在我國“富煤、缺油、少氣”的化石資源稟賦特點及下游石化產(chǎn)品消費持續(xù)旺盛的雙重推動下，我國現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，已成為石油化工的重要補充。煤制烯烴作為現(xiàn)代煤化工領(lǐng)域重要組成部分之一，近年來技術(shù)推廣及產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，產(chǎn)品市場份額不斷擴大，成為現(xiàn)代煤化工中經(jīng)濟效益最好、產(chǎn)能增長最快的分支領(lǐng)域。2019年，我國石油對外依存度已達72%，能源安全問題引起行業(yè)高度關(guān)注。在此背景下，持續(xù)推進煤制烯烴技術(shù)進步和產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，對于節(jié)約寶貴的石油資源、滿足石化產(chǎn)品消費增長需求、保障國家能源安全具有重要意義。
1、煤制烯烴技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
煤制烯烴是目前我國生產(chǎn)烯烴的重要工藝技術(shù)之一，其以煤為原料通過氣化、變換、凈化、合成等過程首先生產(chǎn)甲醇，再用甲醇生產(chǎn)烯烴(乙烯+丙烯)，進而生產(chǎn)聚烯烴(聚乙烯、聚丙烯)等下游產(chǎn)品，其中煤制甲醇、烯烴聚合制聚烯烴均為傳統(tǒng)的成熟技術(shù)，而甲醇制烯烴則是近年來開發(fā)成功的新技術(shù)，也是煤制烯烴的核心技術(shù)環(huán)節(jié)。
甲醇制烯烴的基本反應(yīng)過程是甲醇首先脫水為二甲醚(DME)，二甲醚再脫水生成低碳烯烴(乙烯、丙烯、丁烯)，少量低碳烯烴以縮聚、環(huán)化、烷基化、氫轉(zhuǎn)移等反應(yīng)生成飽和烴、芳烴及高級烯烴等。
目前甲醇制烯烴主要有MTO技術(shù)和MTP技術(shù)兩種。MTO技術(shù)是將甲醇轉(zhuǎn)化為乙烯和丙烯混合物的工藝，除了生成乙烯、丙烯外，還有丁烯等副產(chǎn)物；MTP技術(shù)是將甲醇主要轉(zhuǎn)化成丙烯的工藝，除了生成丙烯外，還有乙烯、液化石油氣(LPG)、石腦油等產(chǎn)物。
在這兩種技術(shù)中，具備煤炭資源的企業(yè)可采用煤為原料經(jīng)過合成氣生產(chǎn)甲醇，然后再用甲醇生產(chǎn)烯烴；不具備煤炭資源的企業(yè)(如沿海地區(qū)企業(yè))，可采用外購甲醇(如進口甲醇)直接生產(chǎn)烯烴。
幾種典型甲醇制烯烴技術(shù)
目前代表性的甲醇制烯烴技術(shù)主要包括：由UOP(美國公司)和Hydro(挪威公司)共同開發(fā)的UOP/Hydro MTO工藝，德國Lurgi公司的MTP工藝，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的DMTO工藝，中國石化上海石油化工研究院的SMTO工藝，神華集團SHMTO工藝，清華大學(xué)的循環(huán)流化床甲醇制丙烯(FMTP)工藝等。
(1)UOP/Hydro MTO工藝
該工藝以粗甲醇或產(chǎn)品級甲醇為原料生產(chǎn)聚合級乙烯/丙烯，反應(yīng)采用流化床反應(yīng)器，反應(yīng)溫度為400～500℃，壓力為0.1～0.3MPa，乙烯+丙烯選擇性可達80%，乙烯和丙烯的摩爾比可為0.75～1.50；其催化劑型號為MTO-100，主要成分是SAPO-34(硅、鋁、磷)。
為提高產(chǎn)品氣中乙烯和丙烯的收率，UOP公司開發(fā)了將甲醇制烯烴工藝與C4、C5烯烴催化裂解工藝(olefins cracking process，OCP)進行耦合的技術(shù)，其雙烯(乙烯+丙烯)選擇性可高達85%～90%，并可在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)乙烯/丙烯比。
2008年，UOP與Total公司合作，在比利時費魯建立了MTO和OCP工藝聯(lián)用的甲醇制烯烴一體化示范工程項目，項目甲醇處理量為10t/d，驗證了其一體化工藝流程和放大到百萬噸級工業(yè)化規(guī)模的可靠性。具體工藝流程圖見文獻。
