甲醇制芳烃工业化开发实践
□ 东华工程科技股份有限公司 郭勇义 曹健
煤制芳烃工业化进程打通
煤炭是我国最主要的化石能资源，国家“十五”和“十一五”发展规划将洁净煤技术作为今后能源建设的战略重点。发展新型煤化工正在成为我国能源建设的重要任务，建设煤化工产业，生产煤基清洁燃料油和化工品，是当前和未来几十年我国能源建设的重要需求，符合我国“富煤缺油少气”资源状况的国情。在2009年10月22日正式发布的《石油和化工产业振兴支撑技术指导意见》中明确指明：“稳步推进以石油替代产品为重点的煤化工产业发展，积极发展新型煤化工技术，即以煤气化为龙头，以甲醇及甲醇下游产品为主体的能源化生产技术，兼顾发展煤制油技术”。
在国务院关于印发工业转型升级规划（2011—2015年）的通知中更明确指出：“按照一体化、集约化、基地化、多联产发展模式，从严控制项目新布点，加快推进炼化一体化新建扩建项目，统筹建设一批具有国际先进水平的千万吨级炼油和百万吨级乙烯炼化一体化基地。促进烯烃原料轻质化、多元化，全面提升炼化技术和大型装备国内保障能力。积极开发煤炭高效洁净转化和有机化工原料来源多样化技术，有序发展煤制烯烃、煤制天然气等现代煤化工；实施煤制合成氨等传统煤化工产业的技术改造，优化工艺流程，推动产业升级；鼓励煤基多联产，促进化工生产与能源转化有机结合。”
聚酯（聚对苯二甲酸乙二醇酯，PET）是重要的一个石油化工产品，是乙二醇(MEG)和芳烃（PX）原料的最终聚合产物；考虑到石油的日趋紧张，实现煤制聚酯的一体化路线替代以石油为原料的路线将成为煤制烯烃、煤制天然气、煤制油后的又一必然趋势。
煤制乙二醇 东华科技与多家单位合作，已工业化成功，目前有多家工业化装置在正常运行。
煤制芳烃 东华科技与清华大学、华电集团合作，在陕西榆林榆横煤化工园区进行了世界首套《万吨级流化床甲醇制芳烃工业化试验装置》建设和试验，并与2013年1月开车成功，为煤制芳烃工艺的工业化进程扫清了最后一道障碍。
煤制聚酯 是指以煤为原料生产乙二醇(MEG)和精对苯二甲酸(PTA)，进而以这两大原料生产聚酯（PET）的一体化。实现煤制聚酯，关键在于煤制乙二醇和煤制芳烃（特别是PX）两大核心技术的产业化。当前煤制乙二醇产业化示范已完成，甲醇制芳烃技术也趋成熟，实现煤制聚酯一体化路线的技术屏障已逐渐消除。合理的厂址选择、精心的项目策划、优化的流程配置必将使煤制乙二醇-芳烃-聚酯一体化路线落向实处，带动一个全新产业的发展。
技术开发实践
2013年1月15日，由东华科技总承包的世界首套《万吨级甲醇制芳烃工业化试验项目》在陕西华电榆林顺利开车并通过现场考核。该工业化试验项目采用清华大学自主研发的流化床甲醇制芳烃技术，东华科技承担了该工业化试验项目的总承包工作，负责项目可行性研究报告编制、全过程设计、建筑安装，参加装置试车、试验开车和试验装置的测试、评价、总结、验收等工作。
试验期间，整个装置运行平稳，验证了小试成果，产出合格的芳烃，并取得了为今后工业化放大服务的数据和经验，为百万吨芳烃装置奠定基础。
2013年3月18日，“流化床甲醇制芳烃（FMTA）成套工业技术开发”和“流化床甲醇制芳烃（FMTA）催化剂开发”两项科技成果通过由国家能源局委托中国石化联合会组织的鉴定。
该技术有以下特点：
（1）甲醇一次转化率为 100%；磨损0.5~0.6千克/吨甲醇。
（2）有效烃（碳）收率92%~93%，结碳3%~4%，干气~20%，氢气2%。
（3）反应器为连续反应再生流化床，并带有轻烃芳构化反应器，甲醇芳构化与轻烃芳构化反应器共用一个催化剂再生器。
（4）工业试验完成了反应、再生流化床系统与全套分离系统，并取得了工业设计数据。
（5）万吨级装置初步的消耗定额，见表1。
表1 万吨级装置初步消耗定额
序号 名称 单位 消耗定额
1 甲醇 吨 3.07
2 催化剂 kg 0.6
3 新鲜水 吨 2
4 电 kWh 230
5 过热蒸汽（2.5MPaG）吨 1.67
6 低压氮气（0.4MPaG） Nm3 667
7 仪表空气 Nm3 380
8 冷量（丙烯，-25℃） MJ 270
9 污水 吨 1.7
装置工业化设想
（1）甲醇制芳烃与石脑油制芳烃技术经济分析
石脑油价扣除消费税后价格为6500元/吨，对应的原油价格在104美元/桶左右，此时的混合芳烃价格7820元/吨。以此价格为准，折算甲醇价格为2523元/吨，对应煤价870元/吨。也可以说若煤价低于850元/吨，甲醇制芳烃技术就有比较优势。目前国际油价在100美元左右，只要地区的煤价低于600元/吨，甲醇制芳烃就有较强的竞争力。
（2）经济规模讨论
万吨级FMTA工业试验装置开车成功后，生产规模主要是在工业化放大的技术可靠性的基础上，选择相对经济又符合国家产业政策的规模来实现煤制芳烃的产业化路线。目前国家相关政策没有明确指示，参照在煤制乙二醇、煤制甲醇及煤制MTO方面的产业政策，可以得出合理的规模。
甲醇制芳烃装置技术工业化放大，主要是FMTA反再系统的放大风险，其他工艺过程（包括歧化及烷基转移、二甲苯精馏、吸附分离和异构化等四个单元组成），均是石化工业传统成熟大型化技术的集成。FMTA反再系统与催化裂化反应在反应器和操作控制方面有相似之处。我国催化裂化技术开发能力很强，经验丰富，在此基础上国内开发了甲醇制烯烃技术已顺利投入商业化运行。这些成功与经验，都给FMTA工业化放大奠定了良好的基础。
此外，甲醇制烯烃示范装置规模是60万吨，也是从万吨级试验装置直接放大，并且一次开车成功的。考虑到FMTA装置的反应器操作压力较高，相对于甲醇制烯烃装置，同样的进料量情况下，反应器尺寸较小，装置放大难度较低。
因此，在万吨级FMTA试验装置的基础上建设大型60万吨/年FMTA装置，在考虑经济性和规模效益同时，技术风险相对较小。
（3）装置的初步投资估算 见表2。
表2 装置的初步投资估算 万吨
序号 装置名称 限制规模 规模 投资/亿元
1 甲醇制芳烃装置 暂无限制 60（混合芳烃参考煤制烯烃） 20
2 二甲苯联合装置（包括 25 60 16
岐化异构化、吸附分离）
3 尾气回收制氢 2.2