随着石油供应日趋紧张和价格不断攀升,以煤炭为原料生产精对苯二甲酸(PTA)和乙二醇进而合成聚酯,是我国能源战略需要,也是化工行业的历史使命。
煤制聚酯是指以煤为原料生产乙二醇和精对苯二甲酸,进而以这两大原料生产聚酯的一体化。实现煤制聚酯,关键在于煤制乙二醇和煤制芳烃(特别是PX)两大核心技术的产业化。当前煤制乙二醇产业化示范已完成,甲醇制芳烃技术也趋成熟,实现煤制聚酯一体化路线的技术屏障已逐渐消除。合理的厂址选择、精心的项目策划、优化的流程配置必将使煤制乙二醇-芳烃-聚酯一体化路线落向实处,带动一个全新产业的发展。
下面分别解析一下3项技术以及它们的一体化过程。
煤制乙二醇
国内煤制乙二醇技术已经开发成功。2009年底国内第一套煤制乙二醇装置在内蒙古通辽开车成功。2013年初,新疆天业集团采用日本高化学和东华科技的技术,利用电石炉尾气为原料制乙二醇装置投产,装置实现了满负荷长周期的稳定运行,一年来共生产聚酯级优等品乙二醇4万多吨,产品全部用于PET聚酯生产,并工业化运用于高速纺长丝等领域,用户包括江苏新民化纤有限公司等。
由煤炭生产乙二醇产品,包括以下主要工艺装置:煤气化,合成气净化、H2/CO分离、DMO合成、乙二醇合成。
在乙二醇合成过程中,草酸二甲酯与氢气在催化剂存在下,反应生成乙二醇和甲醇的混合物,经过精馏,获得乙二醇产品,生成的甲醇返回草酸二甲酯单元循环利用。
煤制芳烃
我国甲醇制芳烃技术取得了重大进展,无论是固定床甲醇制芳烃还是流化床甲醇制芳烃技术,都得到了工业化验证。由中国华电、清华大学和东华科技共同建设的万吨级流化床甲醇制芳烃技术工业化实验装置已于2013年成功开车,生产出了合格的混合芳烃产品,验证了甲醇制芳烃的相关技术、工艺、设备、催化剂等重要内容,解决了一体化过程中甲醇制芳烃的大型化、规模化问题。
由煤炭生产芳烃直至对苯二甲酸(PTA)产品,包括以下主要工艺装置:煤气化,合成气净化、甲醇合成、芳烃反应、芳烃联合装置(岐化及烷基转移单元、异构化单元、吸附分离单元)、PTA合成。
芳烃反应装置由反应再生、急冷、分离单元构成。反应再生主要由甲醇芳构化反应器、轻烃转芳烃反应器及再生器构成,采用反应—再生的循环流化床工艺技术。通过反应及分离得到C7~C10的混合芳烃。
芳烃联合装置主要由岐化及烷基转移单元、异构化单元、吸附分离单元构成。岐化及烷基转移单元充分利用混合芳烃中的甲苯和C9芳烃资源为原料,通过岐化及烷基转移反应生成高附加值的C8芳烃,最大限度地生产对二甲苯。混合芳烃中的C8组分主要有二甲苯的异构体(对二甲苯、间二甲苯、对二甲苯)、乙苯构成,异构化单元就是将抽出对二甲苯后的C8芳烃在催化剂的作用下进行四种同分异构体的重新平衡的工艺技术。吸附分离单元采用特定的分子筛吸附剂选择吸附对二甲苯,再采用专门的解析剂将吸附的对二甲苯脱附下来,然后经过精馏分离生产高纯度的对二甲苯产品。
煤制聚酯一体化
煤制乙二醇-芳烃-聚酯一体化,是指以煤制乙二醇装置生产出聚酯级乙二醇,同时以甲醇制芳烃技术生产对二甲苯(PX),进而合成聚酯所需要的另一种原材料精对苯二甲酸(PTA),最后用PTA与乙二醇合成固态的PET聚酯。
国内自主的工艺技术,以锑系组份为催化剂,精对苯二甲酸和乙二醇为原料,采用两段酯化,两段预缩聚和一段终缩聚生产路线,最终生产PET聚酯切片。
从聚酯市场需求看,一体化具有广阔的发展前景。2013年,我国PET聚酯需求量超过2700万吨,到2020年消费量预计超过4000万吨。
一体化也获得了国家政策支撑。国务院《关于印发工业转型升级规划(2011~2015年)的通知》明确指出,要按照一体化、集约化、基地化、多联产的发展模式,积极开发煤炭高效洁净转化和有机化工原料来源多样化技术,有序发展煤制烯烃、煤制天然气等现代煤化工;鼓励煤基多联产,促进化工生产与能源转化有机结合。《煤炭深加工示范项目规划》(征求意见稿)将煤制芳烃作为重点示范任务之一,提出在万吨级工业化试验装置的基础上,“十二五”期间适时安排首套煤制芳烃产业化示范项目。
根据国家产业政策,煤制乙二醇的限制规模为20万吨/年,煤制甲醇为100万吨/年,而对于一体化项目来说,规模应该更大一些。为实现一体化的规模效益,煤制乙二醇项目的推荐规模为40万吨/年,煤制甲醇推荐规模为235万吨/年,甲醇制芳烃暂无限制,但可以参考煤制烯烃50万吨/年的规模,将甲醇制芳烃装置规模设定为75万吨/年,对二甲苯联合装置66万吨/年、PTA100万吨/年,最后形成聚酯116万吨/年的规模。

图/煤制乙二醇-芳烃-聚酯一体化装置流程框图
在煤炭资源丰富的西部地区,发展煤制乙二醇-芳烃-聚酯一体化产业,其经济效益相当可观。以年产116万吨煤制聚酯装置为例,项目投资总额约为310亿元,建设投资290亿元。当煤价为每吨270元时,年销售收入113.25亿元,年利税总额57.67亿元,全部投资内部收益率为18.5%(税前)。
有丰富煤资源的煤化工产业基地,特别在新疆、内蒙古、陕西、宁夏等地区,建设煤制乙二醇-芳烃-聚酯一体化的联合装置,生产固态、无毒性的聚酯切片,方便运输,将西部煤炭资源优势转变成为经济优势,并且从能源战略上可以缓解石油进口压力。
同时,煤制乙二醇-芳烃-聚酯一体化工艺技术也日趋成熟。国内已经有多套煤制乙二醇装置处在建设之中,特别是新疆天业乙二醇装置的成功运行,奠定了该技术工业化运用的基础;华电榆林甲醇制芳烃(FMTA)工业试验装置的顺利投产,打开了煤制芳烃的技术大门;国内上百套各种煤气化装置的稳定运行,可以提供煤气化技术用来生产合成气。这些具备工业化条件的单元技术,经过组合就形成了煤制乙二醇-芳烃-聚酯一体化工艺技术。(李立新 胡存)
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