甲醇制烯烃项目建议.doc

甲醇制烯烃项目的建议朱伟 随着中东地区乙烷供应减少，以天然气为原料的甲醇制低碳烯烃（MTO/MTP）项目因为成本比较优势，日渐极具吸引力。特别是在天然气资源丰富的地区，建设甲醇制低碳烯烃项目不仅可以优化产品的机构，提高抵御市场风险的能力，还获取比直接销售甲醇更加可观的收益。通过比较现有技术和工业化装置运行的状况，中国科学院大连物化所的DMTO甲醇制低碳烯烃技术与美国Lummus公司的OCT烯烃歧化技术的技术组合在技术可靠性、产品多样性和经济效益等方面均具有综合优势。目前，全世界唯一成功商业化运行的煤制低碳烯烃项目-中国神华包头项目既是采用DMTO技术。该项目的管理、设计、施工、开车和运营全部由中国的工程公司负责，是同类装置中建设质量最佳且建设效率最高的项目。综合分析技术和经济因素，以廉价天然气资源制取的甲醇为原料制低碳烯烃项目具有良好的市场前景。若由中国工程公司在承担本项目的建设工作，可以充分利用其在甲醇制烯烃领域一流的技术能力，丰富的工程经验。中国工程公司能够按照国际化标准为本项目提供高效、优质、经济且全方位的工程建设服务，并且可以满足项目所在国家的安全标准和规范的要求。一、 世界现有主要MTO/MTP技术和相关建设项目简况目前，世界上现有的甲醇制烯烃（MTO/MTP）技术主要有5种：1、中国科学院大连物化所的DMTO/DMTO-II技术；2、美国UOP公司的MTO+OCP技术（其中MTO技术为UOP和挪威Hydro公司共同开发，OCP技术为UOP和法国Total共同开发）；3、中国石油化工集团的SMTO技术；4、德国Lurgi公司的MTP技术；5、中国清华大学和中国化学总公司联合开发的FMTP技术。前3项为MTO（甲醇制烯烃）技术，主要产品为乙烯、丙烯和混合C4等；后2项为MTP（甲醇制丙烯）技术，主要产品为丙烯、汽油和LPG等。这5类技术都已经成功进行了中试（但规模相差较大），其中采用DMTO、MTP和SMTO技术的工业化装置已经开车，采用DMTO-II、MTO/OTC和FMTP的工业化装置目前在建。表1简要列举了5种煤制烯烃技术的主要技术参数和产品、中试和工业化装置的情况。据了解，截止2011年12月，在已经开车的4套煤制烯烃工业化装置中（1套DMTO、2套MTP、1套S-MTO，全部在中国），只有采用中国科学院大连物化所DMTO技术的中国神华包头装置（以下简称“神华包头MTO项目”）已经进行了商业化运营，并连续稳定生产了近一年，完全达到了工业化装置设计的既定要求。神华包头MTO项目是世界首套煤制聚烯烃工业化工程，年产煤基甲醇180万吨，聚乙烯30万吨，聚丙烯30万吨，总投资约170亿元人民币。神华包头MTO项目全部由中国公司负责项目建设指挥、管理、设计和施工，于2010年5月全部建成中交，于2010年8月打通装置全流程，并投料一次成功生产出合格的聚烯烃产品，实际有效施工期仅为29个月。2011年，神华包头MTO项目进行了全厂检修，预计能完成52万吨聚烯烃的年产量。中国宁煤MTP项目总投资约178亿元，建设规模为167万吨甲醇生产50万吨聚丙烯，副产汽油18.48万吨、液态燃料4.12万吨、硫磺1.38万吨。宁煤MTP装置于2010年9月份中旬开甲醇制丙烯装置，10月出丙烯（99.69%），2010年MTP全装置分段运行，各流程已经打通。在2011年5月份经过了全公司的检修和改造，净化、合成、MTP再次全线贯通，生产出聚丙烯产品，全面进入试生产阶段。相同规模的中国大唐多伦MTP项目2007开始土建，2008-2009年设备安装，2010年进行了一年的设计变更和技术改造，实际累计投资已超过200亿元。2010年6月贯通流程生产出甲醇产品，2010年底MTP装置进行阶段性试车DME反应器运行正常，2011年8月生产出合格丙烯，纯度99.1%。