国内煤制乙二醇现状及发展建议

第20卷第6期洁净煤技术Vol 20 No 62014年11月Clean Coal Technology国内煤制乙二醇现状及发展建议李学强,郑化安,张生军,陈静升,李瑶,苗青,赵鹤翔,张建波(陕西煤业化工技术研究院有限责任公司,陕西西安710065)摘要:为了合理利用煤炭,降低煤制廴二醇风险,提髙♂冮醇产量,介绍了间接法制♂二醇工艺流程。详细分析了国内煤制廴二醇工业化进展。统计分析了国内拟建及在建的煤制♂二醇项目。发现煤制♂二醇项目存在催化剂缺少长周期、大规模运行经验,产品质量不稳定,单套反应器生产能力小产业链过短等技术及市场风险。最后以某煤制乙二醇项目为例,通过成本、收益等的计算,发现当原料煤与燃料煤的单价均为450元/时,煤制乙二醇的成本为5403.62元/,传统的石油制乙三醇成本为6300元/t,因此煤制乙二醇更具有推广前景关键词:乙二醇;合成气;草酸酯;风险分析;生产成本中图分类号:TQ223.162;TD849文献标志码:A文章编号:1006-6772(2014)06-0092-0Development suggestions for coal to ethylene glycol in domesticLI Xueqiang, ZHENG Huaan, ZHANG Shengjun, CHEN Jingsheng, LI YaoMIAO Qing, ZHAO Hexiang. ZHANG JianShaanxi Coal and Chemical Technology Institute Co., Lid, Xi'an 710065, ChinaAbstract: In order to make rational use of coal and reduce the risk of coal to ethylene glycol, meanwhile, increase the ethylene glycol yieldnis paper introduced the technological process of ethylene glycol synthesis by indirect method and its industrialization first, then analyzedthe proposed and under construction coal to ethylene glycol projects at home. There were technological and market risk. At present, thereere no catalysts having long-period and stable operation instance, the products quality varied, the productivity of reactor was low and theIdustry chain was short. Taking one coal to ethylene glycol project as research object, the cost and benefits were calculated. If both of peon of feed coal and fuel coal was RMB 450, then the cost of coal to ethylene glycol and traditional oil to ethylene glycol was RMB 5403.62and 6300 per ton. So the coal to ethylene glycol had good prospectKey words: ethylene glycol; synthetic gas; oxalate ester; risk assessment; production cost0引言中正发挥着越来越重要的作用。