化工产业规划乙二醇.docx

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化工产业规划乙二醇

1.国内外天然气利用现状及发展趋势

1.1天然气储量及供需现状

国外

国内

川渝地区

苍溪县情况

1.2国外天然气化工发展现状及发展趋势

1.3国内天然气化工发展现状及发展趋势

1.4川渝地区天然气化工发展现状及趋势

1.5天然气化工发展的存在的主要问题

2.基础条件及优劣势分析

3.规划思路及目标

3.1产业链的规划指导思想

以市场导向，结合地区自然环境，借助资源优势，发展清洁、安全、环保的上下游一体化、附加值高，具有较强市场竞争里的天然气化工产业链。

3.2产业链规划思路

3.2.1发挥地域互补优势，探索资源多元化供应，优化资源配置

主要分析南充、重庆的化工产业布局，缺啥补啥

3.2.2原料产品清洁化，注重环保、安全、情节的天然气化工

3.2.3培育天然气深加工产业链，提高产品附加值

4.天然气化工产业链规划

产业总规划路线图

4.1天然气制甲醇

甲醇是重要的有机原料，是碳一化学工业的基础产品，可以合成甲醛、醋酸、甲酸甲酯、碳酸二甲酯、二甲醚、甲基叔丁基醚、二甲苯、苯乙烯及甲醇蛋白等多种产品，也是重要的能源原料，甲醇用于制备烯烃、汽油、氢气和甲醇燃料等。

4.1.1天然气为原料制甲醇的优势

目前甲醇生产的主要原料为煤炭、天然气和焦炉气，因我国多煤少气，多采用以煤为原料生产甲醇。

但以煤炭为原料。

。

。

。

。

。

。

不同原料生产甲醇的优缺点对比

原料

工艺流程

占地大小

投资

环保

天然气

短且简单

少，易于规模化

小

工艺清洁、三废排放少

煤

长且复杂

煤气化炉台数多，占地大

巨大

煤渣和CO2排放量大

焦炉气

4.1.2甲醇合成工艺技术对比分析

目前，国内外产能较大，运行成熟的甲醇合成工艺主要有：

英国Davy公司“径向流蒸汽上升式甲醇合成器”技术、德国Lurgi“气冷式反应器＋水冷式反应器”两段等温甲醇合成技术，以及华东理工大学双塔并联“绝热－管壳外冷复合式反应器”技术。