2011年，惠生(南京)清潔能源股份有限公司取得UOP公司授權(quán)，建設(shè)產(chǎn)能29.5萬噸/年烯烴的甲醇制烯烴工業(yè)化裝置，于2013年9月首次成功開車，并產(chǎn)出合格產(chǎn)品。
繼之，UOP公司相繼授權(quán)建設(shè)山東陽煤恒通化工股份有限公司(30萬噸/年)、久泰能源公司(60萬噸/年)和江蘇斯?fàn)柊钍邢薰?82萬噸/年)、吉林康乃爾公司(60萬噸/年)4個甲醇制烯烴項目，前兩個項目分別于2015年6月和2019年1月建成投產(chǎn)，后兩個項目正在建設(shè)之中。
2018年1月，UOP公司在江蘇省張家港市的MTO催化劑生產(chǎn)廠建成投產(chǎn)，將進一步滿足中國市場煤制烯烴裝置對MTO催化劑的需求。
(2)Lurgi MTP工藝
德國魯奇(Lurgi)公司從1996年開始研發(fā)MTP工藝，使用德國南方化學(xué)公司(Sudchemie)的沸石基改性ZSM-5催化劑，該催化劑具有較高的低碳烯烴選擇性；2004年5月，其甲醇處理能力360kg/d的工業(yè)示范試驗取得成功。該工藝由3臺固定床反應(yīng)器組成(2臺運行、1臺備用)，每臺反應(yīng)器有6個催化劑床層，但實質(zhì)上其反應(yīng)器有兩種形式可供選擇，即固定床反應(yīng)器(只生產(chǎn)丙烯)和流化床反應(yīng)器(可聯(lián)產(chǎn)乙烯/丙烯)。
通常生產(chǎn)過程中，Lurgi MTP工藝的目的產(chǎn)品是丙烯，首先甲醇脫水轉(zhuǎn)化為二甲醚，然后二甲醚、甲醇和水進入第一臺MTP反應(yīng)器，反應(yīng)在400～450℃、0.13～0.16MPa下進行，甲醇和二甲醚的轉(zhuǎn)化率為98.99%以上，丙烯為主要產(chǎn)品，也副產(chǎn)部分乙烯、LPG和汽油產(chǎn)品；同時，設(shè)置第2臺和第3臺MTP反應(yīng)器，以獲得更高的丙烯收率(達到71%)。
2010年12月，采用魯奇MTP技術(shù)的神華寧煤50萬噸/年煤基聚丙烯項目打通全流程，并于2011年4月產(chǎn)出合格聚丙烯產(chǎn)品，首次實現(xiàn)MTP技術(shù)在我國推廣應(yīng)用。2011年9月，采用魯奇MTP技術(shù)的我國大唐多倫46萬噸/年煤基甲醇制丙烯項目建成投產(chǎn)，2012年3月首批優(yōu)級聚丙烯產(chǎn)品成功下線。
2014年8月，采用魯奇MTP技術(shù)的神華寧煤50萬噸/年MTP二期項目打通全流程。神華寧煤在全球享有魯奇MTP技術(shù)15%的專利許可權(quán)益，通過技術(shù)自主創(chuàng)新實現(xiàn)了MTP催化劑的國產(chǎn)化開發(fā)與工業(yè)應(yīng)用，現(xiàn)已開發(fā)出MTP工藝第二代低成本高性能多級孔道ZSM-5分子篩催化劑。
(3)中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所DMTO工藝
中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所(簡稱大連化物所)在20世紀80年代開始進行MTO研究工作，90年代初在國際上首創(chuàng)“合成氣經(jīng)二甲醚制取低碳烯烴新工藝方法(簡稱SDTO法)”。該工藝由兩段反應(yīng)構(gòu)成，第一段反應(yīng)是合成氣在以金屬沸石雙功能催化劑上高選擇性地轉(zhuǎn)化為二甲醚，第二段反應(yīng)是二甲醚在SAPO-34分子篩催化劑上高選擇性地轉(zhuǎn)化為乙烯、丙烯等低碳烯烴，之后通過技術(shù)攻關(guān)簡化為合成氣經(jīng)甲醇直接制取烯烴，采用SAPO-34分子篩催化劑，在密相床循環(huán)流化床反應(yīng)器上實現(xiàn)甲醇到烯烴的催化轉(zhuǎn)化，其催化劑牌號包括DO123系列(主產(chǎn)乙烯)和DO300系列(主產(chǎn)丙烯)。
2004年，大連化物所、陜西新興煤化工科技發(fā)展有限公司和中國石化洛陽石化工程公司合作，進行了DMTO成套工業(yè)技術(shù)的開發(fā)，建成萬噸級甲醇制烯烴工業(yè)試驗裝置，于2006年完成工業(yè)試驗，甲醇轉(zhuǎn)化率近100%，C= 2～C=4選擇性達90%以上。
