煤基甲醇装置改造为乙二醇装置可行性分析

第6期(总第169期)煤化工No 6(Total No 169)2013年12月Coal Chemical IndustryDec.2013煤基甲醇装置改造为乙二醇装置可行性分析张伟,王峰,雍晓静,王林(神华宁夏煤业集团煤炭化学工业分公司,宁夏银川750411)摘要分析了乙二醇市场情况,对乙二醇生产技术进行了比较选择草酸酯法工艺路线生产乙二醇。以某企业25万t/a煤基甲醇装置中现有的气化装置为基础,分析了将该装置改造为20万t/a乙二醇装置的可行性综合考虑技术、经济等条件,认为此装置改造可操作性良好。关键词煤,甲醇,乙二醇,装置,改造文章编号:1005-9598(2013)-06-0012-04中图分类号:TQ54文献标识码:B乙二醇(EG)是一种重要的石油化工基础有机原1t聚酯,需消耗0.35t乙二醇。合格品主要用作料,主要用于生产聚酯纤维、防冻剂、不饱和树脂、润冷却剂和不饱和聚酯生产。滑剂增塑剂、非离子表面活性剂及炸药等,用途十分根据中国平安证券行业深度报告的数据,过去十广泛年聚酯需求量的增长率约等于世界GDP增长率加上某公司甲醇厂25万t/a甲醇项目以煤为原料经2.3%,根据IF( International Monetary Fund国际货合成气制甲醇,生产规模较小,因甲醇价格受市场供币基金组织)对未来几年世界GDP增长在4.8%左右的给波动影响较大该项目长期处于微利甚至亏损状态。推测,聚酯在未来10年将以每年约7%的速度增长。对25万t/a甲醇装置生产成本偏高的问题,若1.1世界市场依托现有装置进行技术改造,提高装置负荷,增产甲近年来,随着聚酯产品消费的急剧增长,世界乙醇能在一定程度上改善甲醇厂的亏损局面,但是无二醇的生产发展很快。目前,乙二醇的生产技术主要法从根本上改变甲醇厂生产规模小、生产成本高的现集中在大公司手中,如美国SD、 Shell、UCC及BASF状。通过调研和技术比对,以25万t/a煤基甲醇项目等,不对外转让。未来世界乙二醇的消费热点主要还的空分、气化、低温甲醇洗和部分公用工程为基础,改是来自聚酯的生产需求。北美及西欧发达地区由于下造成20万t/a煤基乙二醇项目,产品预计生产完全游聚酯行业的发展较缓及生产成本较高等因素的影成本为4856元/t(含税),按照7500元/t市场销响,今后几年虽然乙二醇需求将小幅增加,但生产能售价格计算(包括运输费用450元/t,因乙二醇不属力将呈现小幅萎缩的趋势2。于危化品,与甲醇相比,运费更低),生产乙二醇净利12国内市场润为2644元/t,能彻底改变25万t/a煤基甲醇项近几年我国乙二醇产能不断增加,2005年到2012目利润低的被动局面,短期内收回投资,见到效益。年产量年均增长27.8%,由110万t增加到378万t,但表观消费量由508万t增加到近1060万t,近来有1乙二醇市场分析多家企业准备新建或扩建乙二醇生产装置,预计2015年产能将达到620万t。我国乙二醇市场缺口较乙二醇产品分为优等品和合格品两类。优等品用大,主要依赖沙特台湾新加坡加拿大韩国和伊朗于聚酯生产(聚酯85%用于拉丝,15%用于切片),每生等国进口,2012年进口796.5万t,约占表观消费量收稿日期:2013-08-17基金项目:国际科技与交流专项资助项目(2010DFB40440)作者简介:张伟(1982—),男,湖北枣阳,工程师,硕士,2006年本科毕业于长江大学化学工程与工艺专业,现从事煤化工催化转化技术工作,E-mail:zwei200310020126.com。2013年12月张伟等煤基甲醇装置改造为乙二醇装置可行性分析13的69%。表1所列为2005-2012年我国乙二醇供需t。2015年我国乙二醇生产量将达到600万t,产能情况。我国是世界乙二醇最大消费国,进口依存度增加主要来自合成气法工艺。