煤基甲醇裝置改造為乙二醇裝置可行性分析

第6期(總第169期)煤化工No 6(Total No 169)2013年12月Coal Chemical IndustryDec.2013煤基甲醇裝置改造為乙二醇裝置可行性分析張偉,王峰,雍曉靜,王林(神華寧夏煤業(yè)集團煤炭化學(xué)工業(yè)分公司,寧夏銀川750411)摘要分析了乙二醇市場(chǎng)情況,對乙二醇生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行了比較選擇草酸酯法工藝路線(xiàn)生產(chǎn)乙二醇。以某企業(yè)25萬(wàn)t/a煤基甲醇裝置中現有的氣化裝置為基礎,分析了將該裝置改造為20萬(wàn)t/a乙二醇裝置的可行性綜合考慮技術(shù)、經(jīng)濟等條件,認為此裝置改造可操作性良好。關(guān)鍵詞煤,甲醇,乙二醇,裝置,改造文章編號:1005-9598(2013)-06-0012-04中圖分類(lèi)號:TQ54文獻標識碼:B乙二醇(EG)是一種重要的石油化工基礎有機原1t聚酯,需消耗0.35t乙二醇。合格品主要用作料,主要用于生產(chǎn)聚酯纖維、防凍劑、不飽和樹(shù)脂、潤冷卻劑和不飽和聚酯生產(chǎn)?；瑒┰鏊軇?、非離子表面活性劑及炸藥等,用途十分根據中國平安證券行業(yè)深度報告的數據,過(guò)去十廣泛年聚酯需求量的增長(cháng)率約等于世界GDP增長(cháng)率加上某公司甲醇廠(chǎng)25萬(wàn)t/a甲醇項目以煤為原料經(jīng)2.3%,根據IF( International Monetary Fund國際貨合成氣制甲醇,生產(chǎn)規模較小,因甲醇價(jià)格受市場(chǎng)供幣基金組織)對未來(lái)幾年世界GDP增長(cháng)在4.8%左右的給波動(dòng)影響較大該項目長(cháng)期處于微利甚至虧損狀態(tài)。推測,聚酯在未來(lái)10年將以每年約7%的速度增長(cháng)。對25萬(wàn)t/a甲醇裝置生產(chǎn)成本偏高的問(wèn)題,若1.1世界市場(chǎng)依托現有裝置進(jìn)行技術(shù)改造,提高裝置負荷,增產(chǎn)甲近年來(lái),隨著(zhù)聚酯產(chǎn)品消費的急劇增長(cháng),世界乙醇能在一定程度上改善甲醇廠(chǎng)的虧損局面,但是無(wú)二醇的生產(chǎn)發(fā)展很快。目前,乙二醇的生產(chǎn)技術(shù)主要法從根本上改變甲醇廠(chǎng)生產(chǎn)規模小、生產(chǎn)成本高的現集中在大公司手中,如美國SD、 Shell、UCC及BASF狀。通過(guò)調研和技術(shù)比對,以25萬(wàn)t/a煤基甲醇項目等,不對外轉讓。未來(lái)世界乙二醇的消費熱點(diǎn)主要還的空分、氣化、低溫甲醇洗和部分公用工程為基礎,改是來(lái)自聚酯的生產(chǎn)需求。北美及西歐發(fā)達地區由于下造成20萬(wàn)t/a煤基乙二醇項目,產(chǎn)品預計生產(chǎn)完全游聚酯行業(yè)的發(fā)展較緩及生產(chǎn)成本較高等因素的影成本為4856元/t(含稅),按照7500元/t市場(chǎng)銷(xiāo)響,今后幾年雖然乙二醇需求將小幅增加,但生產(chǎn)能售價(jià)格計算(包括運輸費用450元/t,因乙二醇不屬力將呈現小幅萎縮的趨勢2。于?；?與甲醇相比,運費更低),生產(chǎn)乙二醇凈利12國內市場(chǎng)潤為2644元/t,能徹底改變25萬(wàn)t/a煤基甲醇項近幾年我國乙二醇產(chǎn)能不斷增加,2005年到2012目利潤低的被動(dòng)局面,短期內收回投資,見(jiàn)到效益。