2010年8月，采用DMTO工藝的全球首套百萬噸級工業(yè)化裝置——神華集團內(nèi)蒙古包頭煤制烯烴項目建成投運。該項目包括180萬噸/年煤基甲醇裝置、60萬噸/年聚烯烴(聚乙烯、聚丙烯)聯(lián)合石化裝置，甲醇轉(zhuǎn)化率達到99.9%以上，乙烯+丙烯選擇性達到80%以上，產(chǎn)品符合聚合級烯烴產(chǎn)品規(guī)格要求。
在DMTO工藝基礎(chǔ)上，大連化物所進一步開發(fā)了DMTO-Ⅱ工藝。
該工藝增加了C4以上重組分裂解單元，即將烯烴分離單元產(chǎn)出的C4及C4以上組分進入裂解反應(yīng)器，裂解反應(yīng)器采用流化床反應(yīng)器，催化裂解單元使用催化劑與甲醇轉(zhuǎn)化所用催化劑相同，在流化床反應(yīng)器內(nèi)，實現(xiàn)C4+組分的催化裂解，生成以乙烯、丙烯為主的混合烴產(chǎn)品。所得混合烴與甲醇轉(zhuǎn)化產(chǎn)品氣混合，進入分離系統(tǒng)進行分離。通過增加裂解單元，可將乙烯、丙烯收率由80%提高到85%左右，使1t輕質(zhì)烯烴的甲醇單耗由3t降低到2.6～2.7t，雙烯收率較DMTO工藝提高10%。
該工藝C4+轉(zhuǎn)化反應(yīng)和甲醇轉(zhuǎn)化反應(yīng)使用同一催化劑，甲醇轉(zhuǎn)化和C4+轉(zhuǎn)化系統(tǒng)均采用流化床工藝，實現(xiàn)了甲醇轉(zhuǎn)化和C4+轉(zhuǎn)化系統(tǒng)相互耦合。2014年12月，DMTO-Ⅱ工業(yè)示范裝置在陜西蒲城清潔能源化工有限公司開車成功，生產(chǎn)出聚合級丙烯和乙烯。
此外，甘肅平?jīng)鋈A泓匯金煤化工有限公司也將在其70萬噸/年烯烴項目中采用DMTO-Ⅱ技術(shù)。近年來，DMTO技術(shù)已在國內(nèi)二十多套裝置得到工業(yè)應(yīng)用和技術(shù)許可，合計烯烴產(chǎn)能超過1000萬噸/年。11月9日，第三代甲醇制烯烴(DMTO-Ⅲ)技術(shù)在北京通過了中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會組織的科技成果鑒定。該技術(shù)大連化物所研發(fā)，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)。在DMTO-Ⅲ技術(shù)開發(fā)方面，大連化物所團隊對甲醇制烯烴多尺度過程進行了深入研究，建立了從分子篩反應(yīng)擴散到反應(yīng)器內(nèi)催化劑積碳分布的理論方法，發(fā)展了通過催化劑積碳調(diào)控烯烴選擇性的技術(shù)路線。在此基礎(chǔ)上，基于新一代甲醇制烯烴催化劑，開發(fā)了甲醇處理量大、副反應(yīng)少、可靈活實現(xiàn)催化劑運行窗口優(yōu)化的高效流化床反應(yīng)器，完成了千噸級中試試驗。
(4)中國石化SMTO工藝
中國石化上海石油化工研究院于2000年開始MTO技術(shù)研發(fā)。2007年，該院與中國石化工程建設(shè)公司合作開發(fā)出SMTO成套技術(shù)，并在北京燕山石化建成100t/d的SMTO工業(yè)試驗裝置。
該技術(shù)采用自主研發(fā)的SMTO-1催化劑，甲醇轉(zhuǎn)化率大于99.5%，乙烯+丙烯的選擇性大于81%，乙烯+丙烯+丁烯的選擇性大于91%。2008年該院完成了甲醇年進料180萬噸SMTO工藝包開發(fā)。2011年10月，采用SMTO工藝的中原石化甲醇制烯烴示范項目一次開車成功，裝置規(guī)模為年加工甲醇60萬噸，生產(chǎn)10萬噸聚乙烯、10萬噸聚丙烯。
2011年10月，中天合創(chuàng)煤制烯烴煤炭深加工示范項目打通全流程，產(chǎn)出合格聚乙烯、聚丙烯，該項目位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯，采用GE水煤漿氣化技術(shù)及SMTO技術(shù)，主要包括360萬噸/年甲醇、2×180萬噸/年甲醇制烯烴、67萬噸/年聚乙烯、70萬噸/年聚丙烯，是目前世界最大的煤制烯烴項目。
2017年1月，位于安徽淮南的中安聯(lián)合煤化一體化項目復(fù)工，該項目采用中國石化單噴嘴干粉煤氣化爐(SE爐)及SMTO技術(shù)，分兩期進行，一期工程建設(shè)170萬噸/年煤制甲醇及轉(zhuǎn)化烯烴和衍生產(chǎn)品。
