在我國“富煤、缺油、少氣”的化石資源稟賦特點(diǎn)及下游石化產(chǎn)品消費(fèi)持續(xù)旺盛的雙重推動(dòng)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(bǔ)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(chǎng)份額不斷擴(kuò)大，成為現(xiàn)代煤化工中經(jīng)濟(jì)效益最好、產(chǎn)能增長最快的分支領(lǐng)域。2019年，我國石油對(duì)外依存度已達(dá)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(jìn)煤制烯烴技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，對(duì)于節(jié)約寶貴的石油資源、滿足石化產(chǎn)品消費(fèi)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(jìn)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(jí)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(jìn)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(tuán)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(jí)甲醇為原料生產(chǎn)聚合級(jí)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(dá)80%，乙烯和丙烯的摩爾比可為0.75～1.50；其催化劑型號(hào)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(jìn)行耦合的技術(shù)，其雙烯(乙烯+丙烯)選擇性可高達(dá)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(shí)費(fèi)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(xiàng)目，項(xiàng)目甲醇處理量為10t/d，驗(yàn)證了其一體化工藝流程和放大到百萬噸級(jí)工業(yè)化規(guī)模的可靠性。具體工藝流程圖見文獻(xiàn)。
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(gè)甲醇制烯烴項(xiàng)目，前兩個(gè)項(xiàng)目分別于2015年6月和2019年1月建成投產(chǎn)，后兩個(gè)項(xiàng)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(jìn)一步滿足中國市場(chǎng)煤制烯烴裝置對(duì)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(yàn)取得成功。該工藝由3臺(tái)固定床反應(yīng)器組成(2臺(tái)運(yùn)行、1臺(tái)備用)，每臺(tái)反應(yīng)器有6個(gè)催化劑床層，但實(shí)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(jìn)入第一臺(tái)MTP反應(yīng)器，反應(yīng)在400～450℃、0.13～0.16MPa下進(jìn)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(shí)，設(shè)置第2臺(tái)和第3臺(tái)MTP反應(yīng)器，以獲得更高的丙烯收率(達(dá)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(xiàng)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(shí)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(xiàng)目建成投產(chǎn)，2012年3月首批優(yōu)級(jí)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(xiàng)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(shí)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(jí)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(jiǎn)稱大連化物所)在20世紀(jì)80年代開始進(jìn)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(jiǎn)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(jiǎn)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(shí)現(xiàn)甲醇到烯烴的催化轉(zhuǎn)化，其催化劑牌號(hào)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(jìn)行了DMTO成套工業(yè)技術(shù)的開發(fā)，建成萬噸級(jí)甲醇制烯烴工業(yè)試驗(yàn)裝置，于2006年完成工業(yè)試驗(yàn)，甲醇轉(zhuǎn)化率近100%，C= 2～C=4選擇性達(dá)90%以上。
2010年8月，采用DMTO工藝的全球首套百萬噸級(jí)工業(yè)化裝置——神華集團(tuán)內(nèi)蒙古包頭煤制烯烴項(xiàng)目建成投運(yùn)。該項(xiàng)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(dá)到99.9%以上，乙烯+丙烯選擇性達(dá)到80%以上，產(chǎn)品符合聚合級(jí)烯烴產(chǎn)品規(guī)格要求。
在DMTO工藝基礎(chǔ)上，大連化物所進(jìn)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(jìn)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(shí)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(jìn)入分離系統(tǒng)進(jìn)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(shí)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(jí)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(xiàng)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(jì)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(huì)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(shí)產(chǎn)權(quán)。在DMTO-Ⅲ技術(shù)開發(fā)方面，大連化物所團(tuán)隊(duì)對(duì)甲醇制烯烴多尺度過程進(jìn)行了深入研究，建立了從分子篩反應(yīng)擴(kuò)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(shí)現(xiàn)催化劑運(yùn)行窗口優(yōu)化的高效流化床反應(yīng)器，完成了千噸級(jí)中試試驗(yàn)。
(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(yàn)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(jìn)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(xiàng)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(xiàng)目打通全流程，產(chǎn)出合格聚乙烯、聚丙烯，該項(xiàng)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(xiàng)目。
