度控制難、催化劑容易積碳失活等問題�！　　�
四是采用兩段構(gòu)件湍動流化床再生器，實現(xiàn)了低溫?zé)龤�、高溫�(zé)�炭的再生功能，有效緩解了催化劑的水熱失活問題。
    工業(yè)推廣靈活落地 　　
    流化床甲醇制芳烴工藝技術(shù)一經(jīng)問世，立即引起國外能源化工行業(yè)的極大關(guān)注，并被中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會組織的鑒定委員會確認(rèn)為“技術(shù)達(dá)到同類技術(shù)國際領(lǐng)先水平”。目前，該技術(shù)已經(jīng)取得2項省部級技術(shù)成果，申請國家發(fā)明專利30余項，授權(quán)20項，有10多家單位有意向采用該技術(shù)進(jìn)行芳烴生產(chǎn)。其中，已經(jīng)完成項目可行性研究的超過5家。
“流化床甲醇制芳烴技術(shù)的原料為甲醇，項目的建設(shè)可以選擇具有豐富煤炭資源的西部區(qū)域，也可選擇能夠便捷進(jìn)口廉價甲醇的東部沿海地區(qū)，項目選址更加靈活；并可根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)物的不同，進(jìn)行產(chǎn)品組合調(diào)整，比如可以多產(chǎn)苯、對二甲苯或碳九等產(chǎn)品。一旦實現(xiàn)工業(yè)化推廣應(yīng)用，在提升我國芳烴工業(yè)整體競爭力的同時，也能為企業(yè)帶來豐厚回報，促進(jìn)芳烴及關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。”石油和化學(xué)工業(yè)規(guī)劃院院長助理李志堅這樣表示。