1 四十年發展歷程

 

　　20世紀70年代后期，受石油危機影響，國內外企業和科研機構積極開展非石油路線制取低碳烯烴技術路線的研究。由于煤或天然氣經合成氣生產甲醇的技術已經比較成熟，因此，研究的重點在于“甲醇制低碳烯烴”技術的開發。

　　縱觀改革開放以來我國煤制烯烴行業40年發展歷程，先后經歷了“甲醇制低碳烯烴”自主技術研究開發、工業性試驗裝置建設、全球首套工業化示范裝置建設并成功投產、大規模商業化運營及升級示范等關鍵階段。

 

1.1 改革開放前十年（1978-1987）

 

　　中國科學院大連化物所自20世紀80年代初便開始了甲醇制低碳烯烴的研究工作，早期的研究集中在ZSM-5分子篩為基礎的催化劑方面，發展了5200系列多產乙烯催化劑（乙烯選擇性約30%）和M792系列高丙烯催化劑（丙烯選擇性50~60%），完成了實驗室小試。之后，在大連化物所建成了甲醇處理量300噸/年的固定床MTO中試工作。

　　為了避免反應器床層溫升過大和及時移出反應熱，固定床MTO裝置采用稀釋的甲醇（質量分數30%）為反應原料，同時利用甲醇脫水反應器（γ-A₁₂O₃催化劑，后改為分子篩催化劑）先將甲醇轉化為二甲醚（實際物料為甲醇、水、二甲醚的混合物）以預先去除部分反應熱。

 

1.2 改革開放第二個十年（1988-1997）

 

　　大連化物所利用固定床MTO中試裝置，驗證了催化劑性能，優化了反應工藝，并結合催化劑間歇再生完成了1000小時穩定性試驗。中試工作于1993年全面完成。從中試規模和技術指標來看，大連化物所固定床MTO中試工作均達到了同期最好水平，但總體上看，以改性ZSM-5分子篩催化劑為基礎的固定床MTO技術，乙烯的選擇性并不十分理想。

　　為了使合成氣制烯烴過程技術更加合理高效，90年代初，大連化物所開展了SAPO系列催化劑及相應流化床反應工藝的研究開發工作，并在國際上首創了“合成氣經由二甲醚制取低碳烯烴新工藝方法（SDTO工藝）”。該工藝由兩段反應構成，第一段反應是合成氣在金屬-沸石雙功能催化劑上高選擇性地轉化為二甲醚（耦合了合成甲醇與甲醇脫水兩個反應），第二段反應是二甲醚在SAPO-34分子篩催化劑上高選擇性地轉化為乙烯和丙烯等低碳烯烴，并經過以水為溶劑分離和提濃二甲醚的步驟，將兩端反應串接成完整的工藝過程。

　　甲醇制烯烴工業化技術正是基于SDTO中的二甲醚制烯烴（DTO）技術開發的。為了表明所發展的MTO工藝也可以用于DTO，將新工藝命名為（DMTO）。1995年，SDTO新工藝在上海青浦化工廠中試放大成功。

 

1.3 1999年-2007年發展歷程

 

　　改革開放第三個十年，是我國煤制烯烴產業取得突破性進展的時期，國內不同路線“甲醇制低碳烯烴”技術也取得階段性成果。

　　2004年8月，大連化物所、新興能源科技有限公司和中石化洛陽工程有限公司合作，進行甲醇制取低碳烯烴成套工業技術開發，啟動了世界首套萬噸級（日處理甲醇50噸）甲醇制烯烴工業性試驗裝置建設。該試驗裝置于2006年2月投料運行。通過投料試車、條件試驗、考核運行三個階段的工業試驗證明，50噸/日進料規模的裝置達到了設計預定參數和目標，能夠滿足反應-再生系統溫度、壓力、循環量、取熱和燒焦的要求，儀表控制和DCS系統工作正常。該工業性試驗裝置規模和技術指標均處于國際領先水平，為我國建設大型化工業示范裝置提供了技術基礎。