年產(chǎn)量年均增長(cháng)27.8%,由110萬(wàn)t增加到378萬(wàn)t,但表觀(guān)消費量由508萬(wàn)t增加到近1060萬(wàn)t,近來(lái)有1乙二醇市場(chǎng)分析多家企業(yè)準備新建或擴建乙二醇生產(chǎn)裝置,預計2015年產(chǎn)能將達到620萬(wàn)t。我國乙二醇市場(chǎng)缺口較乙二醇產(chǎn)品分為優(yōu)等品和合格品兩類(lèi)。優(yōu)等品用大,主要依賴(lài)沙特臺灣新加坡加拿大韓國和伊朗于聚酯生產(chǎn)(聚酯85%用于拉絲,15%用于切片),每生等國進(jìn)口,2012年進(jìn)口796.5萬(wàn)t,約占表觀(guān)消費量收稿日期:2013-08-17基金項目:國際科技與交流專(zhuān)項資助項目(2010DFB40440)作者簡(jiǎn)介:張偉(1982—),男,湖北棗陽(yáng),工程師,碩士,2006年本科畢業(yè)于長(cháng)江大學(xué)化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè),現從事煤化工催化轉化技術(shù)工作,E-mail:zwei200310020126.com。2013年12月張偉等煤基甲醇裝置改造為乙二醇裝置可行性分析13的69%。表1所列為2005-2012年我國乙二醇供需t。2015年我國乙二醇生產(chǎn)量將達到600萬(wàn)t,產(chǎn)能情況。我國是世界乙二醇最大消費國,進(jìn)口依存度增加主要來(lái)自合成氣法工藝。2015年合成氣法制乙70%以上二醇的生產(chǎn)量將達到220萬(wàn)t,占我國乙二醇總生產(chǎn)量的36%。2015年我國乙二醇進(jìn)口量仍維持在表12005-2012年我國乙二醇供需情況萬(wàn)t700萬(wàn)t以上,供需矛盾難以緩解,今后很長(cháng)一段年份產(chǎn)量進(jìn)口量出口量表觀(guān)消費量時(shí)間,我國作為聚酯原料的乙二醇需求旺盛,市場(chǎng)2005110.1400.01.32006154.0406.10.1562.0前景較好。174.0480.10.2653.913價(jià)格分析2008184.6521.62.9703.3乙二醇作為聚酯原料,其價(jià)格變化主要受原料成2009195.0582.80.7777.1本、供需關(guān)系變化影響較大。2006年平均價(jià)格83782010223.2664.40.5元/t、2007年平均價(jià)格10152元/t、2008年平均價(jià)2011240.0722.00.81045格7849元/t、2009年平均價(jià)格5375元/t、2010年2012377.8796.531.11160平均價(jià)格7775元/t。國內近5年平均價(jià)格約為8350元/t,考慮到市場(chǎng)風(fēng)險以及本地區到目標市場(chǎng)的運我國乙二醇主要用于生產(chǎn)聚酯,約占總消費量的輸費用,本技改項目技術(shù)經(jīng)濟分析的乙二醇出廠(chǎng)價(jià)格94%,聚酯消費主要集中在東南沿海,特別是江浙地按7500元/t考慮。區;還用于生產(chǎn)防凍液,約占總消費量的2.5%;其他用于表面活性劑、潤滑劑、聚氨酯、增塑劑、乙二醇聚2煤基合成氣制乙二醇技術(shù)比較合物及醫藥等,約占總消費量的3.3%。