三种合成工艺对比分析

序号

项目

单位

Davy公司

Lurgi公司

华东理工

1

反应器技术特点

--

蒸汽上升甲醇合成反应器

气冷-水冷双塔串联裂管式反应器

绝热-管壳外冷复合式反应器

2

合成塔数

台

2

2

2

3

合成反应压力

MPa

5.34

8.4

8.2

4

合成塔压降

MPa

<0.1

0.5

0.4

5

催化剂寿命

年

4

3

2

6

催化剂装填数量

m3

117

80.9

114.1

7

出合成塔气甲醇含量

mol%

6.11

16.98

6.97

8

合成气消耗

Nm3/h

190975

190536

198392

单吨精甲醇计算

Nm3/t

2291.7

2287.3

2380.7

入塔气量

Nm3/h

1267165

687106

1159000

吹除气量

Nm3/h

15220

7827

14586

9

合成气循环比

5.35

1..5-1.9

5.25

10

循环功耗（含压缩功）

kW

4700

6500

11000

11

操作弹性

50-100%

50-110%

-110%

公用工程消耗（吨甲醇耗）

12

电

kWh/t

0.48

3.36

3.33

循环水

t/t

69.03

33.6

79.2

锅炉给水

t/t

0.98

1.17

1.02

中压蒸汽

t/t

0.22

0.456

0.616

副产蒸汽

t/t

0.881

1.062

1.009

13

投资比较

万元

23507

21849

15486

注：

Lurgi按日产2200吨为设计基础，且留有10%的设计余量，所有运行数据约增加20%。

数据表明，华东技术一次性投资较低，但从运行消耗分析，运行消耗较大且不宜实现大型化。

Davy与Lurgi的投资成本相差无几，可以认为在经济上是基本相近的。

Lurgi的水冷反应器换热能力大，平均收率也高，催化剂成本相对较低，产率大且能耗低，循环量小，运行成本低，技术可靠，操作适应性强。

建议规划中选择Lurgi的气冷串水冷反应器合成工艺技术。

4.1.3天然气规划的装置组成、规模及产品量

规划以园区元坝天然气净化厂的天然气为原料、采用具有世界先进水平的工艺技术制取甲醇路线为基础，加工生产其下游化工产品，发展精细化工产业。

利用引进的多项国外专有技术和设备，通过天然气蒸汽重整工艺生产甲醇。

规划的装置组成及规模

序号

装置名称

单位

规模

备注

1

天然气制备甲醇

万吨/年

2

3

4

5

6

7

4.1.4规划项目主要原料消耗

4.2甲醇制甲醛及其衍生物

介绍甲醛、及衍生物产品

4.2.1甲醛生产工艺技术对比分析

4.2.2聚甲醛生产工艺技术对比分析

4.2.3甲醇制甲醛及其衍生物规划的装置组成、规模及产品量

4.2.4规划项目主要原料消耗

4.3甲醇制醋酸及其衍生物

产品概述

4.3.1醋酸合成工艺技术对比分析

4.3.2醋酸乙烯生产工艺技术对比分析

4.3.3甲醇制醋酸及其衍生物规划的装置组成、规模及产品量

4.3.4规划项目主要原料消耗

4.4天然气制乙二醇及其下游产品

乙二醇（EG）是一种重要的有机化工原料，主要用于生产聚酯纤维和防冻剂，此外还可用于生产不饱和聚酯树脂、润滑剂、增塑剂、非离子表面活性剂以及炸药等，用途十分广泛。

我国乙二醇的需求量预计2023年将增长到2072万吨。

这主要归因于中国是全球聚酯业的生产中心，全球一半的乙二醇（中国约90%的乙二醇）都用于中国的聚酯生产。

在中国，85%的聚酯用于化纤行业生产涤纶纤维，涤纶作为化纤中最重要的产品，与中国GDP基本同比增长，预计涤纶未来仍将稳定增长，从而拉动中国乙二醇需求保持在6%的增速。

我国乙二醇的生产过去主要是以乙烯为原料，经环氧乙烷生产乙二醇的石油路线。

随着碳一化工技术的不断发展，由煤或天然气为原料制备乙二醇的工艺也在国内开始广泛推广。

它主要是由煤或天然气，先制得合成气（CO+H2）后，再通过直接法或者间接法制得乙二醇。

2016年国内乙二醇预计总产量为506万吨，相对2015年437万吨增加69万吨，同比增加15.8%，其中煤制产量的增加更为明显，一方面去年有新的煤制乙二醇投产，另外煤制工厂整体开工负荷有所提升，而石脑油制乙二醇方面，因为环氧乙烷效益相对乙二醇要好得多，工厂对环氧乙烷和乙二醇产量进行调节，尽量多产环氧少产乙二醇，使得石脑油制乙二醇开工偏低，产量未见明显放量。

而在进口乙二醇方面，根据海关数据统计，2016年1-11月乙二醇进口681.86万吨，相对去年同期缩减15.7%，预计2016年乙二醇总进口量在760万吨左右，相对去年同期减少约117万吨，同比下降13.3%。

虽然随着国内的产能提升，乙二醇的进口量有所下降，但由于国内需求的不断增加，目前乙二醇仍高度依赖进口。

4.4.1天然气制乙二醇技术对比分析

天然气制乙二醇主要方法有两大类，分别是乙烯合成法和合成气合成法。

其中，乙烯合成法首先由天然制备乙烯，再用传统工艺由乙烯制备乙二醇。

当前比较成熟的天然气制乙烯主要是经甲醇路线的甲醇制烯烃（MTO）工艺，代表性的技术有中科院大连化物所的中国科学院大连物化所的DMTO/DMTO-II技术、美国UOP和挪威Hydro公司的MTO技术、中国石油化工集团的SMTO技术，主要产品为乙烯、丙烯和混合C4＋等。

由于考虑规模效应，同时国内目前对MTO技术最低产能有所限制，新上的MTO装置最小产能为60万吨/年。

若甲醇全部由天然气生产，每年需原料天然气18亿立，耗气量巨大。

合成气合成法，首先由天然气制备合成气，再由合成气经过一系列反应进一步制备乙二醇。

主要包括甲醇/甲醛法、合成气直接合成法、合成气氧化偶联法（草酸酯路线）。

甲醇/甲醛法是采用天然气合成甲醇、甲醛，再合成EG，也是研究开发的重点，其方法主要包括：

①甲醇二聚法；②二甲醚氧化法；③甲醛二聚法；④甲醛羰基化法；⑤甲醛氢甲酰化法。

目前由天然气制甲醇、甲醛工艺已经比较成熟，也有工业化装置。

但进一步生产乙二醇还存在一定技术瓶颈，没有真正实现产业化。

合成气直接合成法从形式上看，由合成气直接合成乙二醇符合原子反应的要求，是一种最为简单和有效的乙二醇合成方法，即使反应选择性和转化率较低，也具有很大的实际应用价值。

由合成气直接合成乙二醇最早由美国杜邦公司于1947年提出，该工艺技术的关键是催化剂的选择。

由于反应条件苛刻，副产大量的甲酸酯，乙二醇的收率和选择性较低，要实现工业化还有一段距离。

目前，合成气直接合成乙二醇技术仍处于实验室阶段。

目前最为成熟，也是唯一有实际工业装置的合成气制乙二醇的方法就是合成气氧化偶联法，从CO和醇出发先合成草酸酯，再经加氢生成乙二醇。

该法的关键是第一段的合成草酸酯技术。

液相合成草酸酯首先由美国联合石油公司D.M.Fenton于1966年提出，1978年日本宇部兴产公司进行了改进，在反应条件下引入亚硝酸酯，并采用2%Pd/C催化剂，解决了D.M.Fenton法的腐蚀等问题，并提高了草酸酯的收率，实现了工业化。