　　2007年，中國石化在北京燕山石化完成了100噸/天甲醇制烯烴（S-MTO）工業試驗，并于2008年完成了甲醇年進料180萬噸S-MTO工藝包的開發，具備了設計和建設大型MTO工業化裝置的條件。2010年4月，中原石化60萬噸/年（進料量）甲醇制烯烴項目于在濮陽開工建設。

 

1.4 最近十年發展歷程（2008-2017）

 

　　在2008年全球金融危機之后，在國內石油需求快速攀升而產量增長緩慢、國際油價日漸復蘇的背景下，我國以石油替代產品為主要方向的煤炭加工技術快速步入產業化軌道，煤制烯烴示范工程取得階段性成果。“十一五”末，神華包頭和神華寧煤、大唐多倫等3套大型煤制烯烴裝置陸續建成，其中，神華包頭60萬噸/年煤制烯烴示范工程是采用國內自主核心技術建設的世界首套大型化工業化裝置，2010年8月8日，該裝置一次開車成功并穩定運轉。

　　在其他“甲醇制低碳烯烴”技術方面，在DMTO基礎上，大連化物所開發了DMTO-Ⅱ技術。DMTO-Ⅱ工業試驗裝置于2009年7月投入試驗并打通全流程，并于2010年4月至5月進行了條件優化實驗。

　　“十二五”期間，通過總結神華包頭等項目建設運營經驗，國內多套煤制烯烴項目持續推進建設，到“十二五”末，我國煤制烯烴產業發展已初具規模，DMTO、DMTO-Ⅱ、S-MTO等自主工藝技術已在工業化項目中廣泛應用，并建設了清華大學流化床（FMTP）示范裝置（尚未投產）。

　　2011年1月起，神華包頭煤制烯烴項目投入商業化運營。同年，中原石化甲醇制烯烴項目也實現了成功運行。

　　2013年1月，寧波禾元甲醇制烯烴項目投料試車成功，該項目是我國首套在沿海地區建設的以外購甲醇為原料的大型甲醇制烯烴項目，開創了一條以外購甲醇為原料生產低碳烯烴的新途徑。

　　“十二五”期間，煤制烯烴產業發展取得了顯著成績。截至2015年底，我國煤制烯烴（包括甲醇制烯烴）產能已經達到862萬噸/年，當年產量達648萬噸。通過優化工藝技術和提升管理水平，各個項目基本實現了安全、穩定、長周期、高負荷運行，煤耗、水耗不斷下降，“三廢”處理和環保水平不斷提高。

　　經過“十二五”時期快速發展，隨著《現代煤化工產業創新發展布局方案》、《煤炭深加工產業示范“十三五”規劃》等文件的出臺，通過總結行業發展前期的經驗教訓，“十三五”時期，煤制烯烴行業更加規范，逐步進入到升級示范階段。

　　在新型低碳烯烴技術的開發方面，大連化物所等科研機構在合成氣直接制烯烴等技術領域已經取得積極進展，作了大量催化劑改進研究工作。合成氣直接制烯烴等技術起源于傳統的費托合成，目前，該工藝已完成600多小時穩定性單管試驗（催化劑裝填量4-5克，反應器16-20毫米），總體上C₂~C₄烯烴選擇性大于80%。

 

2 重大成就

 

2.1 自主知識產權技術獲得重大突破

 

　　經過我國幾代研究人員的努力，吸收傳統化工技術的經驗，以大連化物所DMTO、DMTO-Ⅱ技術和中國石化S-MTO等為代表的一批國內自主甲醇制烯烴科研成果已成功在大型煤制烯烴項目中示范應用。其中，大連化物所“甲醇制取低碳烯烴（DMTO）技術”獲得2014年度國家技術發明一等獎；中國石化“高效甲醇制烯烴全流程技術”和神華集團“煤制油品/烯烴大型現代煤化工成套技術開發及應用”均獲得2017年度國家科學技術進步獎一等獎。

 

2.2 產業化水平全球領先

 