2011年,我國乙二醇表觀(guān)消費量達到1000萬(wàn)t以石油或煤為原料生產(chǎn)乙二醇,主要有表2所列以上,進(jìn)口量達到700萬(wàn)t以上。生產(chǎn)量增長(cháng)比較緩的4條工藝路線(xiàn)。這4種技術(shù)路線(xiàn)各有其自身的特點(diǎn)慢,遠遠不能滿(mǎn)足需求的增長(cháng),自給率維持在30%左及優(yōu)勢,合成氣路線(xiàn)(煤化工或天然氣)與石油路線(xiàn)乙右。預計到2015年,我國乙二醇需求量將達到約1400萬(wàn)烯法相比,流程短,副產(chǎn)物少,經(jīng)濟性較高(。表2乙二醇生產(chǎn)工藝路線(xiàn)對比生產(chǎn)工藝優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)耗水量較大;后續流程長(cháng),設備油乙烯法石油裂解的乙烯,經(jīng)氧化得到環(huán)氧乙烷,環(huán)氧乙烷進(jìn)行技術(shù)成熟,應用廣泛大、能耗高、產(chǎn)品副產(chǎn)物多,過(guò)水合反應得到乙二醇程總收率只有70%左右煤氣化生成合成氣,再由合成理論上最簡(jiǎn)單、有效的方在反應中需要很高的合成壓力直接法氣一步法直接合成乙二醇法,即使反應選擇性和轉才能使催化劑在高溫下顯示出化率較低,也具有很大的活性,在控制方面要求精準,該實(shí)際應用價(jià)值方法難以大幅度推廣氣草酸酯法(C0煤氣化生成合成氣,C催化偶工藝中產(chǎn)生的副產(chǎn)物少工藝中有亞硝酸酯存在,若操作合成草酸酯,再加氫生成乙二(DMC/DM<%),乙二醇精餾不當,會(huì )造成草酸二甲酯生產(chǎn)過(guò)線(xiàn)氧化偶聯(lián)法)醇的難度小,精餾能耗少程危險性大DuPont甲醛羰化法、 Redox甲甲醇甲醛法醛和甲醇反應法、甲醛縮合法還處于研究階段注:1)乙烯法中的乙烯原料可通過(guò)石油路線(xiàn)獲得或以煤為原料通過(guò)M0和MTP工藝制得。草酸酯法生產(chǎn)技術(shù)的關(guān)鍵是選用高選擇性、高般以Pd或其他金屬復合作為活性組分,以a-A12O3為轉化率、低成本和長(cháng)壽命的催化劑,包括草酸酯合基質(zhì),催化劑操作溫度為80℃-150℃。催化劑轉化率成催化劑和草酸酯加氫催化劑,其中草酸酯合成催差別較大,如天津大學(xué)的PdFe/a-A3催化劑轉化率化劑已經(jīng)相對成熟,而草酸酯加氫催化劑的技術(shù)開(kāi)為20%-60%,而日本宇部興產(chǎn)的Pd/a-A12O3轉化率為發(fā)則需要重點(diǎn)突破和改進(jìn)。草酸酯氣相法合成催化劑97%-98%。各研究單位的草酸酯氣相法合成催化劑選擇14煤化工2013年第6期性大多在85%以上6化體系、 Engelhard公司的Cu-Zn催化體系UCC公司目前,煤制乙二醇技術(shù)開(kāi)發(fā)工作已集中于草酸酯的固載Cu催化體系、日本Ube興產(chǎn)公司和UCC公司催化加氫這一步。草酸酯催化加氫反應較為復雜,以聯(lián)合開(kāi)發(fā)的Cu/SiO2催化體系等;國內研究機構包括草酸二甲酯為例,一般認為草酸二甲酯首先催化加氫福建物構所、天津大學(xué)、華東理工大學(xué)、中國石化上海生成乙醇酸甲酯,乙醇酸甲酯再加氫形成乙二醇,乙石油化工研究院和復旦大學(xué)等{。二醇過(guò)度加氫則生成乙醇。由此可見(jiàn),必須選擇合適中國煤制乙二醇已進(jìn)人工業(yè)化試生產(chǎn)階段。目前的催化劑,并控制好反應條件,使草酸酯加氫向有利國內眾多機構,包括丹化化工公司、山東華魯恒升化于生成乙二醇的方向進(jìn)行。