能源是經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)，能源的生產(chǎn)與供應(yīng)一直受到各國(guó)政府的高度重視，而石油更是能源中各國(guó)關(guān)注的焦點(diǎn)，為爭(zhēng)奪石油資源而發(fā)動(dòng)戰(zhàn)爭(zhēng)的時(shí)有發(fā)生。石油化工主要產(chǎn)品烯烴(乙烯、丙烯)的發(fā)展與石油密切相關(guān)，因此，能源形勢(shì)分析一直是各國(guó)經(jīng)濟(jì)研究權(quán)威機(jī)構(gòu)研究的重點(diǎn)。

    1.1 國(guó)際能源狀況

    世界能源委員會(huì)(WEC)研究結(jié)果認(rèn)為，2020年前世界一次能源供應(yīng)仍將以化石能源為主，在今后20年內(nèi)，世界能源需求估計(jì)會(huì)增長(zhǎng)50%以上，達(dá)到28000萬(wàn)桶油當(dāng)量/d，煤炭將占消費(fèi)總量的24%-25%：石油生產(chǎn)因受資源缺乏的困擾，估計(jì)只能開采40年左右，石油生產(chǎn)與消費(fèi)面臨嚴(yán)峻的形勢(shì)。

            表1  2001年1月1日世界化石能源剩余可采儲(chǔ)量、儲(chǔ)采比

    由上表可見，世界化石能源按目前的開采量計(jì)算，石油可采40年，天然氣可開采61年，而煤炭可開采227年。預(yù)測(cè)煤炭將重新成為世界主要能源而受到普遍重視。

    1.2 中國(guó)能源狀況

    (1)中國(guó)一次能源生產(chǎn)和消費(fèi)一直以煤炭為主，煤炭生產(chǎn)在能源中占的比重為70%-75%，這種狀況在今后較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)不會(huì)有大的變化。

                          表2  中國(guó)歷年一次能源產(chǎn)量及結(jié)構(gòu)

    由表2可見，煤炭對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義，煤炭和潔凈煤技術(shù)是通向能源可持續(xù)發(fā)展的橋梁。中國(guó)能源以煤炭為主的形勢(shì)不會(huì)有大的變化。

    (2)由表1可見，中國(guó)石油資源人均占有量很少，按目前開采量計(jì)算僅能開采20年，煤炭則可開采100年以上。我國(guó)解決能源供應(yīng)的立足點(diǎn)主要是煤炭，這是由能源資源所決定的無(wú)可爭(zhēng)議的事實(shí)。因此，國(guó)家提出“節(jié)能優(yōu)先、效率為本、煤為基礎(chǔ)、多元發(fā)展”的能源戰(zhàn)略方針。

    (3)中國(guó)石油消費(fèi)增長(zhǎng)很快，原油生產(chǎn)增長(zhǎng)緩慢，石油供應(yīng)面臨嚴(yán)峻形勢(shì)。我國(guó)從1993年由石油出口國(guó)變?yōu)槭蛢暨M(jìn)口國(guó)以來(lái)，石油進(jìn)口量增長(zhǎng)很快，2003年進(jìn)口原油9112萬(wàn)t，出口813.33萬(wàn)t，凈進(jìn)口量8298.67萬(wàn)t；比2002年增長(zhǎng)33.4%；2004年原油進(jìn)口量為12281.54萬(wàn)t，比上年增長(zhǎng)34.8%，成品油凈進(jìn)口量為3054.5萬(wàn)t，比上年增長(zhǎng)1倍多。原油加成品凈進(jìn)口量達(dá)到14786.9萬(wàn)t。中國(guó)已成為僅次于美國(guó)的第二大石油進(jìn)口國(guó)和石油消費(fèi)國(guó)。

    2004年中國(guó)自產(chǎn)原油17450萬(wàn)t，石油總消費(fèi)量為32236.9萬(wàn)t，對(duì)外依存度達(dá)到45.87%；專家預(yù)測(cè)到2020年中國(guó)石油對(duì)外依存度將達(dá)到60%-62%，一旦石油進(jìn)口受阻，將對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)安全和國(guó)防安全造成重大影響。

    為應(yīng)對(duì)石油供應(yīng)的嚴(yán)峻局面，國(guó)家正在研究多方案多元化解決石油的問(wèn)題，其中包括煤液化制油，煤制甲醇、MTO、MTP技術(shù)正是適應(yīng)了這一需要。

          表3  中國(guó)石油產(chǎn)量、進(jìn)出口量、消費(fèi)量統(tǒng)計(jì)表(萬(wàn)t)

    綜上所述，中國(guó)要實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，首先要能保持能源可持續(xù)發(fā)展，特別是保證石油供應(yīng)滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求。面對(duì)石油供應(yīng)及高價(jià)格的嚴(yán)峻形勢(shì)，中國(guó)石油化工所需原料不能僅僅依賴石油，必須走多元化的路子，其中煤炭就是符合中國(guó)國(guó)情的選擇。