　　隨著甲醇制烯烴關鍵核心技術取得重大突破，與產業配套的大型煤氣化、合成氣凈化、硫回收、大型甲醇合成等單元技術逐漸完善，我國煤制烯烴產業化步伐已處于世界領先水平。截至2017年底，我國已建成煤制烯烴項目10個，產能689萬噸/年，當年煤制烯烴產量571萬噸。

 

煤制烯烴已投產項目列表（單位：萬噸/年）

序號	項目業主	項目地點	規模	甲醇制烯烴技術
1	神華集團	內蒙古包頭	60	DMTO
2	神華寧煤集團	寧夏寧東	100（50×2）	MTP
3	大唐集團	內蒙古多倫	50	MTP
4	延長石油	陜西靖邊	60	DMTO
5	中煤集團	陜西榆林	60	DMTO
6	寧夏寶豐	寧夏寧東	60	DMTO
7	陜煤化集團	陜西蒲城	68	DMTO-Ⅱ
8	神華集團	新疆烏魯木齊	68	SHMTO
9	中天合創	內蒙古鄂爾多斯	130	S-MTO
10	青海鹽湖	青海格爾木	33	DMTO
	合計		689

 

　　除上述項目外，延安能化60萬噸/年煤制烯烴項目中安聯合70萬噸/年煤制烯烴項目正在建設，多個項目正在開展前期工作。

　　此外，我國也建設了一批外購甲醇制烯烴項目，以東部沿海地區為主。，因產品距離終端消費市場較近，乙丙烯下游產品更為豐富，不再局限于聚烯烴產品。2017年，外購甲醇制烯烴路線烯烴產量436萬噸。

 

甲醇制烯烴部分已投產項目列表（單位：萬噸/年）

序號	項目業主	項目地點	規模	甲醇制烯烴技術
1	中原石化	河南鶴壁	20	S-MTO
2	寧波富德（禾元）	浙江寧波	60	DMTO
3	惠生清潔能源	江蘇南京	30	UOP
4	山東神達	山東棗莊	33	DMTO
5	陽煤恒通	山東臨沂	30	UOP
6	神華集團	陜西榆林	60	DMTO
7	浙江興興	浙江嘉興	60	DMTO
8	富德（常州）	江蘇常州	33	DMTO
9	中煤蒙大	內蒙古鄂爾多斯	60	DMTO
10	江蘇斯爾邦	江蘇連云港	83	UOP
	合計		469

 

2.3 成為國內烯烴行業重要組成部分

 

　　乙烯、丙烯是化學工業的基石。我國富煤少油，以乙烯為代表的基礎石化原料短缺。煤制烯烴是發揮我國煤炭資源優勢，實現煤炭清潔高效利用的重要途徑，是我國經濟發展的重大需求，對我國經濟發展和國防安全具有重大戰略意義。

　　2009年前，國內烯烴生產基本全部來自蒸汽裂解裝置，原料結構中以石腦油、輕柴油、加氫尾油等液體為主，少量采用油田、煉廠輕烴等氣體原料。2010年以來，煤制烯烴、外購甲醇制烯烴等相繼實現產業化，我國烯烴產業形成多種原料路線并舉的格局。

　　2017年，來自煤（甲醇）制烯烴裝置的乙烯產量和丙烯產量分別為439萬噸和568萬噸，分別占當年乙烯產量的行業19.1%和20.3%。煤（甲醇）制烯烴產業已經成為我國烯烴行業的重要組成部分。

 

2.4 豐富了石化產業布局

 

　　隨著國內電子、汽車、裝備等加工制造業的產業轉移，中西部地區對各類石化原材料在品種、數量上的需求不斷增長。近年來，我國建設的煤制烯烴項目均布局在中西部煤炭資源富集地區，填補了中西部地區石化產業空白，為當地石化下游及相關產業發展提供了有競爭力的原料，也為后續烯烴與氯堿、冶金、電力、建材等相關產業融合發展創造了有力的條件。

 

2.5 經受住了低油價的考驗

 

