300万吨甲醇制烯烃MTO项目可行性研究报告.docx

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300万吨甲醇制烯烃MTO项目可行性研究报告

300万吨甲醇制烯烃（MTO）项目

可行性研究报告

第一章总论

1.1项目概况

本项目是为某化工有限公司建设的一套甲醇制烯烃（MTO）工艺，年处理甲醇300万吨。

鉴于我国的自然资源条件，减少烃原料化工对石油资源的过度依赖，是我国经济和社会可持续发展所面临的一项重要任务。

因此发展以煤、气资源为源头的烃原料生产技术成为我国科技界的一个热点研究领域。

在反应器设计时，我们参考了大连化物所的相关数据及文献，通过讨论和修改最终定稿。

工艺中产生大量的废水，经处理后作为冷凝水循环使用，基本达到了零排放。

在C4的利用上，我们设计了C4裂解增产乙烯和C4歧化制丙烯两套方案，各有优缺点。

乙烯、丙烯产品市场需求量大，是重要的化工原料，本项目采用目前较为成熟MTO工艺技术，每年将300万吨甲醇转化为乙烯、丙烯，社会效益与经济效益显著。

同时，我们将厂址选在某，当地政府为此提供的政策支持可为本项目的顺利开工带来诸多便利。

1.2设计依据

1.2010“三井化学杯”第四届大学生化工设计竞赛指导书；

2.化工工程设计相关准则及规定；

3.化工部规划院编制的《化工建设项目可行性研究内容和深度的规定》。

1.3项目背景

乙烯和丙烯是现代化学工业的基础原料，近年来随着乙烯、丙烯下游产品应用领域的不断扩展，乙烯和丙烯的需求量也在不断增加。

现有的低碳烯烃生产技术严重依赖石油资源，其中乙烯大部分来源于石脑油蒸汽裂解，丙烯大部分来自蒸汽裂解制乙烯副产，少部分来自炼油厂流化催化裂化副产，而以丙烯为目的产物的丙烷脱氢所占比例甚微。

但在世界范围内对于石油而言，短期有价格上涨、供应不稳定的问题；长期有资源储藏量有限，石油价格上涨的问题。

倘若能在非石油的乙烯、丙烯制取路线取得工业化进展，可以使国家不仅可以避免石油储量有限带来的“石油危机”，而且可以据此有效抑制石油及石油产品价格的快速上涨。

因此世界各国开始致力于非石油路线制乙烯和丙烯等低碳烯烃的技术开发，其中以天然气或煤为原料经甲醇制取低碳烯烃的技术逐渐成为研究开发的热点。

考虑到我国的能源结构为“多煤，缺油，少气”，所以开发以天然气或煤为原料取代以石油为原料制取低碳烯烃工业化应用方案意义尤为重大，这关系到我国的能源安全问题。

1.3.1MTO的国内外研究

美国Mobil提出一种使用ZSM-5催化剂，在列管式反应器中进行甲醇转化制烯烃的工艺流程，并于1984年进行过9个月的中试试验，试验规模为100桶/d。

以碳选择性为基础，乙烯质量收率可达60%，烯烃总质量收率可达80%，大体相当于采用常规石脑油/粗柴油管式炉裂解法收率的2倍，但催化剂的寿命尚不理想。

1980年德国BASF采用沸石催化剂，在德国路德维希港建立了一套消耗甲醇30t/d的中试装置。

其反应温为300~450℃，压力为0.1~0.5MPa，用各种沸石做催化剂，初步试验结果是C2~C4烯烃的质量收率为50%~60%，收率低。

取得突破性进展的是NorskHydro与UOP于1995年6月在挪威合作建设的一套加工粗甲醇能力为0.75t/d的MTO工艺演示装置，装置连续运转了90d，各系统操作正常、稳定甲醇的转化率接近100％，乙烯+丙烯的产率稳定在80%左右，而且乙烯和丙烯的纯度均在99.6%以上，可直接满足聚合级丙烯和乙烯的要求。

在90d运转中催化剂经过450次反应再生循环，其性能仍然非常稳定，反应后通过取样分析，催化剂的强度也满足要求，而且可以改变操作条件可以使m（乙烯）∶m（丙烯）在0.75~1.5之间调节。