此外，采用SMTO工藝的還有河南鶴壁60萬噸/年、貴州織金60萬噸/年煤制烯烴等項目。SMTO技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用結(jié)果表明，其乙烯選擇性為42.10%，丙烯選擇性為37.93%，C2～C4選擇性89.87%，甲醇轉(zhuǎn)化率99.91%，甲醇單耗2.92t/t，生焦率1.74%。
(5)神華集團SHMTO工藝
2010年，世界首套大型工業(yè)化甲醇制烯烴裝置(采用DMTO技術(shù))在神華包頭一次投料試車成功后，神華集團通過該示范裝置的工業(yè)化運營過程中積累的豐富經(jīng)驗，進行了大量新工藝與技術(shù)的開發(fā)，包括MTO新型催化劑(SMC-1)的開發(fā)、MTO新工藝的開發(fā)，于2012年成功研發(fā)了新型甲醇制烯烴催化劑SMC-1，并將其用于包頭MTO裝置。
同年，神華集團申請了甲醇轉(zhuǎn)化為低碳烯烴的裝置及方法的專利，并完成了180萬噸/年新型甲醇制烯烴(SHMTO)工藝包的開發(fā)。2012年9月，采用SHMTO工藝的神華新疆甘泉堡180萬噸/年甲醇制68萬噸/年烯烴項目投料試車成功，該裝置工業(yè)化運行效果表明，其乙烯選擇性為40.98%，丙烯選擇性為39.38%，C2～C4選擇性90.58%，甲醇轉(zhuǎn)化率99.70%，生焦率2.15%。
(6)清華大學(xué)FMTP工藝
由清華大學(xué)、中國化學(xué)工程集團公司、淮化集團聯(lián)合開發(fā)的流化床甲醇制丙烯工藝(簡稱FMTP工藝)，2009年10月在安徽淮化集團完成工業(yè)試驗，采用SAPO-18/34分子篩催化劑和流化床反應(yīng)器，其甲醇進料量4250kg/h,甲醇轉(zhuǎn)化率99.9%，產(chǎn)物中丙烯/乙烯比例1.18∶1，乙烯+丙烯選擇性達到70.6%。
FMTP工藝總體而言是對MTP工藝的改進，可將丙烯/乙烯比例從1.2∶1調(diào)節(jié)到1∶0(全丙烯產(chǎn)出)。利用該技術(shù)生產(chǎn)以丙烯為主的烯烴產(chǎn)品，雙烯(乙烯+丙烯)總收率可達88%，原料甲醇消耗為2.62t/t雙烯。
采用FMTP技術(shù)，甘肅平?jīng)鋈A亭煤業(yè)集團正在建設(shè)我國第一套流化床甲醇制丙烯裝置，該項目年消耗甲醇60萬噸，年產(chǎn)聚丙烯16萬噸，液化氣1.9萬噸,丙烷2.1萬噸，汽油1.4萬噸,燃料氣0.8萬噸,甲基叔丁基醚(MTBE)2.8萬噸。預(yù)計2021年建成投產(chǎn)。
幾種典型工藝主要技術(shù)指標(biāo)對比分析
總體歸納分析，幾種典型甲醇制烯烴工藝主要技術(shù)指標(biāo)對比見表1。
從表1可以看出，除了Lurgi公司MTP工藝采用固定床反應(yīng)器、ZSM-5分子篩催化劑外，其他幾種技術(shù)均采用流化床反應(yīng)器、SAPO-34催化劑。從技術(shù)指標(biāo)看，大連化物所DMTO-II技術(shù)雙烯收率最高(95%)，DMTO技術(shù)次之(86%)；甲醇消耗DMTO-II技術(shù)最低(2.67t/t)，中國石化SMTO技術(shù)次之(2.82t/t)；幾種技術(shù)的甲醇轉(zhuǎn)化率均超過99%。
綜合比較工藝特點與技術(shù)指標(biāo)，目前國內(nèi)對甲醇制烯烴技術(shù)認可度最高的是DMTO技術(shù)，UOP技術(shù)在附加OCP裝置才有一定優(yōu)勢，SMTO技術(shù)目前只針對中國石化集團下屬公司，暫未對外技術(shù)轉(zhuǎn)讓，SHMTO技術(shù)公開數(shù)據(jù)較少，因此未來具備競爭優(yōu)勢的MTO技術(shù)應(yīng)屬國內(nèi)工藝。
從上述幾種典型工藝的實際應(yīng)用情況看，目前我國煤制烯烴項目中所采用的工藝技術(shù)較為多樣化，國內(nèi)外技術(shù)均有涉及，但整體上以大連化物所DMTO技術(shù)應(yīng)用推廣最為廣泛，據(jù)不完全統(tǒng)計，截止目前該技術(shù)已許可工業(yè)化裝置25套，涉及烯烴產(chǎn)能1458萬噸/年，其中投產(chǎn)14套，烯烴產(chǎn)能776萬噸/年，市場占有率67.9%。
UOP/Hydro MTO工藝工業(yè)化許可8套，產(chǎn)能352萬噸/年；已投產(chǎn)6套，產(chǎn)能289萬噸/年。中國石化SMTO工藝工業(yè)化許可6套，產(chǎn)能337萬噸/年；已投產(chǎn)3套，產(chǎn)能227萬噸/年。加上神華SHMTO工藝在新疆甘泉堡180萬噸/年甲醇制68萬噸/年烯烴項目，目前國內(nèi)煤(甲醇)制烯烴裝置共24套，總產(chǎn)能1360萬噸/年。