　　2014年7月以來，國際原油價格跳水，國內煤炭、甲醇等生產資料價格的持續高位運行，造成了多家煤制烯烴企業經營業績下滑，但幾乎所有的煤制烯烴（MTO）生產企業仍實現了盈利，煤制烯烴產業經受住了低油價的考驗。因此，盡管近年來的低油價降低了投資煤炭深加工產業的熱度。由于煤制烯烴項目技術成熟可靠，盈虧平衡點相對較低，仍是“十三五”期間煤炭深加工行業投資的熱點。

 

3 主要經驗

 

3.1 依靠自主技術裝備

 

　　甲醇制烯烴的核心技術之一是催化劑，催化劑的性質和性能決定著甲醇制烯烴工藝技術的發展方向。DMTO、S-MTO等技術的成功開發使我國成為世界上第一個掌握自主知識產權全流程煤制烯烴技術的國家，實現了成套大型工業裝置的完全自主開發—設計—制造—建設—運行。

　　我國煤制烯烴產業經過“十一五”以來的快速發展，多噴嘴對置式水煤漿氣化、航天粉煤加壓氣化等自主氣化技術也在項目中得到廣泛應用，大型空分裝置、大型工藝壓縮機組、適用于苛刻條件的泵、閥等關鍵設備和控制系統實現了自主化，突破了超大超厚裝備設計及制造技術，實現了核心裝備的中國制造。

 

3.2 完善人才隊伍建設

 

　　煤制烯烴項目技術復雜，資金投入大，工程建設和生產運行難度較大，屬于系統工程，項目的成功運行，離不開技術研發、工程設計和建設、生產管理等方面專業人才的保障。

　　近年來，通過組織實施示范項目，開展技術研究、技術裝備等創新攻關，煤制烯烴生產企業、技術研發機構和裝備制造廠商數量進一步增加，形成了一批專業全面、結構合理的人才隊伍。相關企業和科研團隊具備較強的工程化經驗，對產業的良性發展奠定了重要基礎。

 

4 面臨的形勢

 

4.1 面臨的機遇

 

4.1.1 煤炭清潔高效開發利用

　　當前，我國煤炭資源仍以燃料利用為主，燃燒產生的污染物是工業污染物排放的主要來源，治理難度大，成本費用高，對大氣環境影響最大。因此，必須改進煤炭利用方式，選擇合理的加工轉化工藝和產品方案，實現煤炭資源的綜合利用和價值最大化。

　　我國發布的《能源發展戰略行動計劃（2014-2020年）》中提出：按照安全、綠色、集約、高效的原則，加快發展煤炭清潔開發利用技術，不斷提高煤炭清潔高效開發利用水平。將煤炭作為原料加以利用，可有效減少二氧化硫、氮氧化物和煙塵的排放，煤制烯烴等煤化工產業已經成為煤炭清潔高效利用的有效途徑。

 

4.1.2 原料路線多元化的需求

　　由于我國石油天然氣供求矛盾不斷加大，進口依存度逐年上升，能源供應安全問題日益突顯。為應對能源發展的新挑戰，我國實施節約優先、立足國內和綠色低碳的發展戰略，大力實施石化行業原料多元化，減輕對石油天然氣的嚴重依賴。

　　利用我國豐富的煤炭資源和先進的煤化工技術，適度有序發展非石油基烯烴產品，使我國石化工業的原料結構更加適應我國的資源結構，在避免原油進口依存度過快增長的同時，大幅提升基礎石化產品自給率，為增強我國能源體系安全提供重要保證。

 

4.1.3 烯烴下游市場前景廣闊

　　我國乙烯丙烯及下游產品市場廣闊，是世界烯烴及下游產品的最大生產地和消費市場之一。當前，煤制烯烴項目布局以中西部地區為主，遠離烯烴下游中心市場，受本地市場消納能力和運輸距離限制，絕大多數項目采用了聚合物加工方案，且以通用牌號的聚乙烯、聚丙烯為主。雖然此類產品方案附加值較低，產業鏈短，且通用牌號聚烯烴市場競爭壓力逐漸增大，但固體產品運輸方便，工藝技術成熟，實施難度較小，在國家穩步推進新型城鎮化和擴大內需等因素的拉動下，產品下游市場容量依舊較大，為煤基替代產品發展奠定了市場基礎。依靠成本競爭優勢打開市場，也成為西部煤制烯烴企業比較現實的選擇。

