任 光

(同煤廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司，山西大同 037001)

我國煤制甲醇的工業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析

任 光

(同煤廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司，山西大同 037001)

介紹了以煤為原料制取甲醇的工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及主要的生產(chǎn)工藝。針對目前甲醇市場的現(xiàn)狀及甲醇產(chǎn)能嚴(yán)重過剩的問題，提出了一些建議，并對今后的煤制甲醇工業(yè)進行展望。

煤化工；甲醇；現(xiàn)狀；前景

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2016.05.002

甲醇是一種重要的化工原料，可廣泛用于化工、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、涂料、國防等方面，同時也可以作為油品的清潔替代燃料，具有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域[1]，在基礎(chǔ)化工原料中，其消耗量僅次于乙烯、丙烯和苯。2015年全球甲醇總消費量達8 224萬t，年需求量增幅達7.8%。甲醇作為一種新型清潔能源，在化學(xué)工業(yè)發(fā)展的各個領(lǐng)域越來越受到重視。

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，國家對能源以及化工原料的需求量與日俱增。我國“貧油、富煤、少氣”的資源稟賦決定了煤炭將繼續(xù)作為我國的主要化石能源，而要做到多元化、長遠發(fā)展，必須要對現(xiàn)有的煤炭資源進行合理、有效地利用。煤制甲醇工藝路線成熟，而且已經(jīng)得到了廣泛的推廣及工業(yè)化應(yīng)用，是一種可以最大限度利用煤炭資源、緩解工業(yè)發(fā)展與能源短缺矛盾的有效途徑。

1 煤制甲醇工藝

生產(chǎn)甲醇的原料很多，重油、石腦油、焦?fàn)t煤氣、天然氣、煤炭等都可以作為生產(chǎn)原料。國外很多地區(qū)，如中東、北美、非洲等多以天然氣為原料生產(chǎn)甲醇，而我國的天然氣制甲醇的比例約占1/3[2]，基本上是煤炭、天然氣、焦?fàn)t煤氣三者并舉，同時還有為數(shù)眾多的中小型合成氨聯(lián)醇裝置。但無論采用何種生產(chǎn)途徑，最終都是以H2和CO為原料來合成甲醇，而且大致都可以分為造氣、氣體凈化、壓縮、甲醇合成以及甲醇精制幾個部分，即以煤炭為原料，通過將煤炭氣轉(zhuǎn)化為粗煤氣，然后通過高溫變換調(diào)節(jié)合成反應(yīng)的氫碳比，再將多余的CO2和硫化物脫除后得到凈化氣，通過甲醇合成反應(yīng)得到粗甲醇，再通過精餾工藝生產(chǎn)合格的精甲醇產(chǎn)品。

在甲醇合成的工藝流程中，煤的氣化和甲醇合成是煤制甲醇的關(guān)鍵技術(shù)。

目前世界上普遍采用的以煤為原料制取合成氣的成熟工藝主要有魯奇加壓固定床氣化法、德士古水煤漿氣化法以及GSP、Shell的干煤粉加壓氣化法，我國也自主研發(fā)了灰融聚氣化法。由于氣流床氣化工藝具有技術(shù)先進、能耗低、環(huán)保效果好、碳轉(zhuǎn)化率高等優(yōu)點，大型甲醇煤氣化技術(shù)多選用氣流床氣化技術(shù)。

甲醇合成的主要反應(yīng)物是H2和CO，是可逆、放熱、體積縮小的反應(yīng)，受熱力學(xué)和動力學(xué)控制，根據(jù)采用的壓力不同可分為3種方法。①高壓法：在340～420℃、30.0～50.0 MPa下采用Zn-Cr氧化物作為催化劑來合成甲醇；②低壓法：在275℃、5.0～10 MPa下采用銅基催化劑(Cu-Zn-Cr)作為催化劑來合成甲醇；③中壓法：在210～280℃、10～15 MPa下采用銅基催化劑(Cu-Zn-Al)作為催化劑來合成甲醇。