中国石化集团位于河南濮阳的采用SMTO技术的甲醇制烯烃项目也于2011年10月开车成功，产出合格乙烯、丙烯。该项目总投资预计为15亿元，包括新建60万吨/年甲醇制20万吨/年烯烃，新建10万吨/年聚丙烯装置，现有20万吨/年石脑油裂解聚乙烯装置改造。项目于2010年8月开工建设，2011 年8月完成装置建设。2004年UOP公司称，新加坡Eurochem技术公司的子公司Viva甲醇公司将使用由UOP公司和Norsk Hydro公司联合开发的MTO技术，以及由Total石化公司和UOP公司开发的OCP（烯烃裂解工艺）技术，将在尼日利亚Lekki建设石化综合装置。该装置将是世界上首套采用该技术的工业规模装置，将年产80万吨的乙烯和丙烯。项目原定于2008年投产，但是受到金融风暴的影响，项目建设进度很慢，预期该装置可能在2012年投产。此外，采用中国清华大学FMTP技术的中国华能集团投资60万吨甲醇制20万吨聚丙烯项目计划于2012年开始建设，该项目总投资约为25.4 亿元。在表1列举的3种MTO项目的C2和C3烯烃转化率约为80，副产品中还有大部分C4和C5低附加值的烯烃。在神华包头MTO项目中，首先从C4烯烃中分离丁烯-1用于聚乙烯和聚丙烯装置，然后将剩余C4烯烃转化为MTBE（甲基叔丁基醚，一种高辛烷值的汽油添加剂）。但丁烯-1/MTBE分离和转化装置投资较高，MTBE的市场容量也不如乙烯和丙烯，经济效益并不显著。过去几年里甲醇制烯烃技术和利用C4增产丙烯技术取得了重大进展。目前，在MTO装置中利用C4增产丙烯技术可达到更高的甲醇进料利用率，取得更大的经济效益，该类技术主要有2大类：C4烯烃裂解技术和C4烯烃歧化技术。这些技术各具特色，但也存在一些不足之处，为取长补短，这些技术出现了多种应用组合，导致了工艺性能的重大改进。技术组合主要有以下几种： （1）UOP MTO技术与OCP技术的组合； （2）大连化学物理研究所的DMTO技术与Lummus的OCT技术的组合； （3）大连化学物理研究所的DMTO技术； 表2简要列举了上述3种技术组合的主要技术参数和产品、中试和工业化装置的情况。表2 技术项目中国大连物化所DMTO-II美国UOP/挪威Hydro/法国TotalMTO+OCP中国大连物化所/美国LUMMUSDMTO+OCT工艺固定床甲醇转化工艺烯烃裂解技术增产丙烯固定床甲醇转化工艺烯烃裂解技术增产丙烯固定床甲醇转化工艺烯烃歧化技术增产丙烯（转换C4+烯烃时需要消耗少量乙烯）中试（示范）装置情况2010年5月在中国陕西成功运行投料量：50吨甲醇/天2010年在比利时费卢依中心成功运行投料量：不祥无联合中试装置但DMTO装置和OCT装置是相互独立的装置甲醇转换率99.97%100100C2和C3烯烃转化率85.68%>85% （其中60为丙烯）>85%主要产品丙烯乙烯丙烯乙烯丙烯乙烯甲醇消耗约2.67吨甲醇/吨烯烃双烯产量提高>15双烯产量提高15工业化装置情况无运行工业化装置陕西蒲城项目180万吨甲醇制70万吨烯烃项目，计划在2014年底投产。无运行工业化装置尼日利亚Lekki装置在建设中，可能2012年投产DMTO工业化装置：中国神华包头MTO项目成功商业化运行；OCT工业化装置：全球有18套装置已投产运营。特点甲醇转化和C4+转化采用相同的催化剂 技术项目大连物化所DMTO美国UOP/挪威HydroMTO中石化SMTO德国LurgyMTP清华大学FMTP工艺甲醇制烯烃技术采用流化床工艺甲醇制烯烃技术采用流化床工艺甲醇制烯烃技术采用流化床工艺甲醇制丙烯技术采用固定床工艺甲醇制丙烯技术采用流化床工艺中试（工业化试验）装置情况2006年2月在中国陕西成功运行，投料量：50吨甲醇/天1995年在挪威成功运行，投料量：0.75吨甲醇/天2007年11月在中国上海成功运行，投料量：100吨甲醇/天2002年1月在挪威成功运行，投料量：8.64吨/天2009年11月在中国