后来，宇部和意大利蒙特爱迪生集团公司及美国UCC公司开展了常压气相催化合成草酸酯的研究，并完成了模试；同时，合成草酸二乙酯及其加氢制乙二醇也取得了重要进展。

国内从80年代初期就开始了CO催化合成草酸酯及其衍生物产品草酸、乙二醇的研究。

国内一批科研和工程单位长期开展研究并已实现被工业化，包括中国科学院福建物质结构研究所、华东理工大学、中石化上海石油化工研究院、上海戊正工程技术有限公司等，主要工艺过程如图4.4.1所示。

图4.4.1合成气制乙二醇技术路线

目前工业上应用装置都是采用合成气的“羰化+加氢”两步间接合成工艺第一步是CO与亚硝酸甲酯（CH3ONO）羰基化反应生成草酸甲酯（CH3OOCCOOCH3），第二步是草酸甲酯加氢合成乙二醇产品。

反应过程中需要的亚硝酸甲脂及中间产物NO和甲醇则通过脂化反应生成或消耗。

理论上，每生成1mol乙二醇，需消耗2mol一氧化碳、4mol氢气和0.5mol氧气，并生成1mol水。

考虑生产过程中的损耗和副产品，生产1吨聚合级乙二醇所虚的原料消耗量及产品副产品产量如表4.4.1所示。

表4.4.1合成气制乙二醇的原料及产品

原料及产品

单耗与单产

原料

一氧化碳

800.00m3

氢气

1615.44m3

氧气

185.15m3

甲醇

0.0197t

氮气

10.40m3

主产品

聚合级乙二醇

1t

副产品

合格乙二醇

0.0617t

重质二元醇

0.0110t

混合醇脂

0.0313t

副产品合计

0.1040t

乙二醇合成气需要高纯度的H2（99.9%，mol）和CO（99%，mol），且H2和CO的摩尔比约为1.95~2.2。

因单纯以天然气为原料生产合成气，即使是采用两段转化补碳工艺，转化气中H2∶CO也高达3.07，氢气明显过剩，而部分氧化工艺，可以满足较宽范围的H2∶CO要求，但相对一段和两段转化，其消耗过高。

天然气转化工艺包括一段转化、两段转化和自热部分氧化。

转化工艺总的反应原理归纳为：

蒸汽转化和部分氧化两类。

蒸汽转化:

CH4+H2O→CO+3H2

CO+H2O→CO2+H2

部分氧化:

CH4+1/2O2→CO+2H2

2H2+O2→2H2O

蒸汽转化利用了水中的氢，氢碳比较高，用于生产乙二醇合成气时，H2过量。

自热部分氧化反应在绝热反应床中进行，反应所需的热量由燃烧H2和少量天然气提供，因此需加入氧气，氧气与氢燃烧提供反应所需的热量。

部分氧化所得到的氢较一段转化少，减少的量是加入氧气的两倍，故制取的转化气中H2∶CO比单纯的一段转化低得多，且可以取得较宽范围的H2∶CO，但部分氧化从理论上来说是不经济的。

而两段转化其实质是一段转化为蒸汽转化，二段转化为部分氧化，其过量H2较一段转化少。

补碳也是一种提高合成气中CO含量的工艺手段，但补碳能力是有限的。

不同转化（补碳）工艺的转化气组成和过剩氢（相对于H2∶CO=2）如表4.4.2所示，可以根据园区内氢气用量，选择天然气转化工艺。

表4.4.2不同转化工艺的转化气组成和过剩氢（%）

H2

CO

CO2

CH4

过剩H2

一段转化

71.37

14.73

7.35

6.03

58.7

一段转化补碳

66.39

17.73

9.81

5.55

46.5

两段转化补碳

66.28

21.62

11.16

0.43

34.8

部分氧化补碳

59.26

28.35

11.54

0.84

－

4.4.3甲醇制烯烃规划的装置组成、规模及商品量

规划以园区元坝天然气净化厂的天然气为原料、采用合成气氧化偶联法，经草酸酯制取乙二醇。

乙二醇产品可以直接外售，也可以采购PTA，进一步生产PET。

规划的装置组成及规模

序号

装置名称

单位

规模

备注

1

天然气制乙二醇

30万吨/年

30万吨/年乙二醇，9千吨/年碳酸二甲酯

包含天然气转化，PSA分离和合成气制乙二醇三个单元

4.4.3规划项目主要原料消耗（制合成气部分可以和甲醇统一）

主要原料消耗量

序号

原料名称

单位

规模

备注

1

天然气

4亿立/年

2

氧气

5600万立/年

合成气制备采用一段转化

3

氮气

300万立/年

4

甲醇

0.6万吨/年

5

水

16万吨/年

合成气制备采用一段转化

4.4规划项目主要公用工程消耗