其中高壓法是最先實現(xiàn)工業(yè)化的甲醇生產(chǎn)工藝，但由于投資成本高、催化劑活性低、能耗大等缺點，已經(jīng)逐漸被淘汰。目前甲醇合成的新建裝置多采用低壓法，具有低壓甲醇先進生產(chǎn)工藝的公司有英國的ICI、丹麥的托普索(Topsφe)、德國的魯奇(Lurgi)以及日本的三菱公司等。目前世界上采用ICI甲醇合成技術(shù)的裝置約占50%，采用魯奇SRC甲醇合成技術(shù)的裝置約為30%，這兩種工藝是世界上應(yīng)用最多的合成技術(shù)。

我國自上世紀(jì)80年代開發(fā)了低壓甲醇合成技術(shù)，廣泛采用管殼式合成塔和雙塔精餾工藝，隨后又開發(fā)了U形冷管合成塔和三塔精餾工藝[3]。目前國內(nèi)大型裝置所采用的多數(shù)為中壓和低壓合成技術(shù)。此外，針對反應(yīng)單程轉(zhuǎn)化率低的問題，還開發(fā)了雙塔合成和雙級合成流程，即將兩個合成塔或兩個合成回路串聯(lián)流程，既減少了設(shè)備體積，又提高了碳轉(zhuǎn)化率。

2 我國煤制甲醇的發(fā)展及現(xiàn)狀

我國早在上世紀(jì)50年代末就開始以焦炭和煤為原料，采用鋅-鉻催化劑高壓法來合成甲醇，并先后在吉化、蘭化、太化等地投建。60年代由南京化學(xué)工業(yè)公司研究院開發(fā)出了中壓銅基合成催化劑，從此開始在全國發(fā)展合成氨聯(lián)產(chǎn)甲醇技術(shù)。70年代我國引進了ICI和魯奇的低壓合成甲醇技術(shù)。1995年，我國第一套自主研發(fā)的大型甲醇低壓合成裝置在上海投產(chǎn)。此后許多高校及設(shè)計院都先后開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的甲醇合成工藝。

自2000年以來，由于國內(nèi)經(jīng)濟的快速增長，使得甲醇市場需求旺盛，加上新型煤化工產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，各地先后投建了大量的煤制甲醇項目，甲醇產(chǎn)量及開工率也逐年上升。2000年我國的甲醇年產(chǎn)量只有100萬t，到2010年，甲醇年產(chǎn)量達到1 752萬t，2013年國內(nèi)甲醇生產(chǎn)能力為5 886萬t，占世界甲醇產(chǎn)能的50%以上，已經(jīng)成為世界上最大的甲醇生產(chǎn)國，到2020年將達到10 000萬t。另一方面，2013年我國甲醇表觀消費量為3 287萬t，占世界甲醇消費量的60%，已經(jīng)成為世界上最大的甲醇消費國，而且隨著烯烴工業(yè)的迅猛發(fā)展，到2020年，甲醇消費量將達到9 600萬t。

目前國內(nèi)甲醇消費量中最多的是甲醛、烯烴、二甲醚和甲醇燃料等。以2013年為例，甲醛占消費構(gòu)成的27%，烯烴占19%，二甲醚占18%，甲醇燃料占11%。此外，甲醇羰基化合成醋酸、乙二醇、甲醛、MTBE等也是目前主要的甲醇衍生物[4]。

不過也應(yīng)該看到，在甲醇產(chǎn)能爆炸性增長及新建項目迅猛發(fā)展的同時，甲醇裝置的開工率并未隨之提高，而且受原料供應(yīng)、新建裝置調(diào)試、裝置負(fù)荷波動等多種因素的影響，甲醇開工率波動較大。由于國內(nèi)經(jīng)濟迅猛發(fā)展和原油、天然氣價格上漲等因素影響，甲醇價格一路飆升，企業(yè)開工率也逐漸上升至70%以上，此后又逐年下降。

目前我國的甲醇工業(yè)中，煤制甲醇比例約占64%，而天然氣和焦?fàn)t煤氣制甲醇比例約占18%，合成氨聯(lián)醇占18%，形成了單-聯(lián)并舉、大小并舉的行業(yè)發(fā)展格局。盡管采用天然氣作為原料制取甲醇的成本和設(shè)備投資要遠低于煤制甲醇，但我國的資源利用現(xiàn)狀及國家能源政策決定了在相當(dāng)長的時間內(nèi)煤制甲醇將依然是甲醇的主要生產(chǎn)方向，而淘汰市場競爭力低、規(guī)模小的甲醇裝置，實現(xiàn)裝置規(guī)模大型化，大力開發(fā)新型節(jié)能降耗的合成工藝以及高效合成催化劑的研發(fā)將是目前甲醇合成工藝的發(fā)展方向及趨勢。