乙二醇的生产工艺路线按原料不同可分为石油路线和非石油路线。在乙二醇是一种重要的大宗基础有机化工原料现阶段,全球主要的大型乙二醇生产装置均采用石可用于生产多种化工产品,如聚酯纤维、防冻剂、不油路线,也称乙烯路线23,即在银催化剂、甲烷或饱和聚酯树脂、润滑剂、增塑剂、非离子表面活性剂H2致稳剂、氯化物抑制剂存在下,乙烯直接被O2氧炸药、涂料和油墨等,应用领域非常广泛。在中国化生成环氧乙烷,再与水直接或催化条件下反应生乙二醇主要作为聚酯及防冻液的原料,其中聚酯消成乙二醇。石油路线经过多年的发展,工艺已趋于费占90%以上,2013年国内乙二醇进口量825万t成熟,但耗水量大,生产过程副产物多且生产原料受进口依存度高达70%左右,市场缺口巨大。2014石油价格波动影响较大,无法摆脱对石油资源的依年,国内新增聚酯产能预计达500万t,将继续拉动赖。因此,结合中国贫油、少气和相对富煤的能源结乙二醇消费量的增长。乙二醇在中国国民经济发展构特点,开发一条以煤为原料、经济合理的乙二醇合收稿日期:014060任编辑:宫在芹Do1:0132-1010670307凵中国煤化工基金项目:陕西省科技统筹创新工程计划资助项目(2013 KTZBOI-04-02)CNMHG作者简介:李学强(1984-),男,河南新乡人,研发员,主要从事煤炭清洁转化利用方自的究。E-mal引用格式:李学强,郑化安,张生军,等国内煤制乙二醇现状及发展建议[J].洁净煤技术,2014,20(6):92LI Xueqiang, ZHENG Huaan, ZHANG Shengjun, et al. Development suggestions for coal to ethylene glycol in domestic[ J]. Clean Coal Technology2014,20(6):92-96李学强等:国内煤制乙二醇现状及发展建议2014年第6期成工艺路线,符合中国的可持续发展战略。目前,国(乙)醇,催化剂由早期的铜铬系发展为现在的铜硅内掀起了开发煤基乙二醇的热潮,煤制乙二醇技术系。产物由循环水冷却后经过多塔精馏得到聚酯级已经成为煤化工行业关注的焦点。笔者旨在对国内乙二醇,尾气经回收有用组分后送入加热炉或锅炉煤制乙二醇技术的工艺路线、工业化进展、技术风险燃烧。甲(乙)醇循环至亚硝酸酯制备段与羰基化以及经济成本等进行总结,以期对煤制乙二醇技术反应段释放出的NO在O2的作用下生成亚硝酸甲的开发与投资提供参考。(乙)酯,重新得到草酸酯反应的原料,因此该路线1煤制乙二醇技术理论上并不消耗NO和甲(乙)醇。1.2国内煤制乙二醇工业化进展煤制乙二醇技术即以煤为原料经过一系列反应20世纪70年代末期,国内一批科研机构开始得到乙二醇的过程。根据中间反应过程的不同,可对CO催化制备草酸酯及衍生物技术进行研究,主分为直接法和间接法46。直接法合成乙二醇首先要有中国科学院福建物质结构研究所、华烁科技股通过煤气化技术制取合成气(CO+H2),再由合成气份有限公司、华东理工大学、天津大学、中石化上海步反应直接制得乙二醇。从原子经济性角度考石油化工研究院、上海戊正工程技术有限公司、上海虑,直接法合成乙二醇原子利用率最高,最简单有华谊集团和西南化工研究设计院等。效,具有可观的工业开发价值,但直接法原料转化率中国科学院福建物质结构研究所从20世纪80低,反应条件苛刻,催化剂成本高,距离工业化应用年代早最开展“CO气相催化合成草酸酯并加氢制仍有一定距离9。