根據(jù)中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會發(fā)布的《2020年重點石化產(chǎn)品產(chǎn)能預(yù)警報告》，2019年我國乙烯+丙烯總產(chǎn)能6963萬噸/年(其中乙烯2902萬噸/年、丙烯4061萬噸/年)，由此估算煤(甲醇)制烯烴產(chǎn)能已占到我國烯烴總產(chǎn)能的19.5%，其在我國烯烴生產(chǎn)中的地位日益凸顯。
2、煤/甲醇制烯烴技術(shù)生產(chǎn)成本與經(jīng)濟性分析
1、裝置規(guī)模、投資及生產(chǎn)成本分析
典型甲醇制烯烴裝置規(guī)模為甲醇進料360萬噸/年，聚烯烴(聚乙烯+聚丙烯)120萬噸/年。例如中天合創(chuàng)360萬噸/年煤制甲醇(包括2套180萬噸/年)、137萬噸/年甲醇制烯烴裝置，其聚烯烴裝置包括2套35萬噸/年聚丙烯、1套30萬噸/年全密度聚乙烯、25萬噸/年管式法高壓LDPE和12萬噸/年釜式高壓LDPE裝置。
單條生產(chǎn)線規(guī)模為甲醇180萬噸/年、聚烯烴(聚乙烯+聚丙烯)60萬噸/年，例如神華包頭煤制甲醇(180萬噸/年)、60萬噸/年甲醇制烯烴裝置(包括1套30萬噸/年聚乙烯、1套30萬噸/年聚丙烯裝置)。一般而言，煤制烯烴裝置單條生產(chǎn)線投資約150億元，如果加上乙烯、丙烯聚合單元，全部投資約210億元。
煤制烯烴、外購甲醇制烯烴的產(chǎn)品成本構(gòu)成分別如圖1、圖2所示。
從圖1看出，在煤制烯烴成本構(gòu)成中，原料煤費用僅占總成本的22%，但設(shè)備折舊與財務(wù)費用占比達到49%。從圖2看出，在外購甲醇直接制烯烴成本構(gòu)成中，設(shè)備折舊與財務(wù)費用僅占9%，但原料甲醇費用占比高達74%。
由此可見，影響煤制烯烴生產(chǎn)成本的主要因素是設(shè)備折舊與財務(wù)費用，煤價變化僅是影響生產(chǎn)成本的次要因素，這是由于煤制烯烴生產(chǎn)工藝流程長、一次性投資高，因此其設(shè)備折舊費高；而甲醇直接制烯烴由于工藝流程短，一次性投資少，因此生產(chǎn)成本主要取決于原料甲醇價格變化，其設(shè)備折舊費在總成本中占比較小。
2、煤/甲醇制烯烴技術(shù)經(jīng)濟性分析
(1)煤制烯烴經(jīng)濟性
煤制烯烴工藝生產(chǎn)1t烯烴耗煤量約7t、新鮮水耗約22t。以鄂爾多斯原料煤(5500cal坑口煤，單價300元/噸)測算，典型煤制烯烴裝置烯烴生產(chǎn)成本6300～6800元/噸(含稅)，其中原料煤、燃料煤、水耗、催化劑消耗等可變成本占總成本的40%左右，財務(wù)費用及設(shè)備折舊等占45%～50%，人工費、管理費及運費等占10%～15%。
在當(dāng)前聚烯烴產(chǎn)品市場價格(2020年1月上旬華東市場聚乙烯現(xiàn)貨均價約8200元/噸、聚丙烯均價約9500元/噸)條件下，煤制烯烴有較好的盈利水平。由于烯烴價格隨原油價格波動，油價越高，烯烴價格越高。
經(jīng)本文作者測算，煤制烯烴在油價30美元/桶下有現(xiàn)金流，40美元/桶能夠?qū)崿F(xiàn)盈利，在油價50美元/桶時能夠?qū)崿F(xiàn)較好盈利；在65～75美元/桶油價下，煤制烯烴成本與石腦油制烯烴成本相當(dāng)，具有較好盈利水平；當(dāng)油價在85美元/桶以上時，煤制烯烴稅后利潤可達1865元/噸，可滿足新建裝置內(nèi)部收益率大于12%的要求，盈利能力強。
值得指出的是，2014年下半年國際原油價格出現(xiàn)斷崖式下跌，此后兩三年的低油價曾使包括煤制烯烴在內(nèi)的煤化工企業(yè)承受巨大壓力。近兩年來，國際油價企穩(wěn)回升，基本上在50～65美元/桶中位震蕩，因此煤制烯烴普遍實現(xiàn)較好盈利。
然而，2020年3月6日，由于OPEC+減產(chǎn)聯(lián)盟談判破裂，疊加1月下旬爆發(fā)的新型冠狀肺炎疫情影響，國際原油價格再次出現(xiàn)斷崖式下跌，4月20日WTI原油期貨價格收于-37.63美元/桶，出現(xiàn)歷史上首次負油價；進入5月后，OPEC+減產(chǎn)協(xié)議生效，油價開始逐漸回升，至6月上旬在40美元/桶水平低位運行。