安徽成功运行，投料量：90吨甲醇/天甲醇转换率>99.18>99>99>99>99C2和C3烯烃转化率78.7180788078.248071（丙烯）77（丙烯）主要产品乙烯和丙烯乙烯/丙烯可调产量比:0.81.5乙烯和丙烯乙烯/丙烯可调产量比:0.751.5乙烯和丙烯丙烯汽油、液化气（副产品）丙烯液化气（副产品）工业化装置情况神华包头MTO项目世界首套成功商业化运营的项目，年产聚乙烯30万吨（Univation），聚丙烯30万吨（陶氏），另有10余套装置正在设计或在建设中尼日利亚Lekki装置，将年产80万吨的乙烯和丙烯，预期该装置可能在2012年投产。河南濮阳项目也于2011年10月开车成功，产出合格乙烯、丙烯。宁煤MTP项目（167万吨甲醇生产50万吨聚丙烯，副产汽油18.48万吨、液态燃料4.12万吨、）从2011年5月进入试生产阶段。中国华能集团60万吨甲醇制20万吨聚丙烯项目计划于2012年开始建设。甲醇消耗3吨甲醇/吨烯烃3吨甲醇/吨烯烃3吨甲醇/吨烯烃3.4吨甲醇/吨丙烯3吨甲醇/吨丙烯表1 （供参考）二、项目建议和评估1、经济性以煤为原料的MTO/MTP项目，烯烃产品的生产成本较高，与传统石脑油裂解制烯烃相比，在低油价体系下产品成本竞争力较差，当原油价格高于60美元/bbl时，煤制烯烃产品才具备一定成本竞争力。中东地区采用廉价乙烷和丙烷为原料裂解制乙烯和丙烯，煤制烯烃产品无法与之竞争。中国大规模建设煤制烯烃项目，主要是由于中国资源具有“富煤、缺油、少气”的状况，且石油对外依存度已达到约55，且乙烯和丙烯的刚性需求非常强劲。在油价高起的年代，煤制烯烃项目可以减少原油和石油制品的对外依存度，改变中国的能源利用结构，是符合中国国情的战略性措施。同时，在中国沿海地区也正在建设以廉价进口甲醇为原料的MTO项目。由于中东地区乙烷供应减少，石脑油、轻柴油等乙烯原料资源也面临着越来越严重的短缺局面。这也使以天然气为初始原料的MTO/MTP项目在许多地区极具吸引力。现有的以天然气为原料的200万吨/年甲醇，较煤基甲醇具有明显的成本优势。据测算，200万吨/年规模的甲醇工厂，甲醇成本价格约为120美元/吨。以此为基础的MTO/MTP项目，乙烯和丙烯的成本约为420美元/吨。2011年亚洲市场甲醇、乙烯和丙烯的平均价约为350美元/吨、1150美元/吨和1400美元/吨（离岸价）。显而易见，以上述数据推算，在甲醇工厂当地建设1套6070万吨/年MTO/MTP装置经济效益很可观，其收益比直接销售甲醇要高出30，且产品的结构得到了改善。当然上述分析仅供参考，项目决策还需要根据当地的实际情况和其辐射的市场竞争情况进行精确且详尽的经济分析。2、建议采用的技术根据实际运营情况和并尽可能降低投资风险，建议采用DMTO+OCT技术，即中国科学院大连物化所的DMTO煤制烯烃技术结合美国LUMMUS公司的烯烃分离和烯烃转化技术。主要原因如下：1）、技术可靠采用DMTO技术的神华包头MTO项目是全球首套MTO工业化装置，也是全球成功进行商业运营的MTO装置。该项目是目前同类项目中建设周期最短、建设质量最佳、经济效益最好的项目。除了在中国正在建设的多套甲醇制烯烃项目采用DMTO技术外，马来西亚TITAN公司投资建设的180万吨甲醇制烯烃项目也确定采用DMTO技术。美国LUMMUS公司的烯烃分离技术，适应于MTO装置的产品气，在神华包头MTO项目得到了成功应用。其烯烃分离回收技术不仅可以有效去除氮氧化物（NOx），保障安全生产，而且能够保证乙烯回收率达到99.3%以上。此外，OCT技术能够将低价值的DMTO装置副产品C4和C5转化为丙烯（需要添加乙烯），可以最大程度的提高甲醇制烯烃项目装置的总碳收率（乙烯加丙烯）和丙烯产量。对于1套60万吨/年DMTO装置，若采用OCT技术，双烯产量将增加约15，其中丙烯可以最多增加11.5万吨/年（乙烯产量略有减少）。