煤制烯烴將遇甲烷路線挑戰(zhàn)

　　近年來，我國煤制烯烴產(chǎn)業(yè)發(fā)展如火如荼，已建成的煤制烯烴項目達27個，合計烯烴能力1415萬噸，在建和擬建項目還有50個，產(chǎn)能約為2643萬噸。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)濟方面的挑戰(zhàn)顯而易見，由于烯烴價格低位徘徊，煤炭價格不斷上漲，煤制烯烴的利潤空間十分微薄，多數(shù)企業(yè)甚至陷入虧損境地。與此同時，煤制烯烴正受到其他技術路徑的挑戰(zhàn)，尤其是甲烷制烯烴技術的挑戰(zhàn)。

 

 

　　目前，國外90%以上的乙烯來自石腦油和乙烷的裂解，國內(nèi)則主要來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，國內(nèi)外有兩條石油替代路線，我國重點利用“富煤”優(yōu)勢發(fā)展現(xiàn)代煤化工，而國外更重視天然氣中的甲烷。

 

　　我國煤資源價格相對便宜，以煤制取甲醇，再經(jīng)過甲醇裂解得到烯烴，是一條很好的途徑。這是國內(nèi)研究并且取得工業(yè)化成功的一項重大成果，已經(jīng)對中國的乙烯工業(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，天然氣開采容易、價格便宜。近年來，隨著我國天然氣勘探儲量的擴大，以及頁巖氣、煤層氣等非常規(guī)天然氣的成功開采，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)品成本將會發(fā)生重大變化。據(jù)測算，該技術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關閉，煤制烯烴技術也將因此受到巨大沖擊。

 

 

　　從技術上說，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)應用邁進。一旦成為現(xiàn)實，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)反應工藝的經(jīng)濟性除與原料氣、乙烯價格有關外，主要取決于甲烷轉化率、碳二烴收率及碳二烴選擇性。比如，要真正實現(xiàn)甲烷氧化偶聯(lián)工藝的工業(yè)化，就要求甲烷的單程轉化率應該在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)技術路線正在突飛猛進的發(fā)展，2010年，美國錫盧里亞公司在催化劑技術取得了重大進展，獲得了一種納米粒子催化劑，可將天然氣直接氧化偶聯(lián)一步轉化為乙烯。而錫盧里亞公司也宣稱，自2015年以來，其位于得克薩斯州的示范裝置正持續(xù)運轉，至少通過了15次測試活動，并得到了中試工廠數(shù)據(jù)。示范裝置的成功運轉證明了該技術的可行性。該公司的下一階段將建立一個商業(yè)化規(guī)模的甲烷制乙烯裝置，其規(guī)模約為7.5萬噸/年至100萬噸/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，我國在這個課題上已經(jīng)取得一定的進展。由中國科學院大連化學物理研究所包信和院士團隊首創(chuàng)的非氧制烯烴和芳烴催化過程，可實現(xiàn)在無氧條件下將甲烷選擇活化，一步高效轉化生成烯烴、芳烴和氫氣等高值化學品。反應過程本身不排放二氧化碳，碳原子利用效率達到100%。該技術自2014年5月在美國《科學》雜志首次報道以來，各國研究人員瞄準該過程的基礎科學問題和工業(yè)技術開發(fā)等進行了深入系統(tǒng)的研究，并在催化劑穩(wěn)定性提高、催化劑制備方法優(yōu)化和新型反應器設計等方面取得了一系列突破性進展。

 

 

　　甲烷直接制烯烴技術是化學工業(yè)的一項顛覆性技術，影響深遠。在不遠的將來，新技術或將導致大批傳統(tǒng)乙烯裝置關閉，乙烯產(chǎn)品的成本將大幅度下降。對于我國利用石腦油裂解技術的絕大多數(shù)企業(yè)來說，這意味著成本優(yōu)勢喪失；對成本高于石腦油裂解技術的煤制烯烴技術而言，更是一個嚴峻的挑戰(zhàn)。

 

　　當然，我國的天然氣資源還不足以支持建設大規(guī)模的甲烷氧化偶聯(lián)和非氧化偶聯(lián)裝置，這兩項技術也距離工業(yè)化還有差距，但煤化工行業(yè)仍然應當有所警惕。

 

　　目前，全國各地正在大量建設以煤、甲醇和石腦油為原料的裂解乙烯裝置，規(guī)模越來越大，數(shù)量越來越多，總量至少在2000萬噸/年以上。但到了甲烷制烯烴新技術實現(xiàn)時，傳統(tǒng)石腦油裂解和甲醇制低碳烯烴技術能在競爭中取勝嗎？目前，煤制乙烯的裝置大多建在內(nèi)地經(jīng)濟不發(fā)達地區(qū)?？紤]到運輸不便和地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的需要，在內(nèi)地用煤生產(chǎn)乙烯，還有市場和較長的生存時間。但是，沿海的甲醇制乙烯路線裝置將受到新技術的沖擊。甲醇制乙烯路線裝置的成本回收期大致在10~12年之間，但在新技術日新月異的今天，它們能堅持到最后嗎？這兩個問題，煤化工行業(yè)需要認真考慮。

 

　　煤化工行業(yè)需要應對這個挑戰(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，增強競爭力。目前，我國正在研究溫和的反應條件下合成氣高選擇性直接制取烯烴技術。由于我國煤價比較便宜，資源豐富，隨著煤氣化技術的成熟，這條路線還是有希望的。（本報記者陳丹江）