2017年1月，位于安徽淮南的中安聯(lián)合煤化一體化項(xiàng)目復(fù)工，該項(xiàng)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(jìn)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(xiàng)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(tuán)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(tuán)通過該示范裝置的工業(yè)化運(yùn)營過程中積累的豐富經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)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(tuán)申請(qǐng)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(xiàng)目投料試車成功，該裝置工業(yè)化運(yùn)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(tuán)公司、淮化集團(tuán)聯(lián)合開發(fā)的流化床甲醇制丙烯工藝(簡(jiǎn)稱FMTP工藝)，2009年10月在安徽淮化集團(tuán)完成工業(yè)試驗(yàn)，采用SAPO-18/34分子篩催化劑和流化床反應(yīng)器，其甲醇進(jìn)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(dá)到70.6%。
FMTP工藝總體而言是對(duì)MTP工藝的改進(jìn)，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(dá)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(tuán)正在建設(shè)我國第一套流化床甲醇制丙烯裝置，該項(xiàng)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(jì)2021年建成投產(chǎn)。
幾種典型工藝主要技術(shù)指標(biāo)對(duì)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(duì)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(diǎn)與技術(shù)指標(biāo)，目前國內(nèi)對(duì)甲醇制烯烴技術(shù)認(rèn)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(shì)，SMTO技術(shù)目前只針對(duì)中國石化集團(tuán)下屬公司，暫未對(duì)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(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的MTO技術(shù)應(yīng)屬國內(nèi)工藝。
從上述幾種典型工藝的實(shí)際應(yīng)用情況看，目前我國煤制烯烴項(xiàng)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(jì)，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(chǎng)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(xiàng)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(huì)發(fā)布的《2020年重點(diǎn)石化產(chǎn)品產(chǎn)能預(yù)警報(bào)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(jì)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(jìn)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(fèi)用僅占總成本的22%，但設(shè)備折舊與財(cái)務(wù)費(fèi)用占比達(dá)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(cái)務(wù)費(fèi)用僅占9%，但原料甲醇費(fèi)用占比高達(dá)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(cái)務(wù)費(fèi)用，煤價(jià)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(fèi)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(jià)格變化，其設(shè)備折舊費(fèi)在總成本中占比較小。
2、煤/甲醇制烯烴技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析
(1)煤制烯烴經(jīng)濟(jì)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(jià)300元/噸)測(cè)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(cái)務(wù)費(fèi)用及設(shè)備折舊等占45%～50%，人工費(fèi)、管理費(fèi)及運(yùn)費(fèi)等占10%～15%。
在當(dāng)前聚烯烴產(chǎn)品市場(chǎng)價(jià)格(2020年1月上旬華東市場(chǎng)聚乙烯現(xiàn)貨均價(jià)約8200元/噸、聚丙烯均價(jià)約9500元/噸)條件下，煤制烯烴有較好的盈利水平。由于烯烴價(jià)格隨原油價(jià)格波動(dòng)，油價(jià)越高，烯烴價(jià)格越高。
經(jīng)本文作者測(cè)算，煤制烯烴在油價(jià)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(jià)50美元/桶時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)較好盈利；在65～75美元/桶油價(jià)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(jià)在85美元/桶以上時(shí)，煤制烯烴稅后利潤可達(dá)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(qiáng)。
值得指出的是，2014年下半年國際原油價(jià)格出現(xiàn)斷崖式下跌，此后兩三年的低油價(jià)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(jià)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(shí)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(jià)格再次出現(xiàn)斷崖式下跌，4月20日WTI原油期貨價(jià)格收于-37.63美元/桶，出現(xiàn)歷史上首次負(fù)油價(jià)；進(jìn)入5月后，OPEC+減產(chǎn)協(xié)議生效，油價(jià)開始逐漸回升，至6月上旬在40美元/桶水平低位運(yùn)行。
預(yù)計(jì)隨著2020年年底全球新冠疫情的形勢(shì)逐漸好轉(zhuǎn)，國際原油價(jià)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(shí)期。
(2)甲醇制烯烴經(jīng)濟(jì)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(jià)格變化有較大關(guān)聯(lián)。油價(jià)上升，外購甲醇制烯烴成本增加、利潤縮減。
經(jīng)本文作者測(cè)算，在低原油價(jià)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(jià)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(jià)上漲到70美元/桶時(shí)，外購甲醇制烯烴成本上升到8500元/噸，而此油價(jià)下煤制烯烴與石腦油制烯烴成本相當(dāng)(約7000元/噸)；油價(jià)上漲到100美元/桶時(shí)，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%?？梢娡赓徏状贾葡N能否盈利，其關(guān)鍵取決于穩(wěn)定、低價(jià)的甲醇來源。