3 煤制甲醇工業(yè)存在的問題及前景

盡管甲醇作為一種新型能源，其下游應(yīng)用十分廣泛，但目前我國甲醇工業(yè)的發(fā)展也存在著一些問題。

由于煤化工行業(yè)的過熱發(fā)展，導(dǎo)致很多煤炭企業(yè)為了追求短期效益，不考慮市場競爭力就紛紛“入行”，使得新項目的開工率較低，一方面也反映出甲醇產(chǎn)能的過剩，加之下游市場發(fā)展相對滯后，使得許多投建企業(yè)面臨巨大的生存和發(fā)展壓力。

目前我國甲醇下游產(chǎn)業(yè)多分布在華東、華北和華中地區(qū)，而大型甲醇企業(yè)多在西北、東北和西南等產(chǎn)煤地區(qū)，普遍存在著生產(chǎn)成本、設(shè)備成本和運輸成本高的問題，沿海地區(qū)多以合成氨聯(lián)醇為主，裝置規(guī)模小，市場競爭力差。而我國的進口甲醇目前主要來自中東和北美，這些地區(qū)多以天然氣為原料，生產(chǎn)成本低，甲醇到港價也只有900～1 500元左右。隨著今后我國對甲醇需求量的進一步增長，部分化工企業(yè)勢必會更多選擇價格低廉的進口甲醇，這也將給國內(nèi)甲醇市場帶來很大的沖擊。

煤化工項目具有投資大、高能耗的特點，本身的投建及運營“門檻”就比較高，如果項目建成后不能正常運行，將會給企業(yè)的發(fā)展帶來很大困難，同時也必將使一部分企業(yè)將今后的煤化工發(fā)展方向轉(zhuǎn)至煤制油、煤制烯烴等其他方面，很可能會對今后一段時間的甲醇工業(yè)發(fā)展產(chǎn)生不利影響。

煤制甲醇是國家煤化工產(chǎn)業(yè)的一個重要組成部分，也關(guān)系到國家的能源安全及未來化工行業(yè)的發(fā)展。針對目前的現(xiàn)狀，國家已經(jīng)出臺了一系列產(chǎn)業(yè)政策進行干預(yù)控制，如“十二五”期間國家制定了《煤炭深加工示范項目規(guī)劃》，加大了對煤化工行業(yè)的引導(dǎo)力度；2011年禁止百萬噸以下的甲醇項目審批；2012年禁止以天然氣為原料生產(chǎn)甲醇；2013年將年產(chǎn)百萬噸以上的煤制甲醇項目的審批權(quán)收歸國務(wù)院投資主管部門等。但與此同時，還應(yīng)該加強對國內(nèi)化工市場的宏觀調(diào)控，穩(wěn)定甲醇市場價格，同時從產(chǎn)業(yè)政策和技術(shù)開發(fā)等方面進行鼓勵引導(dǎo)，合理布局，在發(fā)展傳統(tǒng)甲醇深加工項目的同時，積極拓寬甲醇下游的應(yīng)用領(lǐng)域，以保證目前運行的甲醇企業(yè)能夠長期健康發(fā)展。

除此之外，煤炭企業(yè)或煤化工企業(yè)在擬建、報批煤制甲醇項目的同時，必須要充分考慮國內(nèi)外能源格局的變化以及甲醇的市場前景，在新建甲醇項目的同時也要合理配套一些以甲醇為原料的下游項目，如甲醇制烯烴、甲醇制二甲醚等項目，使企業(yè)在甲醇市場低迷、產(chǎn)能不能充分釋放的情況下通過將甲醇進行深加工，轉(zhuǎn)化為一種或幾種下游市場需求旺盛的化工產(chǎn)品，延伸產(chǎn)業(yè)鏈條。使得企業(yè)在提高自身競爭力的同時，也能夠促進其他化工行業(yè)的發(fā)展。