本文主要介绍间接法合成乙乙二醇”研究。191年开始进行200mL模试研究,2006年与江苏丹化集团、上海金煤化工新技1煤制乙二醇工艺路线术有限公司合作,开展了300/a乙二醇中试,2008间接法即草酸酯法,指通常所说的煤制乙二醇年完成万吨级工业实验。2009年在内蒙古通辽市工艺。该方法将煤气化、变换、净化、分离提纯后分建成了200kt/a煤制乙二醇工业示范项目,成功制别得到CO和H2,CO经过催化耦联得到草酸酯,经得工业级乙二醇,在世界范围内率先实现了全套煤高纯H2加氢后精制,最终获得聚酯级乙二醇。该方制乙二醇技术的工业化应用。以此技术为基础,河法工艺流程短、成本低,在煤化工领域引起了持续而南煤业化工集团与丹化工科技股份有限公司在河南广泛的关注。布局了5套200kta煤制乙二醇装置,打造国内最经过国内外煤化工专家的不懈努力,煤制乙二大的煤制乙二醇生产基地。醇技术得到了长足的发展,逐步趋于完善,各技术的武汉华烁科技股份有限公司于2006年开始进工艺流程大体相似。行煤制乙二醇技术3种关键催化剂的研究。20091)煤经过气化、变换和净化后的CO原料气,采年与五环科技和鹤壁宝马集团共建300ta中试。用催化氧化技术除去氢和氧,再以分子筛脱水,其催2011年7月中试装置打通全流程。2011年12月通化剂主要是铂、钯或铂-钯合金(有的技术方采用深过了国家能源局验收,并积极筹建鹤壁宝马集团50冷分离对CO原料气进行提纯,净化后气体中有害kta煤制乙二醇项目121杂质含量控制在φ(硫化物)≤1.15×10°,华东理工大学肖文德、李伟等自主开发了羰基φ(NH3)≤200×100,(H2)≤100×10。,(O2)≤合成催化剂和酯加氢催化剂,草酸二甲酯转化率100×10°,c(H2O)≤100×106,N2、CO2、CH4、Ar等95%,乙二醇选择性可达90%31。其显著特点是在该反应体系中为惰性气体。净化后的CO气体与对气源的纯度要求大大降低,CO原料气中的H2体亚硝酸甲(乙)酯混合,导入装有钯系催化剂的列管积分数可达2×103。华东理工大学与上海华谊集反应器中,在100~150℃、0.1~0.3MPa条件下进团合作,先后开展了实验室研究、32ta模试研究行羰基化反应,得到草酸二甲(乙)酯,同时释放出于中国煤化工试,形成了完整的工艺NO气体。包CNMHGkva的乙二醇项目。2)草酸二甲(乙)酯经汽化器气化后与计量加2010年底由华东理工大学、淮化集团以及上海浦景入的H2混合,然后进入列管式加氢反应器在180化工技术有限公司合作建成了千吨级煤制乙二醇中230℃、2~3MPa条件下气相加氢,得到乙二醇和甲试装置并打通了全流程,淮化集团的10万t级工业932014年第6期洁净媒技术第20卷示范裝置已于2012年6月正式启动。聚酯生产要求,才可以与乙烯路线相比较;四是单套天津大学自1987年开始进行合成气制乙二醇反应器的生产能力较小,如果能有所提高,将会降低成套技术的开发研究,并得到了国家“九五”科技攻生产成本,提高煤制乙二醇的行业竞争力。关计划、“十一五”科技支撑计划的支持。王保伟等、许根慧等开发的催化剂贵金属负载量大表1国内在建及拟建煤制乙二醇项目大降低,如果能够顺利实现工业化,对于节约成本非公司名称所在地产能/kt备注常有意义。天津大学在2003年完成了3ta草酸二通辽金煤通辽通辽拟建乙酯模试。2009年完成30t/a草酸二甲酯中试、吨通辽金煤河南煤业/通辽金煤濮阳已投产级草酸二甲酯加氢实验,2012年完成1500t/a草酸河南煤业/通辽金煤新乡已投产二甲酯中试、1ta草酸二甲酯加氢模试。