1 四十年发展历程

 

　　20世纪70年代后期，受石油危机影响，国内外企业和科研机构积极开展非石油路线制取低碳烯烃技术路线的研究。由于煤或天然气经合成气生产甲醇的技术已经比较成熟，因此，研究的重点在于“甲醇制低碳烯烃”技术的开发。

　　纵观改革开放以来我国煤制烯烃行业40年发展历程，先后经历了“甲醇制低碳烯烃”自主技术研究开发、工业性试验装置建设、全球首套工业化示范装置建设并成功投产、大规模商业化运营及升级示范等关键阶段。

 

1.1 改革开放前十年（1978-1987）

 

　　中国科学院大连化物所自20世纪80年代初便开始了甲醇制低碳烯烃的研究工作，早期的研究集中在ZSM-5分子筛为基础的催化剂方面，发展了5200系列多产乙烯催化剂（乙烯选择性约30%）和M792系列高丙烯催化剂（丙烯选择性50~60%），完成了实验室小试。之后，在大连化物所建成了甲醇处理量300吨/年的固定床MTO中试工作。

　　为了避免反应器床层温升过大和及时移出反应热，固定床MTO装置采用稀释的甲醇（质量分数30%）为反应原料，同时利用甲醇脱水反应器（γ-A₁₂O₃催化剂，后改为分子筛催化剂）先将甲醇转化为二甲醚（实际物料为甲醇、水、二甲醚的混合物）以预先去除部分反应热。

 

1.2 改革开放第二个十年（1988-1997）

 

　　大连化物所利用固定床MTO中试装置，验证了催化剂性能，优化了反应工艺，并结合催化剂间歇再生完成了1000小时稳定性试验。中试工作于1993年全面完成。从中试规模和技术指标来看，大连化物所固定床MTO中试工作均达到了同期最好水平，但总体上看，以改性ZSM-5分子筛催化剂为基础的固定床MTO技术，乙烯的选择性并不十分理想。

　　为了使合成气制烯烃过程技术更加合理高效，90年代初，大连化物所开展了SAPO系列催化剂及相应流化床反应工艺的研究开发工作，并在国际上首创了“合成气经由二甲醚制取低碳烯烃新工艺方法（SDTO工艺）”。该工艺由两段反应构成，第一段反应是合成气在金属-沸石双功能催化剂上高选择性地转化为二甲醚（耦合了合成甲醇与甲醇脱水两个反应），第二段反应是二甲醚在SAPO-34分子筛催化剂上高选择性地转化为乙烯和丙烯等低碳烯烃，并经过以水为溶剂分离和提浓二甲醚的步骤，将两端反应串接成完整的工艺过程。

　　甲醇制烯烃工业化技术正是基于SDTO中的二甲醚制烯烃（DTO）技术开发的。为了表明所发展的MTO工艺也可以用于DTO，将新工艺命名为（DMTO）。1995年，SDTO新工艺在上海青浦化工厂中试放大成功。

 

1.3 1999年-2007年发展历程

 

　　改革开放第三个十年，是我国煤制烯烃产业取得突破性进展的时期，国内不同路线“甲醇制低碳烯烃”技术也取得阶段性成果。

　　2004年8月，大连化物所、新兴能源科技有限公司和中石化洛阳工程有限公司合作，进行甲醇制取低碳烯烃成套工业技术开发，启动了世界首套万吨级（日处理甲醇50吨）甲醇制烯烃工业性试验装置建设。该试验装置于2006年2月投料运行。通过投料试车、条件试验、考核运行三个阶段的工业试验证明，50吨/日进料规模的装置达到了设计预定参数和目标，能够满足反应-再生系统温度、压力、循环量、取热和烧焦的要求，仪表控制和DCS系统工作正常。该工业性试验装置规模和技术指标均处于国际领先水平，为我国建设大型化工业示范装置提供了技术基础。