自工业演示装置建立以来，HYDRO公司和UOP公司又合作进行了多项试验工作，包括进料的变化，乙烯、丙烯质量比的调整，质量稳定性，工艺放大可靠性等。

试验结果表明，工艺流程完善，催化剂性能稳定，初步具备工业放大条件，有良好的工业应用前景。

为了降低甲醇原料消耗，在甲醇进料量不变的情况下，增产更多的烯烃。

UOP将MTO技术与道达尔的OCP进行组合，OCP是固定床的C4+催化裂解反应，反应产物主要是丙烯，这样大大提高了乙烯与丙烯的收率。

P/E比例可以在更大范围内调整。

国内在20世纪80年代，中科院大连化物所已开始对MTO工艺的硅铝磷酸盐分子筛的研究，国内其它科研机构石油大学、中石化石科院也进行了多年的MTO催化剂的研究，得到了与UOP接近的结果，尤其中科院大连化物所的开发与研究工作进展迅速，在1993年完成了以ZSM-5为催化剂，甲醇处理量为1t/d的固定床MTO工艺中试研究，20世纪90年代提出了由合成气制二甲醚进而制取烯烃的SDTO工艺。

SDTO工艺与MTO工艺差别很小，也采用流化床的反应-再生形式，其催化剂同样可以用于MTO工艺。

该工艺首先使合成气在固定床反应器中在金属-沸石双功能催化剂的作用下，一步转化制得二甲醚，然后在流化床反应器中以小孔径硅铝磷分子筛催化剂DO123将二甲醚转化为以乙烯为主的低碳烯烃。

综上所述，MTO工艺开辟了由煤炭或天然气生产基本有机化工原料的新工艺路线，是最有希望取代传统的以石脑油为原料制取烯烃的路线，也是实现煤化工向石油化工延伸发展的有效途径。

1.3.2MTO的工业展望

目前道达尔石化在比利时Feluy建设的10吨/天的MTO示范装置（包括OCP（烯烃裂解）单元）已于2009年建成开车。

新加坡的欧洲化学公司正在尼日利亚建设1万吨甲醇/天的MTO装置（包括OCP单元），目前已完成基础设计。

采用UOP／Hydro工艺的20万t／a乙烯工业装置已建设成功。

目前UOP／Hydro公司已实现500kt/a乙烯装置的工业设计，并表示可对设计的500kt/a大型乙烯装置做出承诺和保证。

此外，ChemStystems咨询公司还对300kt/aMTO工艺、通用乙烯生产工艺进行了技术经济分析比较，确立MTO工艺技术的可行性。

2008年1月欧洲化学技术公司、新加坡Eurochem技术公司旗下的Viva公司在尼日利亚的Lekki建设330万t／a甲醇装置．下游配套建设MTO装置。

采用UOP／Hydro的MTO技术和UOP烯烃裂解工艺技术（OCP），组成MTO—OCP加工技术方案，计划2012年建成投产。

Viva甲醇公司表示，尼日利亚1万t/d甲醇生产装置将是世界上最大的甲醇生产装置，甲醇用作MTO装置进料，MTO装置乙烯和丙烯设计生产能力均为40万吨/年，这是UOP/Hrdro的MTO工艺在世界上第一次大规模商业化应用。

在国内，2004年大连化物所、陕西新兴煤化工科技发展有限责任公司和中国石化集团洛阳石化工程公司合作，进行DMTO成套工业技术开发，建成了世界第一套万吨级（甲醇处理量50t/d）甲醇制烯烃工业性试验装置。

并在2005年l2月成功投料试车，2006年8月23日通过了国家级鉴定。

经国家科技成果鉴定，认定此项目自主创新的工业化技术处于国际领先水平。

现场考核组专家认为，该工业化试验装置是具有自主知识产权的创新技术，装置运行稳定、安全可靠，技术指标先进，在日处理甲醇50t的工业化试验装置上实现了近100％甲醇转化率，低碳烯烃（乙烯、丙烯、丁烯）选择性达90％以上。

通过催化剂工业放大试验和工艺的工业性试验，取得了专用分子筛合成及催化剂制备、工业化DMTO工艺包设计基础条件、工业化装置开停工和运行控制方案等系列技术成果。

2007年，大连化物所同神华集团签订60万吨/年甲醇制取低碳烯烃技术许可合同，这也是世界首套煤制烯烃技术许可合同。

它主要以煤为原料，通过煤气化生产甲醇、甲醇转化制烯烃、烯烃聚合工艺路线生产聚乙烯和聚丙烯。

总体工程包括180万吨/年煤基甲醇装置、60万吨/年甲醇制烯烃装置、30万吨/年聚乙烯装置、30万吨/年聚丙烯装置、24万标准立方米（氧气）/小时空分装置等。

核心技术为中科院大连化学物理研究所具有完全自主知识产权的甲醇制烯烃技术。

2009年1月，内蒙古包头神华煤化工有限公司600kt/a煤经甲醇制烯烃项目开工，建设内容包括1800kt甲醇装置、600kt甲醇制烯烃（MTO）装置、300kt聚乙烯装置、300kt聚丙烯装置。