2014年4河南煤业/通辽金煤安阳已投产月,由天津大学和贵州鑫晨煤化工集团公司合作建河南煤业/通辽金煤商丘在建设的千吨级黄磷尾气制乙二醇/乙醇中试装置通过河南煤业/通辽金煤洛阳试车中国石油和化学工业联合会组织的专家组现场考核鹤壁宝马集团鹤壁在建鹤壁宝马集团鹤壁拟建验收,在同一装置上,采用同一催化剂,仅通过改变华鲁恒升德州已投产操作条件就可用黄磷尾气高选择性地分别生产乙二安徽淮化淮南在建醇和乙醇,基于此技术的3万t/a黄磷尾气制乙二新疆天业石河子已投产醇项目计划于2015年6月中间交工。新疆天业石河子200在建中石化将“积极发展煤化工”列为“十二五”期开滦化工鄂尔多斯2×200拟建中石化湖北化肥厂间的发展目标任务。煤制乙二醇技术是其“10条枝江在建黔西煤化工贵州毕节拟建龙”项目之一,由中石化上海石油化工研究院负责博源控股集团锡林郭勒在建主开发了羰化、加氢催化剂及整个工艺流程亿利资源集团鄂尔多斯在建11年,扬子石化1000t/a煤制乙二醇中试顺利完惠生集团鄂尔多斯拟建成,2012年9月在湖北化肥厂开工建设20万t/a煤内蒙古易高煤化鄂尔多斯拟建制乙二醇项目,2013年11月中间交工,并于2014华维能源鄂尔多斯拟建东海新能源鄂尔多斯3×200拟建年3月9日产出达到国家优等品标准的聚酯级乙陕西延长石油榆林拟建陕西煤业化工集团陕西渭南拟建随着河南煤业5套20万ta煤制乙二醇的稳榆林天鸿煤化工榆林拟建步推进,尤其是新疆天业集团5万ta电石尾气制贵州开阳化工贵阳拟建乙二醇的高质量运行,国内煤制乙二醇建设及规划新疆宝泰隆昌吉州拟建如雨后春笋,在建及拟建的煤制乙二醇项目产能达新疆生产建设兵团农十师阿勒泰拟建国电盛世煤电双鸭山到了847万Ua。国内拟建及在建的煤制乙二醇项襄矿泓通目见表1(中试项目没有列在其中)。阳泉煤业埃新斯新气体公司拟建2煤制乙二醇风险分析2.1技术风险2.2市场风险煤制乙二醇技术的开发拓宽了乙二醇生产的原1)世界范围内的乙二醇消费主要集中于聚酯料来源,但是该技术尚未完全成熟,仍有待商业化运中国高达9%以上,下游消费领城单一,产业链过行的检验。目前主要存在四大问题:一是虽然宇部短。随着全球市场竞争的加剧,中国纺织业出口频兴产的羰基化技术有较长时间工业运行经验,但国产羰基化催化剂在工业条件下长周期运行的效果仍kH中国煤化工阻,市场压力会迅速向CNMHG惇产业可能造成致命有待验证;二是各家技术方的加氢催化剂都还没有打击。稳定的长周期、大规模工业化运行经验;三是产品质2)针对中国乙二醇消费的具体情况,目前中国量尚不稳定,只有乙二醇产品能够连续稳定的达到聚酯瓶片以及长丝和短纤维产能都是世界第一。截94李学强等:国内煤制乙二醇现状及发展建议2014年第6期至2013年底中国聚酯产能达到4100万ta,2014年其他制造成本,总共为1237.4元;运营成本包含工中国又将有500万t的聚酯产能投放,乙二醇的需资及附加、管理费用、营销成本、平均财务费用,总计求量非常巨大,但是中国乙二醇消费市场主要集中为725元。随着各家工艺技术的不断完善,非煤部于华东地区,占全国的62.5%,而这些地区又不具分的成本将趋于相近水平,如煤价以450元∧t计,煤备煤制乙二醇所依赖的资源优势部分成本为1656元,约占总成本的30.6%,此时项从保证原料供应角度考虑,煤制乙二醇项目应目投资企业所掌握的煤炭资源将会对煤制乙二醇成该建在煤炭资源富集地区,不过中国的富煤地区远本造成较大的影响。离乙二醇消费市场,在这些地区建设煤制乙二醇项煤制乙二醇项目的建设必须考虑到国际市场的目必须考虑运输难度及物流成本,尤其是西北地区,冲击,包括进口产品与进口原料对国内市场的影响,长距离的产品运输必然会大大削弱煤制乙二醇的产以及煤制乙二醇的技术水平,同时应考虑到中国乙品竞争力。为了尽量降低风险,应在富煤地区的煤醇消费市场的特点从而选择合适的生产厂址。建化工产业基础上建设煤制乙二醇和聚酯生产项目,设乙二醇项目必须认识到几乎所有的市场缺口都在打造高度集成的一体化产业基地,即利用煤化工项中国,而全球市场产能过剩的现实,稳健投资。