行业要闻
煤化工
——煤制芳烃产业发展剖析之二
技术水平能否撑得起产业发展是业界对煤制芳烃的第二个疑惑。清华大学教授、流化床甲醇制芳烃技术首席专家魏飞上周表示，这一点已经无需担忧。由于实现了诸多突破，我国流化床甲醇制芳烃技术总体处于世界领先水平，使项目业主一开始就站在行业技术前沿，企业后续的发展更主动、发展后劲也更足。
攻坚克难波折不断
魏飞介绍，煤制芳烃是指以煤为原料，经气化制得合成气，再由合成气生成甲醇，甲醇经催化转化制得混合芳烃，混合芳烃再经芳烃联合装置最终转化为苯、对二甲苯、邻二甲苯等芳烃产品的工艺技术。其中，最核心、最关键的环节是甲醇制芳烃。
国际上甲醇制芳烃的研究始于20世纪70年代，美国美孚公司率先开发出甲醇制汽油工艺，其汽油组分里含有一定量的芳烃，之后对基于分子筛催化剂的甲醇制芳烃有了一定的研究。但由于美国并不缺少石油，其研究主要侧重于对催化剂配方及反应机理的探索，并无工业化应用实践。
中国于20世纪80年代开始甲醇制芳烃研究。新世纪以来，随着石油供应紧张和油价不断上涨，国内研究开始加速加码并取得了可喜进展。
但早期的甲醇制芳烃技术准确地说应称为甲醇制汽油技术，因为无论是美孚还是中科院山西煤化所的技术，虽然其液相烃基收率可达63%～91%，但最终产物均以烷烃为主，芳烃含量不超过45%，另有部分烯烃和环烷烃，这样的组成更接近汽油组分。而且，由于产物种类繁多，分离价值不高，更适合作为油品添加剂进行销售，而非作为芳烃联合装置的原料。加之美孚等现有的技术均采用固定床工艺，装置规模较小（目前国内最大单套装置仅20万吨/年），无法与芳烃后续加工装置——芳烃联合装置进行经济性匹配（目前芳烃联合装置最小经济规模为50万吨/年，至少需要配套5套20万吨/年规模的甲醇制汽油装置，设备多、工艺路线长、占地面积和投资大，项目经济效益差），使其在制备芳烃和应用方面受阻。
新世纪以来，中科院大连化物所、中石化上海化工研究院以及陕西煤业化工集团等单位又分别开发了甲醇甲苯制对二甲苯技术。其中，中石化上海化工研究院还与中石化扬子石化联手，建成一套5000吨/年工业化示范装置并成功运行。这些技术的推出，一定程度上丰富了芳烃工艺路径，促进了石油化工与煤化工的耦合。
但甲醇甲苯制对二甲苯技术同样存在不足。一方面，甲醇甲苯制对二甲苯是在已有的芳环上接上另一个甲基，其原料中必须拥有稳定的甲苯供给。由于炼油厂甲苯通常作为中间物料，商品量极其有限，使得甲醇甲苯制对二甲苯通常很难形成独立工厂，更多的是依赖炼油厂。是对现有芳烃装置进行扩能增产，很难大规模扩大我国芳烃产能。另一方面，甲醇甲苯制对二甲苯的目标产品比较单一，投资风险较大。这些因素，同样制约了技术的推广应用。
四大突破国际领先
为彻底摆脱原料制约和对炼厂的依赖，从2000年开始，清华大学开始流化床制芳烃技术攻关，并于2010年在全球率先成功开发出流化床甲醇制芳烃工艺技术。2011年至2013年，清华大学与华电煤业集团合作，共同建设运行3万吨/年流化床甲醇制芳烃工业化试验装置，并开发了60万吨/年工艺包。
新技术实现了四大突破：
一是打通了由煤制取芳烃的关键步骤——甲醇制芳烃。新技术仅以甲醇为原料，先使甲醇在催化剂作用下脱水生成二甲醚，继而转化为低碳烯烃；低碳烯烃通过齐聚、环化反应，得到混合芳烃（苯、甲苯、二甲苯），最后通过芳烃联合装置得到对二甲苯。整个过程的甲醇转化率高达99.99%，产品中芳烃占74.47%，氢气占2.24%（若以液相烃计，总芳烃含量高达99%，其中，对二甲苯含量超过50%、“三苯”含量超过85%），可作为高品质的芳烃联合装置的原料方便地生产国内短缺的对二甲苯。
二是首次开发了以微、纳米ZSM-5分子筛混合体为基础的流化床甲醇制芳烃专用催化剂。该催化剂能够同时实现甲醇芳构化、轻烃芳构化和苯/甲苯甲醇烷基化，还具有抗金属烧结、积碳与水热三重失活等功能，满足了工业化生产对催化剂寿命与活性的要求。而且，所开发的催化剂原料组分易得、无毒、无害、不含贵金属，能够显著降低工业化应用的成本和难度。
三是采用两段内构件循环流化床技术，实现了反应温度的均匀性控制和物料返混的抑制，并通过催化剂连续循环再生，解决了反应温度控制难、催化剂容易积碳失活等问题。
四是采用两段构件湍动流化床再生器，实现了低温烧氢、高温烧炭的再生功能，有效缓解了催化剂的水热失活问题。
工业推广灵活落地
流化床甲醇制芳烃工艺技术一经问世，立即引起国外能源化工行业的极大关注，并被中国石油和化学工业联合会组织的鉴定委员会确认为“技术达到同类技术国际领先水平”。目前，该技术已经取得2项省部级技术成果，申请国家发明专利30余项，授权20项，有10多家单位有意向采用该技术进行芳烃生产。其中，已经完成项目可行性研究的超过5家。
“流化床甲醇制芳烃技术的原料为甲醇，项目的建设可以选择具有丰富煤炭资源的西部区域，也可选择能够便捷进口廉价甲醇的东部沿海地区，项目选址更加灵活；并可根据目标产物的不同，进行产品组合调整，比如可以多产苯、对二甲苯或碳九等产品。一旦实现工业化推广应用，在提升我国芳烃工业整体竞争力的同时，也能为企业带来丰厚回报，促进芳烃及关联产业健康发展。”石油和化学工业规划院院长助理李志坚这样表示。