    2 MTO、MTP技術(shù)開發(fā)概況

    2.1 MTO、MTP的含義

    MTO(Methanol To Olefins)其含義是由甲醇制造烯烴(乙烯、丙烯、丁烯等)的技術(shù)。

    MTP(Methanol To Propylene)其含義是由甲醇制造丙烯的技術(shù)。實(shí)際上MTP生產(chǎn)丙烯的同時(shí)還付產(chǎn)一部分汽油、液化氣(LPG)。

    2.2 MTO、MTP技術(shù)開發(fā)成功的意義

    乙烯、丙烯是石油化工產(chǎn)品的基礎(chǔ)和龍頭，是衡量一個(gè)國(guó)家石油化工產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度的標(biāo)志。

    (1)MTO、MTP技術(shù)的開發(fā)成功，可以實(shí)現(xiàn)不用石油而是以甲醇為原料生產(chǎn)烯烴(乙烯、丙烯)和含氧化合物(醇、醚、醛、酸等)，再進(jìn)一步加工成各種石油化工產(chǎn)品，可使烯烴價(jià)格擺脫石油價(jià)格的影響。為石油化工產(chǎn)品的生產(chǎn)開辟了一條不用石油的新路子，這對(duì)緩解我國(guó)石油供應(yīng)緊張，促進(jìn)石油化工產(chǎn)品的發(fā)展，具有十分重要的戰(zhàn)略意義。

    (2)以煤為原料，通過(guò)煤氣化制成合成氣，再用合成氣制甲醇，該技術(shù)是成熟可靠的。甲醇通過(guò)MTO、MTP技術(shù)轉(zhuǎn)化為烯烴(乙烯、丙烯)的技術(shù)國(guó)內(nèi)外已進(jìn)行了小試和中試并開發(fā)成功，國(guó)外MTO大型工業(yè)化生產(chǎn)裝置正在尼日利亞進(jìn)行建設(shè)。MTP工業(yè)化裝置正在伊朗進(jìn)行建設(shè)，中國(guó)也已開始進(jìn)行工業(yè)化試驗(yàn)裝置建設(shè)。因此MTO、MTP技術(shù)，將為利用中國(guó)豐富的煤炭資源發(fā)展石油化工提供了新的可供選擇的技術(shù)路線。

    (3)2004年國(guó)際原油價(jià)格由1986年的10美元/桶，猛增至2004年的55-58美元/桶，目前仍維持-50美元/桶的高價(jià)位。低價(jià)石油的時(shí)代一去不復(fù)返了。石油價(jià)格長(zhǎng)期持續(xù)上漲，拉動(dòng)石油制烯烴價(jià)格大幅上揚(yáng)，2004年以來(lái)國(guó)內(nèi)聚乙烯、聚丙烯市場(chǎng)銷售價(jià)格一直維持在10500-11500元/t的高價(jià)。石腦油裂解生產(chǎn)烯烴的成本急劇上升，使甲醇生產(chǎn)烯烴技術(shù)有了用武之地，其生產(chǎn)成本具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。隨著第一套工業(yè)化裝置投產(chǎn)成功，MTO、MTP技術(shù)將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)較快的發(fā)展時(shí)期。

    2.3 乙烯、丙烯市場(chǎng)前景

    (1)世界市場(chǎng)

    2003年世界乙烯產(chǎn)量為10312.2萬(wàn)t，60%用于生產(chǎn)聚乙烯，產(chǎn)量為6054.4萬(wàn)t，比上年增長(zhǎng)7.8%；預(yù)計(jì)2010年乙烯產(chǎn)量將達(dá)到12000萬(wàn)t以上；2003年丙烯產(chǎn)量6185.2萬(wàn)t，2010年將達(dá)到8500萬(wàn)t以上，亞洲地區(qū)需求增長(zhǎng)最快，年均增長(zhǎng)率為6%-7%。

    (2)中國(guó)市場(chǎng)

    2003年中國(guó)乙烯產(chǎn)量為611.82萬(wàn)t，乙烯當(dāng)量消費(fèi)1620萬(wàn)t，進(jìn)口乙烯當(dāng)量1008.18萬(wàn)t，乙烯對(duì)外依存度高達(dá)62.2%；1998-2003年中國(guó)乙烯需求年均增長(zhǎng)15.9%，超過(guò)GDP增長(zhǎng)速度。由此可見中國(guó)烯烴市場(chǎng)前景看好，需求增長(zhǎng)很快。