預(yù)計隨著2020年年底全球新冠疫情的形勢逐漸好轉(zhuǎn)，國際原油價格回升至50美元/桶左右屬于大概率，在此情景下煤制烯烴仍將重回盈利時期。
(2)甲醇制烯烴經(jīng)濟性
外購甲醇制烯烴工藝烯烴消耗甲醇約2.7t/t，水耗約3t/t。在外購甲醇制烯烴成本構(gòu)成中，甲醇原料成本占比在70%以上，其成本變化與原油價格變化有較大關(guān)聯(lián)。油價上升，外購甲醇制烯烴成本增加、利潤縮減。
經(jīng)本文作者測算，在低原油價格(30美元/桶)條件下，典型外購甲醇制烯烴裝置烯烴生產(chǎn)成本與煤制烯烴成本(約6000元/噸)相當(dāng)，但高于石腦油制烯烴成本(約4500元/噸)；在50美元/桶油價下，外購甲醇制烯烴成本約7500元/噸，高于煤制烯烴成本(約7000元/噸)及石腦油制烯烴成本(約6000元/噸)；油價上漲到70美元/桶時，外購甲醇制烯烴成本上升到8500元/噸，而此油價下煤制烯烴與石腦油制烯烴成本相當(dāng)(約7000元/噸)；油價上漲到100美元/桶時，外購甲醇制烯烴成本上升到約9500元/噸，與石腦油制烯烴成本相當(dāng)，已經(jīng)高于煤制烯烴成本(7500元/噸)約26%。可見外購甲醇制烯烴能否盈利，其關(guān)鍵取決于穩(wěn)定、低價的甲醇來源。
3、煤制烯烴技術(shù)發(fā)展趨勢分析
經(jīng)過多年快速發(fā)展，目前煤制烯烴技術(shù)已全面實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，但技術(shù)水平仍有進一步提升的空間，未來煤制烯烴技術(shù)發(fā)展趨勢主要包括以下幾個方面。
(1)提升全流程技術(shù)自主化水平，盡快擺脫國外技術(shù)制約
根據(jù)工業(yè)與信息化部2015年8月公布的《煤制烯烴行業(yè)規(guī)范條件》，新建和改擴建的煤制烯烴項目鼓勵采用具有我國自有知識產(chǎn)權(quán)、先進可靠的潔凈煤氣化、空分、凈化、硫回收、甲醇合成、甲醇制烯烴、烯烴分離等系列工藝技術(shù)。
其關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合下列要求：氣化工藝應(yīng)采用加壓氣流床氣化技術(shù)，碳轉(zhuǎn)化率不小于98%，冷煤氣效率不小于70%；空分單套裝置制氧能力不小于6×104m3/h；凈化工藝中“CO+H2”損失率不大于0.5%；硫回收工藝中硫回收率不小于99.5%；甲醇合成工藝中1t甲醇消耗新鮮氣量不大于2250m3；甲醇制烯烴(MTO)工藝1t烯烴消耗甲醇不大于3.06t，甲醇制丙烯(MTP)工藝1t丙烯消耗甲醇不大于3.5t；烯烴分離工藝烯烴回收率不小于99.5%。
從目前煤制烯烴全生產(chǎn)流程所采用的技術(shù)來看，甲醇制烯烴環(huán)節(jié)都是采用國產(chǎn)化DMTO技術(shù)，而煤氣化技術(shù)部分采用國內(nèi)多噴嘴水煤漿氣化技術(shù)、加壓粉煤氣化技術(shù)等，部分采用美國GE公司水煤漿氣化技術(shù)，粗煤氣凈化技術(shù)采用德國林德公司低溫甲醇洗，甲醇合成工段采用英國戴維公司技術(shù)，烯烴分離采用美國ABB魯姆斯和Univation公司技術(shù)，HDPE采用英力士淤漿環(huán)管技術(shù)，LLDPE采用美國Univation氣相流化床聚合工藝，聚丙烯采用美國陶氏公司技術(shù)或英力士氣相法聚合工藝。
由此可見，我國煤制烯烴全流程技術(shù)自主化程度并不高，技術(shù)成套性及其關(guān)鍵設(shè)備仍然是制約瓶頸，需要加大成套技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用步伐。
(2)開發(fā)新型催化劑，進一步提升甲醇制烯烴技術(shù)水平
近幾年國內(nèi)浙江石化、恒力石化、盛虹石化以及中國石油、中國石化的多個大型煉化一體化項目陸續(xù)投產(chǎn)，未來3～5年新的大型煉化一體化項目產(chǎn)能也將陸續(xù)釋放。