3、煤制烯烴技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)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(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，但技術(shù)水平仍有進(jìn)一步提升的空間，未來煤制烯烴技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)主要包括以下幾個(gè)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(kuò)建的煤制烯烴項(xiàng)目鼓勵(lì)采用具有我國自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)、先進(jìn)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(jìn)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(gè)大型煉化一體化項(xiàng)目陸續(xù)投產(chǎn)，未來3～5年新的大型煉化一體化項(xiàng)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(huì)發(fā)布的《2020重點(diǎn)化工產(chǎn)品產(chǎn)能預(yù)警報(bào)告》統(tǒng)計(jì)，2019年乙烯將新增產(chǎn)能352萬噸/年，總產(chǎn)能將達(dá)到2902萬噸/年，預(yù)計(jì)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(jì)產(chǎn)能將突破4061萬噸/年，預(yù)計(jì)2025年丙烯總產(chǎn)能將達(dá)到5600萬噸/年；如果已公布的在建和擬建丙烷脫氫45個(gè)項(xiàng)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(jì)效益無疑面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。甲醇制烯烴作為煤制烯烴核心技術(shù)，仍有進(jìn)一步改進(jìn)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(qiáng)抗風(fēng)險(xiǎn)能力。
針對(duì)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(shí)優(yōu)化技術(shù)工藝路線降低能耗，對(duì)C4、C5等副產(chǎn)物進(jìn)行深加工利用，提高經(jīng)濟(jì)效益。
(3)科學(xué)布局項(xiàng)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(yán)重，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈；同時(shí)隨著我國2015年嚴(yán)苛的環(huán)保法規(guī)出臺(tái)，多處規(guī)劃的煤制烯烴項(xiàng)目面臨環(huán)評(píng)被拒的局面。未來煤制烯烴項(xiàng)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(diǎn)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(shí)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的差異化、高端化水平。
在國際原油價(jià)格中位運(yùn)行(50美元/桶左右)前提下，煤制烯烴具有經(jīng)濟(jì)性，加之聚烯烴消費(fèi)市場(chǎng)需求強(qiáng)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(qiáng)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?xì)夤艿赖雀叨藢Ｓ昧系纳a(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(shí)利用好副產(chǎn)物C4、C5、LPG等；除此之外，運(yùn)用智能化、信息化手段提升經(jīng)營管理水平，減少運(yùn)維環(huán)節(jié)中的資源浪費(fèi)，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(shí)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(yùn)輸成本；同時(shí)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(dòng)碳交易，將逐步對(duì)高碳排放企業(yè)征收碳稅，煤化工作為碳稅征收主要對(duì)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(jī)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(jī)物等。
隨著我國對(duì)環(huán)境保護(hù)的高度重視和日趨嚴(yán)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(shì)看，煤制烯烴將更加重視采用先進(jìn)節(jié)水技術(shù)和廢水、廢氣及廢渣處理回用技術(shù)，進(jìn)一步減少水耗，實(shí)現(xiàn)污染物“零排放”，同時(shí)積極開發(fā)利用碳捕獲、儲(chǔ)存及利用(CCUS)技術(shù)，減少碳排放，在實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)的同時(shí)，降低烯烴生產(chǎn)成本。
目前我國在建或已建的CCUS項(xiàng)目有12個(gè)，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(xiàng)目、神華集團(tuán)鄂爾多斯10萬噸/年CCS等示范項(xiàng)目等。
值得一提的是，目前我國建成運(yùn)行的絕大多數(shù)現(xiàn)代煤化工項(xiàng)目，其廢水、廢渣處理與回用技術(shù)水平已經(jīng)取得顯著進(jìn)步，能夠?qū)崿F(xiàn)近“零排放”，今后需要持續(xù)加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，加強(qiáng)CO2利用技術(shù)開發(fā)，降低裝置運(yùn)行成本，提高煤制烯烴項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性。
(5)煤經(jīng)合成氣直接制烯烴技術(shù)優(yōu)勢(shì)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(xiàng)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(tuán))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(yàn)，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(jìn)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(shì)明顯，如果下一步工業(yè)試驗(yàn)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(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。
4、結(jié)語
面對(duì)我國油氣對(duì)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(fèi)需求，發(fā)展煤制烯烴是對(duì)石油烯烴的重要補(bǔ)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(zhēng)的事實(shí)，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(jìn)一步提升改進(jìn)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(shí)產(chǎn)權(quán)的煤制烯烴全流程一體化成套技術(shù)，同時(shí)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(chǔ)存及利用技術(shù)研發(fā)，持續(xù)推動(dòng)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(duì)石油烯烴市場(chǎng)的沖擊正在不斷加大，未來石油烯烴與煤制烯烴的競(jìng)爭(zhēng)將不斷加劇，為此，需要立足行業(yè)特點(diǎn)，發(fā)揮石油化工與煤化工行業(yè)自身優(yōu)勢(shì)，加快技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，努力實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)差異化、高端化，促進(jìn)石油化工與煤化工優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，推動(dòng)我國化工行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。
