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机电工程师
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甲醇生产技术及市场? 甲醇生产技术及市场 范新南 (上海化工研究院 上海 200062) 白尔铮 (上海石化研究院) 2008-04-28 0 概述 甲醇既是重要有机化工原料,又是极有前途的替代燃料之一。甲醇主要用作甲醛、甲基叔丁基醚(MTBE)、醋酸、甲基丙烯酸甲酯(MMA)等原料。作为替代 燃料,除与汽油掺混外,甲醇燃料电池即将工业化。近年来,由于国际油价的攀升,甲醇制烯烃的MTO工艺即将进入工业化运行,从而将进一步推动甲醇工业的发 展。据美国斯坦福研究所(SRI)的预测,到2010年全球甲醇生产能力可望从48000kt/a上升到64000kt/a,而2015年则可达 72000kt/a。 1 甲醇生产工艺及其新进展 传统甲醇生产工艺主要包括合成气发生、甲醇和成和甲醇精制三个部分。以ICI技术为例,采用低压法甲醇合成以Cn-ZnO-AhO3为催化剂,反应温度为255℃,压力为5~10MPa,总能耗为36GJ/t。在国外几乎所有甲醇装置都采用天然气路线。主要技术为ICI、Lurgi、Topsoe等少数专利商所掌握。据SRI的统计,就市场份额而言,ICI占61%,Lurgi占27%。 当前国外甲醇工业的一个重要发展动向是装置的大型化。根据Lurgi公司提出的百万吨级甲醇装置,即Mega Methanol概念,在天然气价格为0.5美元/MMBtu(柑当于人民币0.15元/m3)下,要使甲醇生产成本从200美元/t以上下降到80美元/t。 为此,ICI在合成气发生方面,推出以先进天然气加热转化炉(AGHR)的二段转化工艺替代传统蒸汽转化工艺(SMR):Lurgi推出与ICI类似的将 蒸汽转化与部分氧化物相结合的组合转化工艺(CR);Topsoe推出的是与氢气回收循环相结合的自热转化工艺(ATR)。现ICI的AGHR工艺已用于 Methanex公司的6500y/d装置,Lurgi的CR工艺已被9个工厂所采用,Topsoe的ATR工艺将用于尼日利亚7500t/d工厂,并为 联产聚乙烯和聚丙烯为400kt/a的MTO工厂提供原料。 在甲醇 合成反应器 方面,各专利商也有其自身特点。ICI采用的冷激型反应器,催化剂分为四层,各层间以菱形分散系统喷入冷激气调节反应温度,其优点是结构 简单,易于大型化,因此国外大型甲醇厂故多采用此反应器,但不足之处是床层温差较大。 Lurgi采用的甲醇合成反应器有水冷和气冷两个反应器组成,前者只装载1/3催化剂,但反应温度较高,可使50%合成气在其中反应,余下合成气在后者进 行,因反应温度较低,更有利于化学平衡。由于循环比降低一半,能耗也下降一半。Topsoe采用3台串联反应器,按照其“收集”(collect)、“混 合”(mix)和“分配”(distribute)概念,使催化剂得到最有效的利用。其它新型反应器包括Limde的螺旋管感应器、日本三菱瓦斯化学的超 转化反应器、日本东洋的多段间接冷却的MRF反应器等。 根据SRI对上述3家专利商甲醇生产的经济性评估,ICI因反应器结构简单投资费用最低,Topsoe其次,Lurgi最高,但投资费用更多的是与装置规 模相关。以ICI工艺为例,5000t/d的投资费用约4.93亿美元,10kt/d为6.80亿美元,15kt/d为8.88亿美元。如5000t/d 的平均投资费用为1的话,10kt/d和15kt/d的平均投资费用分别为0.76和0.67。 在甲醇规模相同的情况下,甲醇生产成本主要与天然气的价格相关。以ICI工艺为例,在5000t/d规模下,天然气价格为0.5美元/MMBtu时,甲醇 生产成本为96.8美元/t,天然气价格为0.75美元/MMBtu时,甲醇生产成本分别为104.8美元/t和128.5美元/t。 目前国外以天然气为原料生产甲醇的新进展,主要是由Starchem开发、Foster Wheeler代理的基于膜分离技术的高氧空气、催化部分氧化、甲醇合成和排放气氢气回收相结合为一体的新工艺,称Starchem Methnol Process。据称,该工艺可比传统工艺节省投资费用25%~40%,每吨甲醇成本可降低25~50美元,1套9000t/d的甲醇装置正在设计中。 甲醇工业的技术进展还包括Air Products&Chemicals(APC)公司和Eastman化学公司共同开发的液相法工艺(LEMEOH)。由于有效地改善了传热过 程,甲醇合成可在等温条件下进行。另外,该工艺可与发电装置相结合,因而对原料CO和H2的化学计量比无严格要求,不过自1997 年在田纳西州Kingsport建成工业示范装置(300 t/d)后,至今还未见更大规模的新装置建成投产。据称,该工艺存在的主要问题是催化剂活性随运转时间的延长而不断下降,所以催化剂的稳定性又成为 LPMEOH工艺难以进一步推广的主要因素。 研发中的甲醇合成路线包括甲烷直接制甲醇、CO2加氢合成甲醇等。然而离工业化尚有较大距离。 由于石油和天然气价格的上涨,致使基于煤化工的甲醇路线重新被人关注。