目的气化、空分等装置为煤制乙二醇项目提供原料表2煤基乙二醇生产原辅材料成本同时引人甲醇制芳烃技术制取对二甲苯,并进一步加工成精对苯二甲酸,最后由精对苯二甲酸与乙二单价/单耗/成本元·t醇聚合为聚酯产品,用固态聚酯产品取代液态乙二(t·t-1)(元·tl)醇运输,降低运输成本,提高产品竞争力,降低社会原料煤349.90资源消耗。0.669甲醇2350.003)在稳步推进乙二醇工业化并积极拓展下游硝酸产业链的同时,还应该清醒认识到虽然乙二醇在中NaOH57.70国供不应求,但是这种情况几乎只存在于中国,世界液氨范围内乙二醇的生产能力已经出现了过剩的态势催化剂384.62国外的生产厂家必将竭力抢占中国乙二醇市场份额表3煤基乙二醇生产公用工程成本4)中国经济在较长一段时间内仍处于高速发单价/单耗/成本/项目展阶段,市场通胀较高,基础原材料价格势必会有(t·t-)(元·t1)定幅度上涨,此外,国家对经济结构的宏观调控、全燃料煤球化程度的进一步加深以及随着乙二醇生产技术的新鲜水成熟造成国内乙二醇项目可能迎来的大量产能集中循环水0.I75075释放等因素,都会加大煤制乙二醇项目的市场风险。当原料煤与燃料煤价格同取450元/时,乙3煤制乙二醇工艺成本分析醇工厂成本为5403.62元/t,而国内传统的石油路对某乙二醇技术推广方公开资料计算其煤制乙线乙二醇成本在6300元/左右。因此,如果煤制乙二醇工厂成本及副产收益。乙二醇的工厂成本可以醇技术能够稳定生产出聚酯级产品,其生产成本看做由煤(1.89a+1.79b)及非煤(3747.62元)2部较传统石油路线将有优势。不过,国外的石油路线分成本构成,其中a为原料煤成本,b为燃料煤生产工艺技术先进,尤其中东地区以当地非常廉价成本。的乙烷为原料生产乙二醇18,与这些地区的进口乙表2、表3为原辅材料成本(计算式为1013.32+二酶V凵中国煤化工备成本优势。1.89a)及公用工程成本(计算公式为1390.97+CNMHG艺中煤需要经过煤气1.79b),其中电费成本为1241.97元/t。副产为硫化工段成为合成气,若使用电石炉气或焦炉尾气作酸、硫酸铵、混合醇酯、粗碳酸二甲酯(DMC),总收原料,将节省巨大的煤气化的投资成本;此处计算的益为619.07元。制造成本包含折旧费、维修费以及仅为煤制乙二醇的工厂成本,考虑到技术成熟度、装2014年第6期洁净媒技术第20卷置负荷及稳定性、税收、运费等因素,其利润空间将[2]朱建芳,钱伯章环氧乙烷的技术进展与市场分析[J]化工科被进一步压缩。技市场,2007,30(7):1[3]王海蔷,刘昱环氧乙烷生产技术[J].化工科技,2012,204结语[4]候志扬合成气路线生产乙二醇技术进展[J.精细化工原料及聚酯产业的持续发展大大拉动了国内市场对乙中间体,2008(4):35-39醇的需求,为中国的经济和社会发展带来了巨大[5]应卫勇煤基合成化学品[M].北京:化学工业出版社,2010的经济和社会效益。长期以来,国内的乙二醇自给265-277率维持在较低水平,在一定时间内乙二醇仍存在较[6]江镇海国内外合成气制乙二醇技术进展[J]合成技术及应大缺口,煤制乙二醇技术拥有较大的市场空间。用,2010,25(4)[7 Gresham W F Preparation of polyfunctional compounds: US待煤制乙二醇示范项目完善成熟后,如能在国US2636046P].1953-04-2内合理布局建设,将能有效提高国内乙二醇市场的[8]赵宇培,刘定华,刘晓勤,等.合成气合成乙二醇工艺进展和展自给能力,具有重要的战略与现实意义。200kta望[J].