但同時也要看到，作為一種基礎(chǔ)化工原料，僅靠下游化工產(chǎn)業(yè)來提升甲醇的消費量和發(fā)展空間，其作用還是很有限的。隨著世界各國環(huán)保意識和低碳經(jīng)濟理念的加強，煤炭清潔轉(zhuǎn)化技術(shù)將是未來煤化工發(fā)展的主要方向，甲醇在新型車用替代燃料、甲醇燃料電池、甲醇制烯烴等方面將具有更加廣闊的發(fā)展前景[5]，其中車用燃料領(lǐng)域的應(yīng)用尤為引人矚目，也將是未來中國能源結(jié)構(gòu)多元化發(fā)展的重要方向。

與汽油相比，甲醇作為燃料具有熱效率高、燃料成本低、安全性好、尾氣排放量低等優(yōu)點，有研究表明，純甲醇作為車用燃料的動力性不比汽油差[6]，而且在尾氣排放上基本屬于清潔燃料，對大氣污染小。近年來在國內(nèi)多家汽車企業(yè)的積極參與和研究單位的努力下，甲醇汽車的關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)基本上得到解決，推廣醇醚類燃料汽車的產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)成為了國家當(dāng)前能源調(diào)整的一個重要方向，同時也已經(jīng)在多個地區(qū)進行了推廣，山西、陜西和上海是目前甲醇燃料示范性應(yīng)用最快、最廣泛的地區(qū)。但甲醇燃料的普及推廣也存在著一些問題，如價格機制的確定、添加劑的統(tǒng)一規(guī)范、甲醇及尾氣中甲醛、甲酸對燃油泵的腐蝕等[7]。只要這些問題得到徹底解決，甲醇燃料的需求量將會十分巨大，而且將會進一步帶動全甲醇汽車、甲醇燃料電池的發(fā)展，必將成為甲醇需求量新的突破口和增長點。

4 結(jié)語

在當(dāng)前我國的資源現(xiàn)狀及工業(yè)發(fā)展趨勢下，以煤為原料生產(chǎn)甲醇將是我國最主要的甲醇生產(chǎn)方式，也符合我國的能源產(chǎn)業(yè)政策方針，特別是今后甲醇混摻汽油、甲醇燃料的大規(guī)模推廣應(yīng)用都將促進煤制甲醇的發(fā)展。但必須要考慮到市場的供需平衡，促進甲醇下游市場的開發(fā)，同時推動甲醇企業(yè)大型化、聯(lián)產(chǎn)一體化發(fā)展，促進整個能源行業(yè)和化工產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

[1]李士鵬.我國甲醇行業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展建議[EB/OL].2008-06-16.http：//www.studa.net/cailiao/080616/10362990.html.

[2]陶鵬萬，張克.天然氣原料生產(chǎn)甲醇補碳問題的討論[J].甲醇與甲醛，2005(3)：11-14.

[3]段志成，郝文秀.甲醇的生產(chǎn)工藝及其發(fā)展現(xiàn)狀[J].內(nèi)蒙古石油化工，2010(4)：56-57.

[4]陳艷麗，陳慧勇.甲醇化工技術(shù)概述[J].山東化工，2007(36)：28-30.

[5]周曉謙，殷伯良.煤制甲醇工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析[J].露天采礦技術(shù)，2006(2)：4-6.

[6]金萍，俞小莉，嚴(yán)兆大.甲醇M100在汽油機上的應(yīng)用研究[J].浙江大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，1997(5)：655-660.

[7]于樹峰.我國車用甲醇燃料的市場開發(fā)與應(yīng)用前景[J].化學(xué)工業(yè)，2009，26(3)：17-21.

修改稿日期：2016-06-14

Analysis on Present Situation and Development Trend of Coal Methanol Industry in China

REN Guang
(Tongmei Guangfa Chemical Industry Co.，Ltd.，Datong Shanxi 037001 China)

This paper introduces the present situation of the industrial development and the main production process of methanol from coal as raw material. In view of the current situation of methanol market and the serious excess of methanol production，it also puts forward some suggestions and looks to the prospect of the methanol industry.

coal chemical industry；methanol；present situation；prospect

10.3969/j.issn.1004-8901.2016.05.002

TQ223.121

A

1004-8901(2016)05-0005-03

任光(1979年-)，男，山西大同人，2003年畢業(yè)于太原理工大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，工程師，現(xiàn)主要從事化工消防安全、管理等工作。