煤制烯烴將遇甲烷路線挑戰(zhàn)

　　近年來(lái)，我國(guó)煤制烯烴產(chǎn)業(yè)發(fā)展如火如荼，已建成的煤制烯烴項(xiàng)目達(dá)27個(gè)，合計(jì)烯烴能力1415萬(wàn)噸，在建和擬建項(xiàng)目還有50個(gè)，產(chǎn)能約為2643萬(wàn)噸。但另一方面，煤制烯烴產(chǎn)業(yè)也正在受到多方面的挑戰(zhàn)。

 

　　經(jīng)濟(jì)方面的挑戰(zhàn)顯而易見(jiàn)，由于烯烴價(jià)格低位徘徊，煤炭?jī)r(jià)格不斷上漲，煤制烯烴的利潤(rùn)空間十分微薄，多數(shù)企業(yè)甚至陷入虧損境地。與此同時(shí)，煤制烯烴正受到其他技術(shù)路徑的挑戰(zhàn)，尤其是甲烷制烯烴技術(shù)的挑戰(zhàn)。

 

 

　　目前，國(guó)外90%以上的乙烯來(lái)自石腦油和乙烷的裂解，國(guó)內(nèi)則主要來(lái)自于石腦油和甲醇的裂解。隨著石油資源的日漸缺乏，人們急需尋找新的替代資源，目前，國(guó)內(nèi)外有兩條石油替代路線，我國(guó)重點(diǎn)利用“富煤”優(yōu)勢(shì)發(fā)展現(xiàn)代煤化工，而國(guó)外更重視天然氣中的甲烷。

 

　　我國(guó)煤資源價(jià)格相對(duì)便宜，以煤制取甲醇，再經(jīng)過(guò)甲醇裂解得到烯烴，是一條很好的途徑。這是國(guó)內(nèi)研究并且取得工業(yè)化成功的一項(xiàng)重大成果，已經(jīng)對(duì)中國(guó)的乙烯工業(yè)產(chǎn)生了重大影響。

 

　　但是，作為僅次于石油和煤炭的世界第三大能源，天然氣開(kāi)采容易、價(jià)格便宜。近年來(lái)，隨著我國(guó)天然氣勘探儲(chǔ)量的擴(kuò)大，以及頁(yè)巖氣、煤層氣等非常規(guī)天然氣的成功開(kāi)采，天然氣資源的短缺程度大為緩解。如果能夠從天然氣的主要成分———甲烷中直接制取乙烯，產(chǎn)品成本將會(huì)發(fā)生重大變化。據(jù)測(cè)算，該技術(shù)可使乙烯的成本至少降低700元～2200元/噸。若大量甲烷直接制烯烴的新裝置在世界各地建立，許多石腦油裂解裝置將會(huì)關(guān)閉，煤制烯烴技術(shù)也將因此受到巨大沖擊。

 

 

　　從技術(shù)上說(shuō)，甲烷直接制乙烯方法有氧化偶聯(lián)和非氧化偶聯(lián)兩種途徑，并正在向工業(yè)應(yīng)用邁進(jìn)。一旦成為現(xiàn)實(shí)，將使天然氣得以更方便、更廣泛地利用，具有十分重要的意義。

 

　　研究表明，氧化偶聯(lián)反應(yīng)工藝的經(jīng)濟(jì)性除與原料氣、乙烯價(jià)格有關(guān)外，主要取決于甲烷轉(zhuǎn)化率、碳二烴收率及碳二烴選擇性。比如，要真正實(shí)現(xiàn)甲烷氧化偶聯(lián)工藝的工業(yè)化，就要求甲烷的單程轉(zhuǎn)化率應(yīng)該在35%以上，碳二烴收率必須在30%以上，碳二烴的選擇性在85%以上。

 