2015年合成气法制乙70%以上二醇的生产量将达到220万t,占我国乙二醇总生产量的36%。2015年我国乙二醇进口量仍维持在表12005-2012年我国乙二醇供需情况万t700万t以上,供需矛盾难以缓解,今后很长一段年份产量进口量出口量表观消费量时间,我国作为聚酯原料的乙二醇需求旺盛,市场2005110.1400.01.32006154.0406.10.1562.0前景较好。174.0480.10.2653.913价格分析2008184.6521.62.9703.3乙二醇作为聚酯原料,其价格变化主要受原料成2009195.0582.80.7777.1本、供需关系变化影响较大。2006年平均价格83782010223.2664.40.5元/t、2007年平均价格10152元/t、2008年平均价2011240.0722.00.81045格7849元/t、2009年平均价格5375元/t、2010年2012377.8796.531.11160平均价格7775元/t。国内近5年平均价格约为8350元/t,考虑到市场风险以及本地区到目标市场的运我国乙二醇主要用于生产聚酯,约占总消费量的输费用,本技改项目技术经济分析的乙二醇出厂价格94%,聚酯消费主要集中在东南沿海,特别是江浙地按7500元/t考虑。区;还用于生产防冻液,约占总消费量的2.5%;其他用于表面活性剂、润滑剂、聚氨酯、增塑剂、乙二醇聚2煤基合成气制乙二醇技术比较合物及医药等,约占总消费量的3.3%。2011年,我国乙二醇表观消费量达到1000万t以石油或煤为原料生产乙二醇,主要有表2所列以上,进口量达到700万t以上。生产量增长比较缓的4条工艺路线。这4种技术路线各有其自身的特点慢,远远不能满足需求的增长,自给率维持在30%左及优势,合成气路线(煤化工或天然气)与石油路线乙右。预计到2015年,我国乙二醇需求量将达到约1400万烯法相比,流程短,副产物少,经济性较高(。表2乙二醇生产工艺路线对比生产工艺优点缺点耗水量较大;后续流程长,设备油乙烯法石油裂解的乙烯,经氧化得到环氧乙烷,环氧乙烷进行技术成熟,应用广泛大、能耗高、产品副产物多,过水合反应得到乙二醇程总收率只有70%左右煤气化生成合成气,再由合成理论上最简单、有效的方在反应中需要很高的合成压力直接法气一步法直接合成乙二醇法,即使反应选择性和转才能使催化剂在高温下显示出化率较低,也具有很大的活性,在控制方面要求精准,该实际应用价值方法难以大幅度推广气草酸酯法(C0煤气化生成合成气,C催化偶工艺中产生的副产物少工艺中有亚硝酸酯存在,若操作合成草酸酯,再加氢生成乙二(DMC/DM<%),乙二醇精馏不当,会造成草酸二甲酯生产过线氧化偶联法)醇的难度小,精馏能耗少程危险性大DuPont甲醛羰化法、 Redox甲甲醇甲醛法醛和甲醇反应法、甲醛缩合法还处于研究阶段注:1)乙烯法中的乙烯原料可通过石油路线获得或以煤为原料通过M0和MTP工艺制得。草酸酯法生产技术的关键是选用高选择性、高般以Pd或其他金属复合作为活性组分,以a-A12O3为转化率、低成本和长寿命的催化剂,包括草酸酯合基质,催化剂操作温度为80℃-150℃。催化剂转化率成催化剂和草酸酯加氢催化剂,其中草酸酯合成催差别较大,如天津大学的PdFe/a-A3催化剂转化率化剂已经相对成熟,而草酸酯加氢催化剂的技术开为20%-60%,而日本宇部兴产的Pd/a-A12O3转化率为发则需要重点突破和改进。草酸酯气相法合成催化剂97%-98%。各研究单位的草酸酯气相法合成催化剂选择14煤化工2013年第6期性大多在85%以上6化体系、 Engelhard公司的Cu-Zn催化体系UCC公司目前,煤制乙二醇技术开发工作已集中于草酸酯的固载Cu催化体系、日本Ube兴产公司和UCC公司催化加氢这一步。草酸酯催化加氢反应较为复杂,以联合开发的Cu/SiO2催化体系等;国内研究机构包括草酸二甲酯为例,一般认为草酸二甲酯首先催化加氢福建物构所、天津大学、华东理工大学、中国石化上海生成乙醇酸甲酯,乙醇酸甲酯再加氢形成乙二醇,乙石油化工研究院和复旦大学等{。