　　2007年，中国石化在北京燕山石化完成了100吨/天甲醇制烯烃（S-MTO）工业试验，并于2008年完成了甲醇年进料180万吨S-MTO工艺包的开发，具备了设计和建设大型MTO工业化装置的条件。2010年4月，中原石化60万吨/年（进料量）甲醇制烯烃项目于在濮阳开工建设。

 

1.4 最近十年发展历程（2008-2017）

 

　　在2008年全球金融危机之后，在国内石油需求快速攀升而产量增长缓慢、国际油价日渐复苏的背景下，我国以石油替代产品为主要方向的煤炭加工技术快速步入产业化轨道，煤制烯烃示范工程取得阶段性成果。“十一五”末，神华包头和神华宁煤、大唐多伦等3套大型煤制烯烃装置陆续建成，其中，神华包头60万吨/年煤制烯烃示范工程是采用国内自主核心技术建设的世界首套大型化工业化装置，2010年8月8日，该装置一次开车成功并稳定运转。

　　在其他“甲醇制低碳烯烃”技术方面，在DMTO基础上，大连化物所开发了DMTO-Ⅱ技术。DMTO-Ⅱ工业试验装置于2009年7月投入试验并打通全流程，并于2010年4月至5月进行了条件优化实验。

　　“十二五”期间，通过总结神华包头等项目建设运营经验，国内多套煤制烯烃项目持续推进建设，到“十二五”末，我国煤制烯烃产业发展已初具规模，DMTO、DMTO-Ⅱ、S-MTO等自主工艺技术已在工业化项目中广泛应用，并建设了清华大学流化床（FMTP）示范装置（尚未投产）。

　　2011年1月起，神华包头煤制烯烃项目投入商业化运营。同年，中原石化甲醇制烯烃项目也实现了成功运行。

　　2013年1月，宁波禾元甲醇制烯烃项目投料试车成功，该项目是我国首套在沿海地区建设的以外购甲醇为原料的大型甲醇制烯烃项目，开创了一条以外购甲醇为原料生产低碳烯烃的新途径。

　　“十二五”期间，煤制烯烃产业发展取得了显著成绩。截至2015年底，我国煤制烯烃（包括甲醇制烯烃）产能已经达到862万吨/年，当年产量达648万吨。通过优化工艺技术和提升管理水平，各个项目基本实现了安全、稳定、长周期、高负荷运行，煤耗、水耗不断下降，“三废”处理和环保水平不断提高。

　　经过“十二五”时期快速发展，随着《现代煤化工产业创新发展布局方案》、《煤炭深加工产业示范“十三五”规划》等文件的出台，通过总结行业发展前期的经验教训，“十三五”时期，煤制烯烃行业更加规范，逐步进入到升级示范阶段。

　　在新型低碳烯烃技术的开发方面，大连化物所等科研机构在合成气直接制烯烃等技术领域已经取得积极进展，作了大量催化剂改进研究工作。合成气直接制烯烃等技术起源于传统的费托合成，目前，该工艺已完成600多小时稳定性单管试验（催化剂装填量4-5克，反应器16-20毫米），总体上C₂~C₄烯烃选择性大于80%。

 

2 重大成就

 

2.1 自主知识产权技术获得重大突破

 

　　经过我国几代研究人员的努力，吸收传统化工技术的经验，以大连化物所DMTO、DMTO-Ⅱ技术和中国石化S-MTO等为代表的一批国内自主甲醇制烯烃科研成果已成功在大型煤制烯烃项目中示范应用。其中，大连化物所“甲醇制取低碳烯烃（DMTO）技术”获得2014年度国家技术发明一等奖；中国石化“高效甲醇制烯烃全流程技术”和神华集团“煤制油品/烯烃大型现代煤化工成套技术开发及应用”均获得2017年度国家科学技术进步奖一等奖。

 

2.2 产业化水平全球领先

 