一些用于发电的煤气化技术,如Texaco的水煤浆气化技术、Shell和GSP的 粉煤气化技术开始用于甲醇生产的合成气发生工序。为了综合利用煤炭资源,煤基多联产系统IGCC开始问世,目前全世界已经建成或正在建设的IGCC项目已 不少于20项,如Eastman的IGCC就是将发电与甲醇、醋酸等化工生产结合在一起。我国山东衮矿集团也在建设IGCC,其中包括400kt/a甲 醇、500kt/a醋酸、250kt/a醋酸乙烯等。由于过程相互耦合,理论上可大大减少电厂投资和运行费用,又可减少污染,因而电厂而言应有较好经济效 益,但对甲醇装置而言,受发电“峰谷”影响难以满负荷运行。 我国甲醇生产因天然气欠丰富,主要采用煤为原料的合成路线。为发展大型煤基甲醇在引进气化炉技术的消化阶段基础上,华东理工大学、兖矿鲁南化肥厂、中国天 辰化学工程公司共同开发成功“新型(多喷嘴对置)水煤浆气化炉”技术。以兖矿1000t/d(合成气7.1万m3/h,标态)的示范装置为例,与 Texaco水煤浆工艺和Shell粉煤气化工艺的指标比例见表1和表2。从表可见,新气化炉总投资比Shell节省3600万元。 我国钢铁产量已占世界首位,钢铁工业带动焦化工业。焦炉气因含大量CH4和H2(以体积计,H2 45%~59%,CH4 23%~28%)是生产甲醇新原料。若我国焦炭产量以1.77亿t计算,可副产煤气722.5亿m3,考虑45%~55%回炉,再加部分作钢铁厂燃料利民用燃料,余下约180~235亿m3,以每吨甲醇消耗2325m3焦炉气计算,可生产甲醇7700~10000kt。日前由化工部第二设计院设计的80kt/a装置已在云南投入运行,600kt/a装置正在陕西建设之中,从而为我国甲醇生产开辟了一条新的原料路线。 在甲醇反应器制造和催化剂开发方面也取得了长足的进步。其中林达公司开发的等温型反应器采用在催化剂床层可自由伸缩活动装配的冷管束,用管内冷气吸收管外 反应热,管内冷气与催化剂床层反应气并流换热和逆流间接换热。目前该反应器使用的最大产能已达300 kt/a,使用该反应器厂家有22个,总产能超过1170kt/a。此外,华东理工大学开发的绝热-管壳式、内冷-管壳式、径向流动式反应器也各有其特 点。 西南化工研究设计院长期从事 甲醇合成催化剂 研究。近期开发的XNC-98催化剂正在国内24套甲醇装置上使用,活性超过ICI-51-7,达到ICI- 51-8水平。南京化工公司研究院开发的NC307即C307中低压甲醇合成催化剂,其选择性与国外名牌产品处于同一水平,综合性能达到或优于国内同类催 化剂,从2002年起该催化剂已在20多套装置上使用,其中包括河南集团的300kt/a装置。应用结果表明,操作温区宽,甲醇收率高,粗甲醇质量好,催 化剂寿命长。 2 市场供需 据SRI统计,截止2006年底全球甲醇生产能力已接近48000 kt/a,2006年总需求量达36800 kt。若按地区分,亚太地区产能为14100kt/a,占全球总产能的30%;中东非洲地区产能为12170kt,占25%;北美地区产能仅 600kt/a,占1.2%;南美地区产能为12560kt/a,占26%;世界其它地区产能为8540kt/a,占17.8%。未来5年全球甲醇需求将 以5.6%的年均增长率递增。其中MMA为4.7%,醋酸为6.4%,而甲醛将以3.2%的速率递增。由于美国天然气价格较高,加之对MTBE的禁用,甲 醇产能仅600 kt/a。中东和南美地区因富有天然气已成为目前世界最重要甲醇生产基地。预计到2010年和2015年全球甲醇产能将分别达64000kt和 72000kt。 目前,我国甲醇生产企业大约有200家,2006年生产能力约为11170kt/a,同年产量为7622.5kt,进口量和出口量分别为1128 kt和190kt,是世界第二大甲醇消费国。与中东等甲醇生产国相比,我国甲醇生产装置规模偏小,超过100kt/a的装置只有四川维尼纶厂、大庆油田甲 醇厂、上海焦化公司、榆林天然气化工公司,长庆油田等几家。甲醇消费结构大致与国外类似,甲醛是最大消费领域,占40%,其次是MTBE和醋酸,分别占 6%和7%。但近年来甲醇在燃料方面应用发展较快,尽管国家尚未出台相关政策和标准,但甲醇燃料消费已成为驱动甲醇消费的重要动力之一。 另外,未来国内甲醇消费增长的另一个重要驱动力将是以甲醇为原料的二甲醚和乙烯、丙烯等低碳烯烃的消费。2006年8月,由中科院大连化物所和中石化洛阳 工程公司合作开发的MTO万t/a级示范装置的成功运行,使陕西榆林的榆横工业区有可能成为年产3000 kt甲醇和1000 h乙烯年的甲醇消费量约分别为12500kt和20000kt。但专家指出,甲醇燃料的安全性和可能性,MTO工艺的技术经济性却尚待进一步验证。所以现 在盲目建设大型甲醇及甲醇制烯烃的MTO装置也许会有较大风险。 查看更多 4个回答 . 1人已关注
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简介
职业:江苏诚信药业有限公司 - 机电工程师
学校:江汉大学 - 化学与环境工程学院
地区:台湾省
个人简介:万里路人于我终是海,爱你是三万里程的孤单。查看更多
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