二醇过度加氢则生成乙醇。由此可见,必须选择合适中国煤制乙二醇已进人工业化试生产阶段。目前的催化剂,并控制好反应条件,使草酸酯加氢向有利国内众多机构,包括丹化化工公司、山东华鲁恒升化于生成乙二醇的方向进行。草酸酯加氢催化剂可分为工公司、东华工程科技公司等都已成功完成了煤制乙以Ru为主的液相加氢催化剂和以Cu为主的气相加醇的中试,其中丹化化工公司和山东华鲁恒升化工氢催化剂,国内外相关研究以气相法为主。国外研究公司已进入工业化试生产阶段,国内生产单位与研究机构开发的催化体系包括美国ARC0公司的CuCr催单位合作项目及进展列于表38。表3煤制乙二醇(草酸酯法)主要研究单位及进展研究单位合作单位已完成情况正在进行福建物构所丹化科技20万ta项目,河南永金(濮阳)20万自新乡)蒙古通辽金煤20万Ua南永试生产上海戊正华鲁恒升5万t/a工业化装置试生产日本宇部兴产东华科技千吨级中试万t/a工业化建设(新疆)上海焦化厂华东理工大学、复旦大学1500t/a中试万吨级工业试验装置华东理工大学浦景化工公司濮化集团千吨级中试上海石化研究院扬子石化小试试验千吨级中试前期湖北化工研究院鹤壁宝马集团、五环工程公司300t/a中试5万t/a工业化装置建设天津大学云南解化200t/a中试万吨示范工程3工程建设项目的技术改造经变换单元变换后的氢碳比为1.95,满足后续原料配比要求。满足氢碳比为1.95的有效合成气体积分数按31装置规模79.5%推算,当总气量为84000m/h时,有效合成气气技改装置规模20万t/a,年操作时间8000h量为66780m/h。乙二醇项目与甲醇项目在原料及公技改方案初步工艺计算:某公司25万t/a甲醇工程单耗方面的对比列于表5(以1t产品计)。装置气化炉共有3台,生产粗合成气量为84000表4某公司甲醇装置粗合成气组成%m/h,甲醇装置粗合成气组成列于表4。该粗合成气C0+H2体积分数为72%-87%,平均体积分数为79.5%氢碳比为0.78,需要进行00中温耐硫变换。粗煤气17~22≤0.2<1.00.01~0.1241-4931-380.30~0.01表5乙二醇项目与甲醇项目在原料及公用工程单耗方面的对比合成气/m氧气/m3甲醇/kg硝酸/kg烧碱/kg水/m3电/kh蒸汽(饱和)/t规格C0+H2≥99%0.5MPa工业级68%99%0.4MPa380V、600N、1.5Ma4.0Ma10000V甲醇单耗670乙二醇单耗26262106518.757.50.8乙二醇单耗为C0830m/tH21615m/t(实际生产2629m/t,则乙二醇的产能为66780/262925.4t/h统计数据)按照C0和H2的分离损耗93%估算经过脱(有效合成气气量/混合净化气的单耗量)。年操作时硫、脱碳净化过程后满足氢碳比1.95要求的C和H2间按照8000h计算,年产乙二醇254×8000203200混合气体的单耗为(830+1615)/0.93=2629m3/h。有效合t。因此,根据技改规模,确定乙二醇生产能力为20万成气气量为66780m/h,CO和H2混合净化气的单耗为t/a2013年12月张伟等:煤基甲醇装置改造为乙二醇装置可行性分析1532技术方案H2/(O=1.95某公司25万t/a煤制甲醇项目改造流程示意图(2)对原有低温甲醇洗的C02吸收塔进行改造,增见图1,其中25万t/a煤制甲醇装置中现有的气化、加脱碳部分塔板数,将C2体积分数由3%~4%脱到一氧化碳变换和低温甲醇洗的设备均满足乙二醇界20×106以下。区外条件的要求,仅需将后续甲醇合成系统更换为(3)乙二醇合成中DM0酯化工段需要氧气约C冷箱及PSA(变压吸附)设备、草酸二甲酯(DM0)合5250m/h,压力0.6MPa(G),而原装置氧气量仅满成塔及其精馏系统、BG合成塔及其精馏系统。