　　随着甲醇制烯烃关键核心技术取得重大突破，与产业配套的大型煤气化、合成气净化、硫回收、大型甲醇合成等单元技术逐渐完善，我国煤制烯烃产业化步伐已处于世界领先水平。截至2017年底，我国已建成煤制烯烃项目10个，产能689万吨/年，当年煤制烯烃产量571万吨。

 

煤制烯烃已投产项目列表（单位：万吨/年）

序号	项目业主	项目地点	规模	甲醇制烯烃技术
1	神华集团	内蒙古包头	60	DMTO
2	神华宁煤集团	宁夏宁东	100（50×2）	MTP
3	大唐集团	内蒙古多伦	50	MTP
4	延长石油	陕西靖边	60	DMTO
5	中煤集团	陕西榆林	60	DMTO
6	宁夏宝丰	宁夏宁东	60	DMTO
7	陕煤化集团	陕西蒲城	68	DMTO-Ⅱ
8	神华集团	新疆乌鲁木齐	68	SHMTO
9	中天合创	内蒙古鄂尔多斯	130	S-MTO
10	青海盐湖	青海格尔木	33	DMTO
	合计		689

 

　　除上述项目外，延安能化60万吨/年煤制烯烃项目中安联合70万吨/年煤制烯烃项目正在建设，多个项目正在开展前期工作。

　　此外，我国也建设了一批外购甲醇制烯烃项目，以东部沿海地区为主。，因产品距离终端消费市场较近，乙丙烯下游产品更为丰富，不再局限于聚烯烃产品。2017年，外购甲醇制烯烃路线烯烃产量436万吨。

 

甲醇制烯烃部分已投产项目列表（单位：万吨/年）

序号	项目业主	项目地点	规模	甲醇制烯烃技术
1	中原石化	河南鹤壁	20	S-MTO
2	宁波富德（禾元）	浙江宁波	60	DMTO
3	惠生清洁能源	江苏南京	30	UOP
4	山东神达	山东枣庄	33	DMTO
5	阳煤恒通	山东临沂	30	UOP
6	神华集团	陕西榆林	60	DMTO
7	浙江兴兴	浙江嘉兴	60	DMTO
8	富德（常州）	江苏常州	33	DMTO
9	中煤蒙大	内蒙古鄂尔多斯	60	DMTO
10	江苏斯尔邦	江苏连云港	83	UOP
	合计		469

 

2.3 成为国内烯烃行业重要组成部分

 

　　乙烯、丙烯是化学工业的基石。我国富煤少油，以乙烯为代表的基础石化原料短缺。煤制烯烃是发挥我国煤炭资源优势，实现煤炭清洁高效利用的重要途径，是我国经济发展的重大需求，对我国经济发展和国防安全具有重大战略意义。

　　2009年前，国内烯烃生产基本全部来自蒸汽裂解装置，原料结构中以石脑油、轻柴油、加氢尾油等液体为主，少量采用油田、炼厂轻烃等气体原料。2010年以来，煤制烯烃、外购甲醇制烯烃等相继实现产业化，我国烯烃产业形成多种原料路线并举的格局。

　　2017年，来自煤（甲醇）制烯烃装置的乙烯产量和丙烯产量分别为439万吨和568万吨，分别占当年乙烯产量的行业19.1%和20.3%。煤（甲醇）制烯烃产业已经成为我国烯烃行业的重要组成部分。

 

2.4 丰富了石化产业布局

 

　　随着国内电子、汽车、装备等加工制造业的产业转移，中西部地区对各类石化原材料在品种、数量上的需求不断增长。近年来，我国建设的煤制烯烃项目均布局在中西部煤炭资源富集地区，填补了中西部地区石化产业空白，为当地石化下游及相关产业发展提供了有竞争力的原料，也为后续烯烃与氯碱、冶金、电力、建材等相关产业融合发展创造了有力的条件。

 

2.5 经受住了低油价的考验

 