　　目前，氧化偶聯(lián)技術(shù)路線正在突飛猛進(jìn)的發(fā)展，2010年，美國(guó)錫盧里亞公司在催化劑技術(shù)取得了重大進(jìn)展，獲得了一種納米粒子催化劑，可將天然氣直接氧化偶聯(lián)一步轉(zhuǎn)化為乙烯。而錫盧里亞公司也宣稱，自2015年以來(lái)，其位于得克薩斯州的示范裝置正持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，至少通過(guò)了15次測(cè)試活動(dòng)，并得到了中試工廠數(shù)據(jù)。示范裝置的成功運(yùn)轉(zhuǎn)證明了該技術(shù)的可行性。該公司的下一階段將建立一個(gè)商業(yè)化規(guī)模的甲烷制乙烯裝置，其規(guī)模約為7.5萬(wàn)噸/年至100萬(wàn)噸/年。

 

　　甲烷直接制取烯烴的另一條路線是非氧化偶聯(lián)法，可生產(chǎn)烯烴和芳烴。目前，我國(guó)在這個(gè)課題上已經(jīng)取得一定的進(jìn)展。由中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所包信和院士團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)的非氧制烯烴和芳烴催化過(guò)程，可實(shí)現(xiàn)在無(wú)氧條件下將甲烷選擇活化，一步高效轉(zhuǎn)化生成烯烴、芳烴和氫氣等高值化學(xué)品。反應(yīng)過(guò)程本身不排放二氧化碳，碳原子利用效率達(dá)到100%。該技術(shù)自2014年5月在美國(guó)《科學(xué)》雜志首次報(bào)道以來(lái)，各國(guó)研究人員瞄準(zhǔn)該過(guò)程的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題和工業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)等進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究，并在催化劑穩(wěn)定性提高、催化劑制備方法優(yōu)化和新型反應(yīng)器設(shè)計(jì)等方面取得了一系列突破性進(jìn)展。

 

 

　　甲烷直接制烯烴技術(shù)是化學(xué)工業(yè)的一項(xiàng)顛覆性技術(shù)，影響深遠(yuǎn)。在不遠(yuǎn)的將來(lái)，新技術(shù)或?qū)?dǎo)致大批傳統(tǒng)乙烯裝置關(guān)閉，乙烯產(chǎn)品的成本將大幅度下降。對(duì)于我國(guó)利用石腦油裂解技術(shù)的絕大多數(shù)企業(yè)來(lái)說(shuō)，這意味著成本優(yōu)勢(shì)喪失；對(duì)成本高于石腦油裂解技術(shù)的煤制烯烴技術(shù)而言，更是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

 

　　當(dāng)然，我國(guó)的天然氣資源還不足以支持建設(shè)大規(guī)模的甲烷氧化偶聯(lián)和非氧化偶聯(lián)裝置，這兩項(xiàng)技術(shù)也距離工業(yè)化還有差距，但煤化工行業(yè)仍然應(yīng)當(dāng)有所警惕。

 

　　目前，全國(guó)各地正在大量建設(shè)以煤、甲醇和石腦油為原料的裂解乙烯裝置，規(guī)模越來(lái)越大，數(shù)量越來(lái)越多，總量至少在2000萬(wàn)噸/年以上。但到了甲烷制烯烴新技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)，傳統(tǒng)石腦油裂解和甲醇制低碳烯烴技術(shù)能在競(jìng)爭(zhēng)中取勝嗎？目前，煤制乙烯的裝置大多建在內(nèi)地經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)地區(qū)?？紤]到運(yùn)輸不便和地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，在內(nèi)地用煤生產(chǎn)乙烯，還有市場(chǎng)和較長(zhǎng)的生存時(shí)間。但是，沿海的甲醇制乙烯路線裝置將受到新技術(shù)的沖擊。甲醇制乙烯路線裝置的成本回收期大致在10~12年之間，但在新技術(shù)日新月異的今天，它們能堅(jiān)持到最后嗎？這兩個(gè)問(wèn)題，煤化工行業(yè)需要認(rèn)真考慮。

 

　　煤化工行業(yè)需要應(yīng)對(duì)這個(gè)挑戰(zhàn)，除了降低煤經(jīng)甲醇制取乙烯路線的投資和成本以外，也需要研發(fā)新技術(shù)，增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。目前，我國(guó)正在研究溫和的反應(yīng)條件下合成氣高選擇性直接制取烯烴技術(shù)。由于我國(guó)煤價(jià)比較便宜，資源豐富，隨著煤氣化技術(shù)的成熟，這條路線還是有希望的。（本報(bào)記者陳丹江）