草酸酯加氫催化劑可分為工公司、東華工程科技公司等都已成功完成了煤制乙以Ru為主的液相加氫催化劑和以Cu為主的氣相加醇的中試,其中丹化化工公司和山東華魯恒升化工氫催化劑,國內外相關(guān)研究以氣相法為主。國外研究公司已進(jìn)入工業(yè)化試生產(chǎn)階段,國內生產(chǎn)單位與研究機構開(kāi)發(fā)的催化體系包括美國ARC0公司的CuCr催單位合作項目及進(jìn)展列于表38。表3煤制乙二醇(草酸酯法)主要研究單位及進(jìn)展研究單位合作單位已完成情況正在進(jìn)行福建物構所丹化科技20萬(wàn)ta項目,河南永金(濮陽(yáng))20萬(wàn)自新鄉)蒙古通遼金煤20萬(wàn)Ua南永試生產(chǎn)上海戊正華魯恒升5萬(wàn)t/a工業(yè)化裝置試生產(chǎn)日本宇部興產(chǎn)東華科技千噸級中試萬(wàn)t/a工業(yè)化建設(新疆)上海焦化廠(chǎng)華東理工大學(xué)、復旦大學(xué)1500t/a中試萬(wàn)噸級工業(yè)試驗裝置華東理工大學(xué)浦景化工公司濮化集團千噸級中試上海石化研究院揚子石化小試試驗千噸級中試前期湖北化工研究院鶴壁寶馬集團、五環(huán)工程公司300t/a中試5萬(wàn)t/a工業(yè)化裝置建設天津大學(xué)云南解化200t/a中試萬(wàn)噸示范工程3工程建設項目的技術(shù)改造經(jīng)變換單元變換后的氫碳比為1.95,滿(mǎn)足后續原料配比要求。滿(mǎn)足氫碳比為1.95的有效合成氣體積分數按31裝置規模79.5%推算,當總氣量為84000m/h時(shí),有效合成氣氣技改裝置規模20萬(wàn)t/a,年操作時(shí)間8000h量為66780m/h。乙二醇項目與甲醇項目在原料及公技改方案初步工藝計算:某公司25萬(wàn)t/a甲醇工程單耗方面的對比列于表5(以1t產(chǎn)品計)。裝置氣化爐共有3臺,生產(chǎn)粗合成氣量為84000表4某公司甲醇裝置粗合成氣組成%m/h,甲醇裝置粗合成氣組成列于表4。該粗合成氣C0+H2體積分數為72%-87%,平均體積分數為79.5%氫碳比為0.78,需要進(jìn)行00中溫耐硫變換。粗煤氣17~22≤0.2<1.00.01~0.1241-4931-380.30~0.01表5乙二醇項目與甲醇項目在原料及公用工程單耗方面的對比合成氣/m氧氣/m3甲醇/kg硝酸/kg燒堿/kg水/m3電/kh蒸汽(飽和)/t規格C0+H2≥99%0.5MPa工業(yè)級68%99%0.4MPa380V、600N、1.5Ma4.0Ma10000V甲醇單耗670乙二醇單耗26262106518.757.50.8乙二醇單耗為C0830m/tH21615m/t(實(shí)際生產(chǎn)2629m/t,則乙二醇的產(chǎn)能為66780/262925.4t/h統計數據)按照C0和H2的分離損耗93%估算經(jīng)過(guò)脫(有效合成氣氣量/混合凈化氣的單耗量)。年操作時(shí)硫、脫碳凈化過(guò)程后滿(mǎn)足氫碳比1.95要求的C和H2間按照8000h計算,年產(chǎn)乙二醇254×8000203200混合氣體的單耗為(830+1615)/0.93=2629m3/h。有效合t。因此,根據技改規模,確定乙二醇生產(chǎn)能力為20萬(wàn)成氣氣量為66780m/h,CO和H2混合凈化氣的單耗為t/a2013年12月張偉等:煤基甲醇裝置改造為乙二醇裝置可行性分析1532技術(shù)方案H2/(O=1.95某公司25萬(wàn)t/a煤制甲醇項目改造流程示意圖(2)對原有低溫甲醇洗的C02吸收塔進(jìn)行改造,增見(jiàn)圖1,其中25萬(wàn)t/a煤制甲醇裝置中現有的氣化、加脫碳部分塔板數,將C2體積分數由3%~4%脫到一氧化碳變換和低溫甲醇洗的設備均滿(mǎn)足乙二醇界20×106以下。