这是该项目是DMTO技术首次应用于百万吨级工业化装置，它标志着具有自主知识产权的DMTO技术在走向大规模产业化的道路上迈出关键一步。

2009年12月26日180万吨/年煤基甲醇联合化工装置联合中交。

2010年5月30日，煤气化装置第一台气化炉顺利投煤，拉开了联合化工装置投料试车的序幕。

项目建设者采取逐台气化炉投料的方式，稳步推进空分装置、煤气化装置、净化装置和甲醇装置的投料试车工作，在7月3日一次成功生产出MTO级甲醇。

8月8日，采用中国自主知识产权甲醇制烯烃技术的世界首套甲醇制烯烃工业装置在包头投料试车一次成功，甲醇制烯烃装置进行惰性催化剂流化试验。

聚乙烯装置和聚丙烯装置挤压造粒机带料试车已产出合格聚烯烃颗粒。

9月实现煤制烯烃项目“打通全流程、投料试车一次成功生产出合格聚烯烃产品”的目标。

2011年1月1日正式进入商业化运行以来，连续高负荷（装置负荷达到95%以上）安全稳定运行，各项技术指标均达到或接近设计值，产品质量合格。

进入3月份后，甲醇制烯烃装置一直都在接近满负荷状态下运转。

此外，据陕西省的有关报道，由正大能源化工集团、陕西煤业化工集团、陕西省投资集团合资进行的年加工300万吨甲醇及烯烃项目落户榆林，项目的前期工作已全面展开。

试验装置的成功运转及下一步大型化DMTO工业装置的建设，对我国综合利用能源、拓展低碳烯烃原料的多样化具有重大的经济意义和战略意义。

1.4研究结论

1.4.1项目产品及生产规模

本项目是为某禄恒能源化工有限公司建造的一套甲醇制烯烃（MTO）工艺系统，年处理甲醇300万吨，并可利用江苏省某市便捷的水路交通，利用海外甲醇发展烯烃项目。

同时，结合市场需求、发展前景，确定确定乙烯与丙烯的产量之比。

1.4.2工艺路线简介

工艺路线如下图所示：

采用流化床反应器和流化床再生器，反应连续进行，催化剂不断再生，产品出反应器后，经过急冷、水洗、压缩、碱洗、干燥后，冷却为液态，进入烯烃回收工段，先后经过脱C4+塔，脱甲烷塔，C2C3分离塔，乙烯精馏塔，丙烯精馏塔，最终得到产品聚合级乙烯，聚合级丙烯。

1.4.3建设周期

从建设进度及建设过程中各个环节时间安排及干扰因素影响，本项目建设周期为3年。

1.4.4项目投资及资金来源

本项目总投资额约为1027466万元，其中从银行贷款500000万元，贷款利率为5.76%，其余由企业自有资金注入。

本项目建设期按一年考虑，建设期贷款利息为2880万元，项目生产期为10年，建设投资在建设期内全部投入。

1.4.5项目结论

经工艺方案论证、产品市场分析、建厂地址选择及经济分析，最后得出本设计方案能耗较低，产品生产工艺流程简单，经济效益好，原料来源便捷，产品销售渠道广阔、绿色环保、市场需求量大，生产过程中“三废”排放少，符合原子经济型、绿色化学的发展道路；碳四的综合利用分析全面。

总之，本项目是可行的。

第二章建设规模

2.1规模确定

2.1.1市场需求

2005-2010年，我国的乙烯的产量从755×104t/a，上升到1209×104t/a，年均增长率为9.87%，其中2008年由于受全球金融危机的影响，较前一年产量略有下降，但产量仍高于2005年和2006年。

至于2009-2010年，随着中国经济的复苏，乙烯的产量也随之增长，尤其是2010年，相比前一年增长率高达12.7%，达到了历史新高。

而2005-2010年我国的乙烯当量需求量却从1861×104t/a上升到了2724×104t/a，年均增长速度为7.91%，虽然增速有些不及产量增速，但是由于巨大的