根據(jù)中國石油化學(xué)與工業(yè)聯(lián)合會發(fā)布的《2020重點化工產(chǎn)品產(chǎn)能預(yù)警報告》統(tǒng)計，2019年乙烯將新增產(chǎn)能352萬噸/年，總產(chǎn)能將達到2902萬噸/年，預(yù)計2025年我國乙烯總產(chǎn)能將超過5000萬噸/年；2019年丙烯新增產(chǎn)能約441萬噸/年，合計產(chǎn)能將突破4061萬噸/年，預(yù)計2025年丙烯總產(chǎn)能將達到5600萬噸/年；如果已公布的在建和擬建丙烷脫氫45個項目如期建成，丙烯總產(chǎn)能將超過6200萬噸/年。
在國內(nèi)烯烴總產(chǎn)能快速增長的背景下，煤制烯烴企業(yè)的產(chǎn)品營銷和經(jīng)濟效益無疑面臨嚴峻挑戰(zhàn)。甲醇制烯烴作為煤制烯烴核心技術(shù)，仍有進一步改進提高的空間，未來主要是研發(fā)新一代MTO催化劑，降低催化劑生焦速率，提高丙烯、乙烯收率，并且可靈活調(diào)整丙烯和乙烯比例，增強抗風(fēng)險能力。
針對MTP技術(shù)能耗高、丙烯收率低等突出問題，研發(fā)新型MTP催化劑，降低噸烯烴甲醇單耗，同時優(yōu)化技術(shù)工藝路線降低能耗，對C4、C5等副產(chǎn)物進行深加工利用，提高經(jīng)濟效益。
(3)科學(xué)布局項目產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提升產(chǎn)品差異化、高端化水平
我國煤制烯烴產(chǎn)業(yè)發(fā)展雖然很快，但產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一、同質(zhì)化現(xiàn)象嚴重，市場競爭激烈；同時隨著我國2015年嚴苛的環(huán)保法規(guī)出臺，多處規(guī)劃的煤制烯烴項目面臨環(huán)評被拒的局面。未來煤制烯烴項目需要更多理性分析、完善規(guī)劃以及差異化產(chǎn)品。
目前我國的乙烯、丙烯產(chǎn)能依然有較大缺口，當(dāng)前重點仍然是加大科技研發(fā)投入，在完善相關(guān)工藝技術(shù)的同時，實現(xiàn)產(chǎn)品的差異化、高端化水平。
在國際原油價格中位運行(50美元/桶左右)前提下，煤制烯烴具有經(jīng)濟性，加之聚烯烴消費市場需求強勁，煤制烯烴的發(fā)展?jié)摿Σ豢傻凸溃窈蟮陌l(fā)展方向主要是加強新產(chǎn)品技術(shù)研發(fā)，努力開發(fā)高端化、差異化、功能化產(chǎn)品，提高產(chǎn)品附加值，例如開發(fā)茂金屬聚烯烴彈性體、超高分子量聚乙烯、雙峰聚烯烴等高端聚烯烴產(chǎn)品，提高管材、醫(yī)用料、車用料、電子電力用薄膜、燃氣管道等高端專用料的生產(chǎn)比例，提升產(chǎn)品的附加值。
除生產(chǎn)聚烯烴外，還應(yīng)生產(chǎn)環(huán)氧乙烷/環(huán)氧丙烷、丁辛醇、丙烯酸及酯、丙烯腈，同時利用好副產(chǎn)物C4、C5、LPG等；除此之外，運用智能化、信息化手段提升經(jīng)營管理水平，減少運維環(huán)節(jié)中的資源浪費，降低生產(chǎn)成本。
(4)生產(chǎn)技術(shù)向環(huán)境友好型轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)污染物零排放
從煤化工面臨的煤/水資源供給及清潔生產(chǎn)現(xiàn)狀分析，煤制烯烴面臨水資源供給、清潔生產(chǎn)及碳排放等多方面的壓力。
首先，煤制烯烴裝置必須建在煤炭資源富集區(qū)(生產(chǎn)1t烯烴需要約8t煤)，以降低煤的運輸成本；同時裝置所在地必須具備豐富的水資源(煤制烯烴技術(shù)1t烯烴耗水量約20t)，這與我國煤、水資源“逆向分布”狀況相矛盾。
其次，煤制烯烴的CO2排放數(shù)量大，煤中75%的碳要轉(zhuǎn)化為CO2排放掉，一套60萬噸/年煤制烯烴裝置年排放CO2約600萬噸。目前我國已經(jīng)開始啟動碳交易，將逐步對高碳排放企業(yè)征收碳稅，煤化工作為碳稅征收主要對象之一，無疑將面臨碳排放壓力。
第三，煤制烯烴“三廢”排放量大，廢水主要是有機廢水和含鹽廢水，廢渣主要是粉煤灰、煤矸石、鍋爐灰渣、汽化爐渣、脫硫石膏等，廢氣中主要有害物質(zhì)是SO2、H2S、NOx、煙塵、烴類及其他有機物等。