 

4.2 面臨的挑戰

 

4.2.1 海外低成本產品的沖擊

　　近年來，世界乙烯原料格局產生較大變化，以乙烷、丙烷、丁烷等輕烴為原料的乙烯產量已經超過以石腦油為原料的乙烯產量。

　　頁巖氣革命為美國乙烯工業提供了大量廉價乙烷，美國乙烯原料結構深度調整，石腦油和較重液體原料所占比重顯著減少。乙烷供應量的增長正在引發美國新一輪裂解裝置投資熱潮，未來10年，將有超過1000萬噸/年的新增乙烯產能陸續投產，且大多以乙烷為原料。美國乙烯及下游衍生物生產除滿足北美地區需求外尚有一定富裕，是世界主要的乙烯衍生物出口地區之一。

　　中東乙烯工業大量使用廉價的乙烷為原料，其乙烯成本在世界范圍內具有極強的競爭力。雖然該地區乙烷產量增長放緩，與上游煉廠聯合建設的混合進料裂解裝置所占產能比例逐步上升，但與我國石腦油蒸汽裂解制乙烯相比也仍將長期處于成本優勢地位。

　　總體來看，雖然近年來國內烯烴供應能力持續增長，但供需矛盾依舊較為突出，加之國外產品在成本或質量方面的優勢，使得我國乙、丙烯當量進口量依然呈現持續增長態勢，未來中東、北美等具有顯著成本優勢地區的乙烯下游產品仍將在我國市場上占有較大份額。

 

4.2.2 環境成本將大幅增加

　　煤制烯烴等現代煤化工項目規模較大，污染物排放和二氧化碳排放量較大。尤其在廢水方面，生產廢水經過技術處理后，雖然可以實現達標排放，但因項目多建設在西部地區，當地環境承載力差或沒有納污水體（黃河流域輕度污染，部分流域無環境容量，不允許廢水排入；西北諸河水質為優，但流量小，納污能力有限，且部分為國際河流，環境敏感），使得廢水不得不采取“零排放”方案，既增加了項目的生產成本，實際效果也很難保證。

　　此外，我國二氧化碳排放總量和單位GDP排放量已居世界首位，但因我國尚處于工業化和城鎮化進程中，仍需要大量能源支撐，因此，面臨著巨大的碳減排壓力。根據2014年11月中美聯合簽署的《中美氣候變化聯合聲明》，我國碳減排工作將從強度控制逐步轉變為總量控制。為應對以霧霾為代表的環境危機挑戰，順應發展低碳經濟以及轉變經濟發展方式的要求，我國陸續開征環境稅和試點碳交易，對煤制烯烴項目效益和競爭力帶來影響。

 

4.2.3 水資源承載力不足

　　我國煤炭資源與水資源逆向分布特點較為突出，煤炭儲量主要分布在昆侖山—秦嶺—大別山以北地區，其煤炭資源占全國的90%；我國淡水資源主要集中在南方，昆侖山—秦嶺—大別山以北地區水資源僅占21%；北方主要煤炭產地人均水資源占有量和單位國土面積水資源保有量僅為全國水平的1/10。

　　我國西北富煤地區水資源總量和人均水資源量指標偏低，西部地區一些正在進行的大型煤化工項目和擴建項目因水資源遲遲不能落實而影響建設進度，用水矛盾極為突出，水資源已經成為煤化工發展的最大瓶頸和制約因素。此外，用水價格大幅度提升，也將嚴重影響煤化工成本競爭力。黃河水權轉換供水成本約為10~20元/噸，水資源費為0.5元/噸，部分地區煤化工用水價格已經高達12元/噸或以上水平，遠高于海水淡化價格。