    2004年中國(guó)乙烯生產(chǎn)能力為591萬(wàn)t，產(chǎn)量為626.6萬(wàn)t，開工率達(dá)106%，超過(guò)設(shè)計(jì)能力6.0%。市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)到2010年將以年均7%-8%的速度遞增。2004年聚乙烯產(chǎn)量441.3萬(wàn)t，比上年增長(zhǎng)6.8%：進(jìn)口量528.3萬(wàn)t，表觀消費(fèi)量969.6萬(wàn)t；對(duì)外依存度為56.8%：2010年前國(guó)內(nèi)需求量將年均8%-10%的速度遞增。

    2004年中國(guó)聚丙烯產(chǎn)量474.9萬(wàn)t，進(jìn)口289.86萬(wàn)t，表觀消費(fèi)量為764.8萬(wàn)t，對(duì)外依存度為37.9%。

    2.4 MTO技術(shù)概況

    MTO技術(shù)目前僅有美國(guó)UOP公司(環(huán)球石油公司)和中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所兩家研究單位于20世紀(jì)90年代進(jìn)行技術(shù)開發(fā)，取得幾乎同樣的試驗(yàn)結(jié)果。而UOP公司在工程技術(shù)開發(fā)方面具有優(yōu)勢(shì)。

    (1)美國(guó)UOP公司MTO技術(shù)

    1988年UOP公司兼并了Union Carbide(聯(lián)合碳化學(xué)公司)的分子篩部，發(fā)現(xiàn)SAPO-34分子篩催化劑(硅鋁磷酸鹽)對(duì)于甲醇轉(zhuǎn)化為烯烴有很好的選擇性，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室研究，在美國(guó)芝加哥建立了小試裝置，反應(yīng)器為流化床，反應(yīng)溫度450-550℃，反應(yīng)壓力0.1-0.5MPa，在小試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，1992年UOP與挪威Norsk Hydro公司合作共同開發(fā)MTO技術(shù)，對(duì)催化劑制備，性能試驗(yàn)，催化劑再生，能量利用、工程化等問(wèn)題進(jìn)行了深入試驗(yàn)研究，取得試驗(yàn)成果，形成了UOP/HYDRO MTO專利技術(shù)。此后又在挪威Prosgrann建立了小型工業(yè)演示裝置，甲醇進(jìn)料量為0.75-1.0t/d，采用流化床反應(yīng)器和再生器，改進(jìn)的SAPO-35催化劑，操作壓力1.0-3.0MPa，反應(yīng)溫度400-500℃，可靈活調(diào)整乙烯/丙烯比例(1-1.5)，甲醇轉(zhuǎn)化率為100%，烯烴選擇性大于80%，產(chǎn)品乙烯、丙烯可滿足聚合級(jí)要求。裝置運(yùn)行6個(gè)月以上，對(duì)催化劑和工藝流程進(jìn)行了考核驗(yàn)證，取得了大量設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，證明該技術(shù)是可行的。1995年11月在南非第4屆世界天然氣轉(zhuǎn)化會(huì)議上，UOP宣布MTO技術(shù)已取得成功。

    UOP認(rèn)為：MTO和FCC的操作條件差不多，只是MTO是放熱反應(yīng)，F(xiàn)CC是吸熱反應(yīng)，因此MTO反應(yīng)器要增加取熱設(shè)施付產(chǎn)蒸汽，MTO產(chǎn)品氣的冷卻，烯烴分離，氧化物脫除等可以借鑒FCC的工程經(jīng)驗(yàn)，在裝置放大上不會(huì)有問(wèn)題。

    據(jù)介紹MTO工藝對(duì)原料甲醇的適用范圍較大，可以用粗甲醇(濃度80%-82%)，燃料級(jí)甲醇(濃度95%)和AA級(jí)甲醇(濃度>99%)。

    UOP公司已完成尼日利亞MTO項(xiàng)目POP包設(shè)計(jì)。反應(yīng)器進(jìn)料量為7500t/d(甲醇采用托普索的工藝技術(shù))，年需甲醇240萬(wàn)t，其產(chǎn)品方案如下：

    本方案產(chǎn)品總量為101.7萬(wàn)t，平均每噸產(chǎn)品耗甲醇2.36t。以每噸乙烯、丙烯計(jì)則耗甲醇3t。據(jù)UOP公司介紹，甲醇生產(chǎn)成本為85-100美元/t時(shí)，混合烯烴的生產(chǎn)成本為300-335美元/t，投資回收率大于15%；尼日利亞在建的MTO裝置投資為4.5億美元(包括公用工程)，其中工程設(shè)計(jì)費(fèi)及一次裝填催化劑的費(fèi)用占15%左右。預(yù)測(cè)經(jīng)濟(jì)效益是好的，與石腦油制烯烴相比有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。

                               ┌乙烯、丙烯80萬(wàn)t

                               ├丁烯 10.8萬(wàn)t/a

    天然氣→甲醇240萬(wàn)t/a→MTO→├C5 4.9萬(wàn)t/a

                               ├LPG 6.0萬(wàn)t/a

                               └水 138.82萬(wàn)t/a

                  圖1