　　2014年7月以来，国际原油价格跳水，国内煤炭、甲醇等生产资料价格的持续高位运行，造成了多家煤制烯烃企业经营业绩下滑，但几乎所有的煤制烯烃（MTO）生产企业仍实现了盈利，煤制烯烃产业经受住了低油价的考验。因此，尽管近年来的低油价降低了投资煤炭深加工产业的热度。由于煤制烯烃项目技术成熟可靠，盈亏平衡点相对较低，仍是“十三五”期间煤炭深加工行业投资的热点。

 

3 主要经验

 

3.1 依靠自主技术装备

 

　　甲醇制烯烃的核心技术之一是催化剂，催化剂的性质和性能决定着甲醇制烯烃工艺技术的发展方向。DMTO、S-MTO等技术的成功开发使我国成为世界上第一个掌握自主知识产权全流程煤制烯烃技术的国家，实现了成套大型工业装置的完全自主开发—设计—制造—建设—运行。

　　我国煤制烯烃产业经过“十一五”以来的快速发展，多喷嘴对置式水煤浆气化、航天粉煤加压气化等自主气化技术也在项目中得到广泛应用，大型空分装置、大型工艺压缩机组、适用于苛刻条件的泵、阀等关键设备和控制系统实现了自主化，突破了超大超厚装备设计及制造技术，实现了核心装备的中国制造。

 

3.2 完善人才队伍建设

 

　　煤制烯烃项目技术复杂，资金投入大，工程建设和生产运行难度较大，属于系统工程，项目的成功运行，离不开技术研发、工程设计和建设、生产管理等方面专业人才的保障。

　　近年来，通过组织实施示范项目，开展技术研究、技术装备等创新攻关，煤制烯烃生产企业、技术研发机构和装备制造厂商数量进一步增加，形成了一批专业全面、结构合理的人才队伍。相关企业和科研团队具备较强的工程化经验，对产业的良性发展奠定了重要基础。

 

4 面临的形势

 

4.1 面临的机遇

 

4.1.1 煤炭清洁高效开发利用

　　当前，我国煤炭资源仍以燃料利用为主，燃烧产生的污染物是工业污染物排放的主要来源，治理难度大，成本费用高，对大气环境影响最大。因此，必须改进煤炭利用方式，选择合理的加工转化工艺和产品方案，实现煤炭资源的综合利用和价值最大化。

　　我国发布的《能源发展战略行动计划（2014-2020年）》中提出：按照安全、绿色、集约、高效的原则，加快发展煤炭清洁开发利用技术，不断提高煤炭清洁高效开发利用水平。将煤炭作为原料加以利用，可有效减少二氧化硫、氮氧化物和烟尘的排放，煤制烯烃等煤化工产业已经成为煤炭清洁高效利用的有效途径。

 

4.1.2 原料路线多元化的需求

　　由于我国石油天然气供求矛盾不断加大，进口依存度逐年上升，能源供应安全问题日益突显。为应对能源发展的新挑战，我国实施节约优先、立足国内和绿色低碳的发展战略，大力实施石化行业原料多元化，减轻对石油天然气的严重依赖。

　　利用我国丰富的煤炭资源和先进的煤化工技术，适度有序发展非石油基烯烃产品，使我国石化工业的原料结构更加适应我国的资源结构，在避免原油进口依存度过快增长的同时，大幅提升基础石化产品自给率，为增强我国能源体系安全提供重要保证。

 

4.1.3 烯烃下游市场前景广阔

　　我国乙烯丙烯及下游产品市场广阔，是世界烯烃及下游产品的最大生产地和消费市场之一。当前，煤制烯烃项目布局以中西部地区为主，远离烯烃下游中心市场，受本地市场消纳能力和运输距离限制，绝大多数项目采用了聚合物加工方案，且以通用牌号的聚乙烯、聚丙烯为主。虽然此类产品方案附加值较低，产业链短，且通用牌号聚烯烃市场竞争压力逐渐增大，但固体产品运输方便，工艺技术成熟，实施难度较小，在国家稳步推进新型城镇化和扩大内需等因素的拉动下，产品下游市场容量依旧较大，为煤基替代产品发展奠定了市场基础。依靠成本竞争优势打开市场，也成为西部煤制烯烃企业比较现实的选择。

