甲醇制烯烃技术经济性分析
□ 中国神华煤制油有限公司 张殿奎 刘志雄
近几年，国际市场石油、天然气价格居高不下，尽快解决能源短缺和寻找可靠、稳定、经济的替代石油能源问
题已经成为国内外石油化工行业关注的焦点。在促进经济结构调整和增长方式转变的同时，充分利用国内煤炭资源，
发展煤化工将成为我国能源战略的重要支点。煤炭是生产甲醇的主要原料，我国的煤基甲醇产量约占甲醇总产量的
70%以上。今后甲醇消费仍然以化工需求为主，尤其是甲醇制烯烃的需求潜力巨大。2005年我国甲醇产能为867万
t/a，产量为536万t，需求量为662万t。预计到2007年我国甲醇的产能将达到1100万t/a左右，需求量为866
万t，供需基本平衡。到2012年，我国甲醇的总需求量将达到2420万t，其中甲醇制烯烃（MTO）将消耗甲醇1000
万t。
国际甲醇制烯烃工艺成熟
乙烯和丙烯传统生产方法是采用轻烃(乙烷、石脑油、轻柴油)裂解工艺，但因世界石油储量有限，又是不可再
生资源，世界各国开始致力于非石油路线制乙烯和丙烯类低碳烯烃的开发，其中以煤或天然气为原料制甲醇，再由
甲醇制低碳烯烃工艺最具潜力。
美国美孚石油公司对采用ZSM-5系列分子筛催化剂将甲醇转化为乙烯和较低级烃做了大量研究，其甲醇生产汽
油(MTG)工艺已在新西兰Montonui公司实现工业化，美孚的MTO、烯烃制汽油和馏分油(MOGD)工艺都已取得实质进
展。由于烯烃是甲醇制汽油反应的中间产物，所以MTG技术的成功推动了MTO、甲醇制丙烯（MTP）等工艺的开发。
MTO工艺制得的烯烃主要是乙烯，其次是丙烯、丁烯等。MTP工艺则主要制丙烯及少量的乙烯。目前国际领先的甲
醇制烯烃工艺有美国UOP公司与挪威海德鲁公司的MTO、德国鲁奇公司的MTP工艺等。
1． MTO工艺
20世纪80年代联碳公司的科学家发现SAPO催化剂对于甲醇转化为乙烯和丙烯具有很高的选择性，1992年UOP
公司和海德鲁公司开始联合开发MTO工艺，对催化剂的制备、性能试验和再生、反应条件对产品分布的影响、能量
利用、工程化等问题进行了深入研究。此后，应用MTO工艺在挪威Prosgrann建立了小型工业演示装置。1995年
11月，两家公司宣布可对外转让MTO技术。
MTO工艺生产１t乙烯需甲醇5.6t，副产丙烯0.83t、丁烯0.24t、C5 0.1t、燃料气3.97t MMBtu。目前尼日
利亚正在建设乙烯、丙烯各40万t/a、单系列甲醇250万t/a的MTO项目，拟于2006年建成。据相关资料显示，
30万t/a乙烯及25万t/a丙烯的MTO装置投资估算为3.46亿美元（以天然气为原料计，下同）。
2． MTP工艺
MTP工艺是先将甲醇部分转化为二甲醚和水，然后在3个串联的反应器中进行转化反应，最后经过烯烃回收得
到丙烯、液化气和汽油等副产品（见图1）。该工艺中，在100%甲醇转化率下，催化剂对乙烯的选择性不小于5%（质
量分数，下同），对丙烯的选择性不小于35%，由于C2和C4馏分循环回反应系统，碳的丙烯收率达到或超过70%，
得到的丙烯可达到聚合级。
鲁奇公司从20世纪90年代开始研究MTP工艺，并与Sudchemie公司合作成功开发了MTP工艺的催化剂ZSM-5，
2001年鲁奇公司在挪威的Statoil工厂建设了MTP工艺示范装置。鲁奇公司的MTP技术反应器采用固定床，工艺
流程与20世纪80年代在新西兰建成的甲醇制汽油装置基本相同，技术成熟，工业化的风险很小。2004年鲁奇公
司与伊朗国家石化公司签订10万t/a MTP装置的专利合同，预计2009年建成投产。
MTP技术小试从20世纪90年代开始，中试装置在挪威已运行11000小时以上，工业示范装置正在伊朗建设，
大型商业化装置也在商讨签约中。据有关资料，5000t/d甲醇、50万t/a丙烯的MTP装置投资估计2.72亿美元，
MTO与MTP工艺比较见表1。
国内MTP催化剂应用前景好
甲醇制烯烃所用的催化剂以分子筛为主要活性组分，以氧化铝、氧化硅、硅藻土、高岭土等为载体，在黏结剂
等加工助剂的作用下经加工成型、烘干制得。分子筛、载体、加工助剂的性质及合成工艺等因素都会对分子筛催化
剂的性能产生影响。
我国大连化物所于20世纪80年代开发了ZSM-5及其改性催化剂，90年代开发了小孔径SAPO-34分子筛催化