由于丙烯/聚丙烯市场价格较高，每年可以增加数亿元人民币的营业毛利。采用OCT技术的装置可以独立于MTO装置建设。虽然世界上还没有MTO结合OCT技术工业化装置运行，但目前在全球石油化工行业已经有18套采用OCT技术的装置投产，成功进行了商业化运营；另外还有20余套OCT装置已经进行了技术转让，正在设计或在建，其中包括数个和DMTO装置结合的项目。比较而言，类似可以提高丙烯产量的DMTO-II和MTO/OCP技术目前都没有成功运行的工业化装置。而世界现有的2套MTP工业化装置，在开车过程中，都出现了些许技术问题，产品质量都未能一次达标。中国大唐多伦MTP项目甚至目前都未能批量生产出合格的聚丙烯产品。因此，采用DMTO+OCT技术最为可靠，最大程度降低了投资风险。2）、适宜的产品结构和较好的经济效益相当规模的MTO和MTP项目相比较，MTP项目理论投资较小，但由于MTO/MTP项目属于资金和技术密集性项目，若在建设过程中控制不当，将会造成项目实际投资额大幅超过预算额。比较中国的神华包头MTO项目和宁煤MTP项目的经济运行数据，发现前者的经济效益更佳。MTP项目主要产品一般为聚丙烯、汽油和LPG，虽然聚丙烯的结构性需求更强，但总需求量远不如聚乙烯，且项目所在地区汽油和LPG的经济效益不高，这使得项目的整体经济效益不能最大化。MTO项目一般主要产品为聚乙烯和聚丙烯，且通过调整工艺参数，可以调整聚丙烯和聚乙烯的产量。此外，还可以通过烯烃转化技术可以进一步提高聚丙烯的产量。而且DMTO+OCT技术采用的大部分设备都可以在中国和项目所在国家完成制造加工，无需从欧美进口昂贵的设备，可以节省项目投资。因此，从产品结构、整体经济效益和抗风险能力来看，采用DMTOOCT技术的甲醇制烯烃更加适合本项目。综上所述，本项目若采用DMTOOCT技术，技术风险很低，技术上最可靠，最安全，同时也可以获得很好的经济收益。若最终产品为聚乙烯和聚丙烯，C4+气体进入OCT装置前，也可以通过烯烃分离首先提取丁烯-1（聚合工艺需要），避免因C4+烯烃全部转化为丙烯而需要外购丁烯-1。3、建设规模和最终产品本项目甲醇制烯烃项目的具体建设规模，应根据自身的实际情况决定。如先期建设20万吨/年的装置，以减少投资风险；或完全利用现有200万吨/年甲醇产量，建设70万吨/年的装置；或根据当地近几年甲醇市场情况，在充分利用甲醇装置闲置的生产能力前提下，新建1套甲醇生产装置尽可能扩大烯烃装置产量，同时销售甲醇和聚烯烃产品，以期待获取利益最大化。此外，DMTOOCT装置的直接产品为乙烯和丙烯，除了直接生产聚乙烯和聚丙烯外，还可以考虑乙烯深加工和丙烯深加工，比如生产EVA（乙烯与醋酸乙烯的共聚物，用于高档农膜和高档塑料制品）、或乙丙橡胶（乙烯、丙烯共聚物）、或环氧丙烷（采用双氧水法）或丁辛醇等。对于200万吨规模的甲醇，应主要考虑生产聚乙烯和聚丙烯，可以留有乙烯、丙烯深加工的余地，根据周边的市场情况和技术来源状况在确定乙烯、丙烯深加工产品。4、建议采用的工程建设模式为充分发挥合理运用世界优势资源，实现降低建设成本和提高建设效率，确保建设和运行管理顺利衔接，当前甲醇制烯烃项目的建设应借鉴国际大型石化化工装置先进的项目建设组织和管理体系，以及神华包头MTO项目成功的建设经验；建议本项目采用PMC（项目管理）结合EPC（工程总承包）方式进行建设。1） 业主首先确定项目组织机构，设定职能部门和项目组。项目组织机构的制定应充分考虑与项目建成后运营主体（公司）进行有机的结合。2） 业主选定12家具有丰富石化化工行业经验和技术能力的项目管理服务商（有甲醇制烯烃项目建设经验更佳），根据项目组织机构建立项目联合管理团队（IPMT）共同组织和管理项目建设。IPMT的技术和管理人员有业主和项目管理服务商分别派遣，业主的这批人员将参与的整个建设过程，大部分人员今后将直接进入运营公司负责日常的生产管理。