區外條件的要求,僅需將后續甲醇合成系統更換為(3)乙二醇合成中DM0酯化工段需要氧氣約C冷箱及PSA(變壓吸附)設備、草酸二甲酯(DM0)合5250m/h,壓力0.6MPa(G),而原裝置氧氣量?jì)H滿(mǎn)成塔及其精餾系統、BG合成塔及其精餾系統。具體變足煤氣化用量,需利用現有空分裝置,進(jìn)行產(chǎn)能擴充動(dòng)如下:或新建1套6000m3/h氧氣空分裝置。(1)原有裝置生產(chǎn)的合成氣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產(chǎn)的要求,需在變換工段將部分C0變換為H2,使合成塔、BG合成塔及精餾系統。添加劑原煤水煤粗煤氣球磨機b變換低溫甲合成氣|合成醇洗精餾一田醇調節氫碳比脫硫脫碳添加劑CO+H2原媒讀機水煤粗媒氣F變瓣甲合成醇洗人→食或B餾系統調節氫碳比脫硫脫碳系統圖中上半部分為煤制甲醇工藝流程,下半部分為煤制乙二醇工藝流程;虛線(xiàn)部分為煤制甲醇項目改造為乙二醇項目需要替換或添加的裝置及設備圖125萬(wàn)ta煤制甲醇項目改造工藝流程示意圖4結語(yǔ)[J].化學(xué)工業(yè),2012,30(1-2):49-52[3]劉雨虹.我國煤制乙二醇現狀及面臨的問(wèn)題[J].化通過(guò)比較分析,以草酸酯法工藝路線(xiàn)為基礎,某學(xué)工業(yè),2011,29(1):13-14.公司甲醇廠(chǎng)25萬(wàn)t/a甲醇裝置可滿(mǎn)足改造為20萬(wàn)4]應衛勇曹發(fā)海,房鼎業(yè).碳一化工主要產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)t/a煤制乙二醇裝置的條件,且廠(chǎng)區內有足夠的空間[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004:117來(lái)加設C0冷箱、PSA分離裝置、DM合成塔、DMO精餾5]李新柱陳瑤陳吉強煤化工路線(xiàn)合成乙二醇技術(shù)系統、EG合成塔等設備。經(jīng)技術(shù)改造,該公司每年產(chǎn)研究進(jìn)展[J].煤化工,2007,35(3):15-18.值會(huì )有大幅度增長(cháng),可短期內收回投資。[6]洪海,費利江,唐勇,等國內煤制乙二醇研究與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展[J.化工進(jìn)展,2010,29(增刊):349-352參考文獻:[7]趙秀閣,呂興龍,趙紅鋼,等氣相法C0與亞硝酸甲酯偶聯(lián)合成草酸二甲酯用Pda-A1203催化劑的研究[1]安學(xué)琴.煤制乙二醇生產(chǎn)技術(shù)現狀及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展[J].催化學(xué)報,2004,25(2):125-128[J].山西化工,2011,31(4):24-26.[8]周張鋒,李兆基,潘鵬斌,等.煤制乙二醇技術(shù)進(jìn)展[2]孫玉凈,于春梅.我國煤制乙二醇產(chǎn)業(yè)化現狀與前景[J].化工進(jìn)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