隨著我國對環(huán)境保護的高度重視和日趨嚴格的環(huán)保政策，煤制烯烴清潔生產(chǎn)也面臨巨大壓力。從目前發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢看，煤制烯烴將更加重視采用先進節(jié)水技術(shù)和廢水、廢氣及廢渣處理回用技術(shù)，進一步減少水耗，實現(xiàn)污染物“零排放”，同時積極開發(fā)利用碳捕獲、儲存及利用(CCUS)技術(shù)，減少碳排放，在實現(xiàn)清潔生產(chǎn)的同時，降低烯烴生產(chǎn)成本。
目前我國在建或已建的CCUS項目有12個，包括一些大型煤炭和電力企業(yè)開始嘗試CCUS技術(shù)研發(fā)和示范工程，如中國石化勝利油田燃煤電廠100萬噸/年的CCUS項目、神華集團鄂爾多斯10萬噸/年CCS等示范項目等。
值得一提的是，目前我國建成運行的絕大多數(shù)現(xiàn)代煤化工項目，其廢水、廢渣處理與回用技術(shù)水平已經(jīng)取得顯著進步，能夠?qū)崿F(xiàn)近“零排放”，今后需要持續(xù)加強技術(shù)創(chuàng)新，加強CO2利用技術(shù)開發(fā)，降低裝置運行成本，提高煤制烯烴項目的經(jīng)濟性。
(5)煤經(jīng)合成氣直接制烯烴技術(shù)優(yōu)勢明顯，需要持續(xù)加大研發(fā)力度
我國現(xiàn)已投產(chǎn)的煤制烯烴項目，均是先將合成氣轉(zhuǎn)化為甲醇，再通過MTO或MTP技術(shù)采用甲醇制烯烴，該技術(shù)路線成熟并得到大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用，但與煤基合成氣直接制烯烴技術(shù)相比，也存在技術(shù)復(fù)雜、工藝流程長、轉(zhuǎn)化效率較低的不足。
2019年9月，大連化物所與陜西延長石油(集團)合作完成煤經(jīng)合成氣直接制低碳烯烴技術(shù)的工業(yè)中試試驗，該技術(shù)路線摒棄了傳統(tǒng)的高水耗和高能耗的水煤氣變換制氫過程以及中間產(chǎn)物(如甲醇和二甲醚等)轉(zhuǎn)化工藝，從原理上開創(chuàng)了一條低耗水(反應(yīng)中沒有水循環(huán)，不排放廢水)進行煤經(jīng)合成氣一步轉(zhuǎn)化的新途徑。
該新工藝流程短，水耗和能耗低，技術(shù)優(yōu)勢明顯，如果下一步工業(yè)試驗取得成功，可望成為現(xiàn)有煤制烯烴技術(shù)的新一代替代工藝，有必要持續(xù)加大研發(fā)力度，以期早日實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。
4、結(jié)語
面對我國油氣對外依存度逐年上升的能源安全問題以及不斷增長的國內(nèi)石化產(chǎn)品消費需求，發(fā)展煤制烯烴是對石油烯烴的重要補充。
經(jīng)過我國煤化工科研工作者與煤化工行業(yè)的共同努力，煤制烯烴技術(shù)總體上已經(jīng)成熟，我國已經(jīng)成為全球煤制烯烴、甲醇制烯烴技術(shù)的引領(lǐng)者，煤制烯烴技術(shù)在我國得到大規(guī)模工業(yè)推廣已是不爭的事實，也是目前盈利能力最好、發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮默F(xiàn)代煤化工領(lǐng)域。
但煤制烯烴技術(shù)仍有進一步提升改進的空間，尤其是需要加快技術(shù)創(chuàng)新，早日擁有具有自主知識產(chǎn)權(quán)的煤制烯烴全流程一體化成套技術(shù)，同時做好下游產(chǎn)品布局與新產(chǎn)品開發(fā)，持續(xù)降低裝置能耗、水耗、煤耗及CO2排放量，做好“三廢”處理與回收利用，加快CO2儲存及利用技術(shù)研發(fā)，持續(xù)推動煤制烯烴清潔化、高質(zhì)量發(fā)展。
值得石化行業(yè)關(guān)注的是，近年來我國煤制烯烴產(chǎn)能快速增長，對石油烯烴市場的沖擊正在不斷加大，未來石油烯烴與煤制烯烴的競爭將不斷加劇，為此，需要立足行業(yè)特點，發(fā)揮石油化工與煤化工行業(yè)自身優(yōu)勢，加快技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，努力實現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)差異化、高端化，促進石油化工與煤化工優(yōu)勢互補，推動我國化工行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。