具体变足煤气化用量,需利用现有空分装置,进行产能扩充动如下:或新建1套6000m3/h氧气空分装置。(1)原有装置生产的合成气H/C0小于乙二醇生(4)需添加乙二醇合成中所需C0冷箱、PSA、DM0产的要求,需在变换工段将部分C0变换为H2,使合成塔、BG合成塔及精馏系统。添加剂原煤水煤粗煤气球磨机b变换低温甲合成气|合成醇洗精馏一田醇调节氢碳比脱硫脱碳添加剂CO+H2原媒读机水煤粗媒气F变瓣甲合成醇洗人→食或B馏系统调节氢碳比脱硫脱碳系统图中上半部分为煤制甲醇工艺流程,下半部分为煤制乙二醇工艺流程;虚线部分为煤制甲醇项目改造为乙二醇项目需要替换或添加的装置及设备图125万ta煤制甲醇项目改造工艺流程示意图4结语[J].化学工业,2012,30(1-2):49-52[3]刘雨虹.我国煤制乙二醇现状及面临的问题[J].化通过比较分析,以草酸酯法工艺路线为基础,某学工业,2011,29(1):13-14.公司甲醇厂25万t/a甲醇装置可满足改造为20万4]应卫勇曹发海,房鼎业.碳一化工主要产品生产技术t/a煤制乙二醇装置的条件,且厂区内有足够的空间[M].北京:化学工业出版社,2004:117来加设C0冷箱、PSA分离装置、DM合成塔、DMO精馏5]李新柱陈瑶陈吉强煤化工路线合成乙二醇技术系统、EG合成塔等设备。经技术改造,该公司每年产研究进展[J].煤化工,2007,35(3):15-18.值会有大幅度增长,可短期内收回投资。[6]洪海,费利江,唐勇,等国内煤制乙二醇研究与产业化进展[J.化工进展,2010,29(增刊):349-352参考文献:[7]赵秀阁,吕兴龙,赵红钢,等气相法C0与亚硝酸甲酯偶联合成草酸二甲酯用Pda-A1203催化剂的研究[1]安学琴.煤制乙二醇生产技术现状及产业化进展[J].催化学报,2004,25(2):125-128[J].山西化工,2011,31(4):24-26.[8]周张锋,李兆基,潘鹏斌,等.煤制乙二醇技术进展[2]孙玉净,于春梅.我国煤制乙二醇产业化现状与前景[J].化工进展,2003,22(11):2003-2009Analysis of the Feasibility of Transforming 25x10 t/a Coal-based Methanol Plantinto a 20x10 t/a Ethylene Glycol UnitZhang Wei, Wang FYong Xind Wang Lin(R&D Center, Coal Chemical Industry Company of Shenhua Ningxia Coal Group, Yinchuan Ningxia 750411, ChinaAbstract The market situation of ethylene glycol was analyzed, its production technologies compared, and thedimethyl oxalate route to produce ethylene glycol was chosen. The feasibility of transforming an existing 250 000 t/a coalbased methanol plant into a 200 000 t/a ethylene glycol plant was analyzed. Judging from such aspects as technology, economy and equipment modification, the project has good operabilityKey words coal, methanol, ethylene glycol, plant, transformation