剂。1993年该所采用改性ZSM-5系列催化剂完成固定床（1t甲醇/d）中试，1995年在上海青浦化工厂完成SDTO
流化床中试。通过鉴定甲醇进料60～100kg/d，甲醇转化率100%，采用SAPO－34分子筛系列催化剂，烯烃选择性
可达84%～85%。
MTP反应器是一种带盐浴冷却系统的管式反应器，反应管长度为1～5m，内径为20～50mm。甲醇转化反应在
0.13～0.16MPa、420～490℃下进行，催化剂在反应400～700 h后用氮气/空气混合气体烧焦再生。MTP反应产物
的组成为：H2小于0.01%、CO为0.01%、甲烷0.9%、乙烷0.06%、乙烯0.85%、丙烯71.2%、丙烷0.98%、C4/C5 9.29%、
C6 16.7%。鲁奇公司的MTP工艺的主要原材料及公用工程消耗见表2。
MTP工艺技术有待提高 项目上马需谨慎
MTP工艺采用固定床反应器，具有易于放大、风险小、投资少、反应物停留时间一致等特点，可以使产物选
择性达到最大值。甲醇转化催化剂具有丙烯选择性高、结焦少、丙烷收率低等优点。
MTP工艺副产液化气和汽油，这对于富煤缺油少气的地区缓解能源压力具有现实意义，但大量的液化气和汽
油也阻碍了下游产品附加值的提高。MTP本身的意义在于通过甲醇生产丙烯，进而加工成众多的化工产品形成产品
链全方位发展，因此MTP工艺更适合富煤缺油少气的地区，而对石油和天然气资源丰富地区项目的经济效益和竞争
力产生较为不利的影响。
原料结构多元化已经成为我国石化行业发展的必然选择，利用我国相对丰富的煤炭资源发展石化产业，进而带
动地方经济发展，已经成为越来越多富煤地区发展重点。目前我国规划建设的MTP装置主要有宁夏某大型煤化工基
地，生产180万t/a甲醇、52万t/a MTP、52万t/a PP以及相关下游产品，预计投资122亿元；内蒙古某大型煤
电公司拟以内蒙的褐煤为原料，采用先进的气化技术和MTP生产技术，形成46万t/a聚丙烯及其副产品；内蒙古
呼伦贝尔大型煤化工基地（在建），依托资源优势拟选MTO/MTP工艺发展乙烯/丙烯下游产品。
但煤气化制丙烯MTP反应器技术有待进一步提高，大型甲醇制丙烯项目资金需求量大，副产的多种化工产品要
求有稳定且足够廉价的煤炭资源，系统配套庞大，进入门槛较高。目前国外正在建10万t/a MTP装置，工艺优化
有待进一步研究，尤其反应器直径达5m，存在反应物分布不均匀等问题，有待进一步完善。
发展MTP产业是保障能源安全的重要途径
从资源可供性、技术可行性、经济合理性和洁净煤技术有利环保等各方面综合考虑，我国应大力发展MTP产业。
以建设煤基180万t/a甲醇装置为例，在生产丙烯同时可副产20万t/a汽油、52万t/a C3，可有效缓解油品矛盾。
以50美元/桶原油价格计，投资160亿元生产180万t/a煤基甲醇，利润31亿元，投资收益率可达16%以上。从
经济效益以及国家能源替代、能源安全等全方位上符合我国国情，是保持国民经济持续、稳定发展的重要途径。
因此，大力发展MTP产业，促进我国以煤为原料替代石油生产石化产品这一新兴产业的发展，作为传统石化工
艺路线的有益补充，以缓解我国原油紧缺的压力，支撑国民经济持续、健康发展，具有广阔的市场前景和重要的现
实意义。
表1 MTO与MTP工艺比较
项目 MTO MTP
反应器 流化床 固定床
催化剂 SAPO-34（磷酸硅铝分子筛） ZSM-5
反应压力 0.1～0.3MPa 0.13～0.16MPa
反应温度 400～450℃ 420～490℃
目标产品 乙烯∶丙烯＝1.5∶1～0.75∶1 丙烯
工业化程度 80万t/a在建，2007年投产 10万t/a拟建
原料单耗 3.02t甲醇/t（乙烯＋丙烯） 3.52t甲醇/t（丙烯）
主要专利商 UOP/Hydro公司 鲁奇公司
表2 主要原材料及公用工程消耗表
项目 单耗/t 年需求量/万t
主要原材料
甲醇 3.52 166.7
催化剂及化学品/kg 0.29 13.56
公用工程 单位/时
电/kW·h 19.50(kW·h) 1155.40(万kW·h)
蒸汽（4.2MPa） 3.20 189.60
蒸汽（1.05MPa） 0.63 37.03
冷却水 337 19967