天然气化工,2006,31(3):56-60煤制乙二醇项目投资约为20亿~25亿元,与动辄百亿规模投资的煤制油、煤制烯烃项目相比,投资要小1990,20(9),556-564.[10]陈贻盾,李国方.“用煤代替石油乙烯合成乙二醇”的技术进的多,准入门槛更低,也更容易推广。所以,近年来步[J].中国科学技术大学学报,2009,39(1):1-10随着国家产业政策的支持以及国内众多科研院所的1]周张锋,李兆基,潘鹏斌,等煤制乙二醇技术进展[化工进积极推广,煤制乙二醇项目在国内迎来了一股规划展,2010,29(11):2003-2009与投资的热潮。12]陈伟建,孔渝华,闫常群,等煤制合成气生产聚合级乙二醇中煤制乙二醇技术总体仍处于商业化生产的前试开发[J]化工设计通讯,2012,38(3):1-6[13]计扬、CO催化偶联制草酸二甲酯反应机理、催化剂和动力期,有待工业化验证与进一步完善细节,急于推广仍学的研究[D].上海:华东理工大学,2010会有较大风险。上马煤制乙二醇项日应充分考虑产[14惠胜国草酸二甲酯催化加氢制乙二醇反应机理的研究[D]品的市场需求、项目规模与投资、产品质量和成本竞上海:华东理工大学,2012.争力,投资企业也应认真评价自身的资源与经济优[15]刘会杰草酸二甲酯加氢制乙二醇CuSO2催化剂改性研究势以及现有的设施与技术储备,审慎投资,适度发展[D].上海:华东理工大学,2010[16]王保伟,马新宾,李振花,等CO气相偶联制草酸模拟放大研煤制乙二醇。究[J].中国工程科学,2001,3(2):79-85参考文献[17]许根慧,马新宾,王保伟,等CO偶联制备草酸二乙酯的方法:中国,200710060004[P].200-03-19[1]骆雁国内乙二醇生产现状及发展趋势[J].齐鲁石油化工[18]孙玉净,于春梅我国煤制乙二醇产业化现状与前景[J].化学012,40(1):64-67工业,2012,30(1):49-5上接第91页)净煤技术,2013,19(3):68-70式的计算和比较,推荐采用周佩正推荐式计算煤液[6]朱肖曼,李培霖,史士东,等神华上湾煤液化油窄馏分密度和化油窄馏分的假临界压力。此结论对于其他煤种和黏度随温度变化规律的研究[J].煤炭学报,2008,33(6):681-684高于300℃馏分的适用性需要进一步研究和讨论。[7]朱肖曼,李培霖,王雨,等煤液化生成油窄馏分平均分子量参考文献的研究[J].煤炭学报,2009,34(3):386-389[8]马沛生化工数据[M].北京:中国石化出版社,2003:42-66[1]杨春雪,冯杰,徐英神华煤液化油窄馏分的临界性质[J][9]毛学锋,高振楠,李文博,等煤炭直接液化油中酚类化合物的燃料化学学报,2008,36(5):534-539GC/MS研究[J]煤炭学报,2009,34(9):1249-1253[2 ASTM D2892--2010, Standard test method for distillation of crude10],高振楠李文华煤液化油中酚类化合物分布特征研究J煤petroleum(15-theoretical plate column)[S]中国煤化工[3]王迎春,凌开成,申峻,等神华煤液化油馏分密度的分析测CNMHG煤液化油窄馏分假临界性质定[J]煤炭转化,2006,29(2):24-28.假临界温度J煤炭转化,2010,3(1):31-33[4]张海军,凌开成,申峻,等神华煤液化油黏度的测定与分析[12]GB/T2540-1981,石油产品密度测定法(比重瓶法)[S]J]煤炭转化,2006,29(3):40-43[I3]SHTo169—1992,矿物绝缘油平均分子量测定法(冰点降低[5]朱肖曼神华煤液化油窄馏分饱和蒸气压的测量与计算[J]洁法)[S96