 

4.2 面临的挑战

 

4.2.1 海外低成本产品的冲击

　　近年来，世界乙烯原料格局产生较大变化，以乙烷、丙烷、丁烷等轻烃为原料的乙烯产量已经超过以石脑油为原料的乙烯产量。

　　页岩气革命为美国乙烯工业提供了大量廉价乙烷，美国乙烯原料结构深度调整，石脑油和较重液体原料所占比重显著减少。乙烷供应量的增长正在引发美国新一轮裂解装置投资热潮，未来10年，将有超过1000万吨/年的新增乙烯产能陆续投产，且大多以乙烷为原料。美国乙烯及下游衍生物生产除满足北美地区需求外尚有一定富裕，是世界主要的乙烯衍生物出口地区之一。

　　中东乙烯工业大量使用廉价的乙烷为原料，其乙烯成本在世界范围内具有极强的竞争力。虽然该地区乙烷产量增长放缓，与上游炼厂联合建设的混合进料裂解装置所占产能比例逐步上升，但与我国石脑油蒸汽裂解制乙烯相比也仍将长期处于成本优势地位。

　　总体来看，虽然近年来国内烯烃供应能力持续增长，但供需矛盾依旧较为突出，加之国外产品在成本或质量方面的优势，使得我国乙、丙烯当量进口量依然呈现持续增长态势，未来中东、北美等具有显著成本优势地区的乙烯下游产品仍将在我国市场上占有较大份额。

 

4.2.2 环境成本将大幅增加

　　煤制烯烃等现代煤化工项目规模较大，污染物排放和二氧化碳排放量较大。尤其在废水方面，生产废水经过技术处理后，虽然可以实现达标排放，但因项目多建设在西部地区，当地环境承载力差或没有纳污水体（黄河流域轻度污染，部分流域无环境容量，不允许废水排入；西北诸河水质为优，但流量小，纳污能力有限，且部分为国际河流，环境敏感），使得废水不得不采取“零排放”方案，既增加了项目的生产成本，实际效果也很难保证。

　　此外，我国二氧化碳排放总量和单位GDP排放量已居世界首位，但因我国尚处于工业化和城镇化进程中，仍需要大量能源支撑，因此，面临着巨大的碳减排压力。根据2014年11月中美联合签署的《中美气候变化联合声明》，我国碳减排工作将从强度控制逐步转变为总量控制。为应对以雾霾为代表的环境危机挑战，顺应发展低碳经济以及转变经济发展方式的要求，我国陆续开征环境税和试点碳交易，对煤制烯烃项目效益和竞争力带来影响。

 

4.2.3 水资源承载力不足

　　我国煤炭资源与水资源逆向分布特点较为突出，煤炭储量主要分布在昆仑山—秦岭—大别山以北地区，其煤炭资源占全国的90%；我国淡水资源主要集中在南方，昆仑山—秦岭—大别山以北地区水资源仅占21%；北方主要煤炭产地人均水资源占有量和单位国土面积水资源保有量仅为全国水平的1/10。

　　我国西北富煤地区水资源总量和人均水资源量指标偏低，西部地区一些正在进行的大型煤化工项目和扩建项目因水资源迟迟不能落实而影响建设进度，用水矛盾极为突出，水资源已经成为煤化工发展的最大瓶颈和制约因素。此外，用水价格大幅度提升，也将严重影响煤化工成本竞争力。黄河水权转换供水成本约为10~20元/吨，水资源费为0.5元/吨，部分地区煤化工用水价格已经高达12元/吨或以上水平，远高于海水淡化价格。