《现代煤化工产业系列研究报告》六大现代煤化工产业——煤制烯烃 煤制乙二醇 煤制乙醇 煤制油 煤制天然气 甲醇，《现代煤化工政策汇编及解读》咨询微信：2303823240
烯烃生产工艺
烯烃主要用于生产聚烯烃。烯烃意指含有双键的碳氢化合物，其中最常见及用途最广的两种烯烃为乙烯和丙烯，分别主要用来合成聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）。其中，聚乙烯主要可以分为高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）和线性低密度聚乙烯（LLDPE）三类，而聚丙烯则主要分为粉料及粒料两种。这两大类聚烯烃产品也是生产生活中最为常见塑料制品的原材料，如塑料袋、瓶、管材、玩具及家具等。按照上游原材料，烯烃生产工艺可分为油头、煤头和气头三大类。
油头工艺是最传统、最常见的烯烃生产方式，主要使用石脑油或柴油来进行裂解和催化裂化（FCC），生产出的乙烯、丙烯收率普遍较低，且会产生较多的油品副产物。受原料供应限制，油头工艺装置一般作为炼厂下游配套设施建设，几乎无法单独投建。
气头工艺主要是指利用乙烷、丙烷等烷烃生产烯烃的工艺，该类工艺烯烃收率较高，产品选择性较好，其中乙烷裂解制乙烯及丙烷脱氢（PDH）制丙烯的收率均能达到80%以上，副产物主要为可燃碳氢化合物及氢气，但我国丙烷及乙烷进口依赖度较高，该类工艺产能相对较低。
煤头工艺在我国应用较广，主要以CTO的形式存在。该工艺需要依托丰富的煤炭资源并往往形成从煤炭到聚烯烃的产业链一体化格局。CTO烯烃收率较高，乙烯、丙烯及少部分丁二烯的产率合计高达85%以上。甲醇制烯烃（MTO）通常是CTO工艺中的一环且位于煤制甲醇装置下游，也可不依附于CTO，直接外购甲醇进行烯烃生产，但当甲醇价格较高时，该路线往往盈利性较差。
煤制烯烃生产流程
煤制烯烃CTO流程包括煤制甲醇和甲醇制乙烯。CTO（Coal to Olefin）的主要流程为：煤→合成气→甲醇→烯烃。由煤生产甲醇的技术称为CTM（Coal to Methanol），而由甲醇生产烯烃的技术则统称MTO（Methanol to Olefin），当其产物仅为丙烯时则称为MTP（Methanol to Propylene）。其中，未配套上游煤制甲醇装置的企业，也可以通过直接外购甲醇的方式投资MTO/MTP装置生产烯烃。
甲醇为煤制烯烃不可或缺中间产物。由煤气化反应可以在1,400至1,600℃及5MPa压力下得到合成气，其主要成分为氢气及一氧化碳，二者比例约为1:2。因合成甲醇需要，需通过水煤气变换反应将二者比例调整为2:1左右，之后在300至400℃及25至35MPa压力下合成中间产物甲醇。粗甲醇中甲醇占82%，水占18%，且有部分杂质，精炼后二者均被除去，以此得到生产下游烯烃的直接原料。
甲醇制烯烃MTO囊括多种可选工艺流程。煤制烯烃CTO细分工艺的区别主要是在甲醇制烯烃MTO的步骤上。目前主要有四种已经实现工业化的甲醇制烯烃工艺：1）UOP Honeywell的MTO工艺；2）中国科学院大连化学物理研究所（DICP）的DMTO工艺；3）中国石化的S-MTO工艺；4）Lurgi的MTP工艺。
UOP MTO工艺：该工艺主要在400至500℃下发生，所需压力在0.1至0.3MPa之间。在这种工艺下，会产生少量焦炭颗粒并在催化剂表面聚集，从而导致催化剂活性下降，但可以通过加装催化剂循环装置去除焦炭。为进一步提高产品气中低碳烯烃的收率，UOP开发了OCP（Olefins Cracking Process）工艺，将分离出的C4 等较重组分送入催化裂解反应器生产乙烯和丙烯。对于附加OCP工艺的MTO装置，其乙烯和丙烯的选择性可以高达85%至90%，并且可以在较大范围内调节乙烯/丙烯比例。
DMTO工艺：可实现超过99%的甲醇转化率，反应温度为400至550℃，并在0.1至0.3MPa的压力下进行。每吨甲醇约需消耗0.25kg的SAPO-34催化剂。改进版工艺DMTO-II可以将C4 组分回收裂解再利用，并进一步提高产物中乙烯及丙烯的收率。
S-MTO工艺：该工艺使用SAPO-34催化剂，并因此可以控制产物中乙烯/丙烯的产量比值。此外，该反应工艺所拥有的烯烃催化裂解装置（OCC）可以把丁二烯及更重的烯烃裂解成为较小的乙烯或丙烯，但OCC也会产生部分副产物如一氧化碳、二氧化碳和氢气等。整体来看，S-MTO的乙烯及丙烯产率合计可超过80%。
MTP工艺：该工艺首先在260℃下将大多数甲醇转化为二甲醚（DME），与剩余未反应的少部分甲醇一起在470至480℃的温度区间，0.13MPa压力下，于MTP反应器内反应转化为丙烯。之后，生成的混合物将被继续通入其它MTP反应器，以增加丙烯收率。此外，该反应也生成少量副产物。
MTO最常用催化剂：SAPO-34。SAPO-34发明于20世纪80年代，是甲醇制烯烃工艺中最常用的催化剂，是一种多孔分子筛材料，单位体积的表面积较大。为增强该产品的选择性并防止副产物生成，往往在该材料中加入镍、镁、钙、锶等调节其孔隙大小，并提升催化剂的机械强度。
文章来源：长江证券研究所公开研报
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