这可以确保项目建设和装置的商业化运营可以无缝对接。3） 项目建设可分为定义阶段和实施阶段。定义阶段主要完成项目场地平整、通水、通电、通路，完成项目的基础工程设计，完成长周期设备和保护伞协议的采买工作，并根据基础工程设计选定23家总承包商和监理公司等工作。实施阶段开始建设工作，并按计划按步骤完成装置中交、试车、投产试运行等一系列工作。人员培训也应在实施阶段开始时全面展开，确保生产人员全完胜任新装置的各个岗位。三、中国技术和工程公司在煤制烯烃项目中的工作角色和潜在优势1、技术优势无庸置疑，中国目前拥有世界一流水准的甲醇制烯烃技术。中国的科学院所从20 世纪80 年代初便率先开展了甲醇制取低碳烯烃的新工艺过程的研究。截止目前为止，共开发了DMTO、DMTO-II和SMTO三项煤制烯烃技术和FMTP一项煤制丙烯技术，全部都成功进行了中试（工业性试验），且装置规模都在万吨级以上，装置规模和技术指标均处于国际领先水平。其中，DMTO和SMTO装置的工业化装置已经成功开车，目前共有10多套采用上述3项技术的煤制烯烃装置在进行设计或处于建设过程中。全球首套煤制烯烃工业化装置是采用中国科学院大连物化所DMTO技术的年产60万吨聚烯烃的中国神华包头装置，自2010年8月投入生产后，已经联系投入商业化运营1年多，预计2011年将实现超过13亿元人民币的盈利目标。中国大连物化所在成功完成了DMTO-II中试（工业性试验）装置的运行后，已开展了最新的烯烃技术研究。若本项目采用DMTO技术，是最为可靠，风险最低的技术选择。2、工程建设优势近30年，中国的石化和化工行业迅猛发展，也涌现出了一大批优秀的工程公司和施工企业，他们不仅承担中国国内几乎全部石化和化工装置的设计和建设工作，还在全球许多地方开展业务并设立分公司，承担且出色完成了许多工程设计和建设任务。中国石化工程建设公司（SEI）、中国寰球工程公司（HQCEC）都是全球知名的工程公司，其中前者是2010年度全球工程公司50强（ENR评选）。目前在中国已经建设完工或正在建设的10多套MTO和MTP装置，专利技术来自中国、美国、德国、英国等多个国家，涉及到的标准有中国标准（HG和GB）、美国标准（ANSI和ASME等）和欧洲（EN和DIN等）标准，全部都由中国工程公司完成基础设计和详细设计，由中国工程公司承担工程总承包的工作，并由中国的施工企业完成建设任务。因此，中国工程公司和施工企业在煤制烯烃项目中积累了丰富的经验，并和各家主要技术专利商形成了良好的合作关系，完全具备承担国外甲醇制烯烃项目建设的能力。若中国工程公司和施工企业参与本项目建设，能够利用其出色的技术能力和丰富的同类项目建设经验，根据项目实际情况制定最佳的项目建设方案，有助于提高项目的建设效率和保障项目建设质量。3、成本优势中国近30年经济发展迅猛，人民生活水平提高很快。但和欧美发达国家相比，人力资源成本仍然具有较为明显的优势。据了解，在石化化工行业，来自欧美发达国家工程公司的平均综合人工日单价约是中国工程公司平均综合人工日单价的5倍以上。因此，选用中国工程公司承担项目管理或工程设计的工作，将具有显著的人力成本优势。此外，中国在拥有自主产权的煤制烯烃技术的同时，也加快了主要技术装备国产化、产业化的进程，已经实现了许多大型设备的国产化。以神华包头MTO项目为例，除了关键性的控制仪表和机泵、大型压缩机、挤压造粒机外，其他包括煤气化装置、大型反应器、各类分离器、精馏塔等全部由中国制造商生产和制作，由此节约了大量的资金。当前甲醇制烯烃项目也应该立足于设备国产化，若确实无法在项目所在国生产的设备，应借鉴中国神华包头MTO项目的经验，优先选用中国制造的设备，这可以显著节省项目的投资并确保工程建设质量。4、服务优势首先，中国工程技术人员以吃苦耐劳闻名于世，认真负责，极富敬业精神。中国技术人员在项目现场往往一周工作6天，如果项目需要，中国技术人员往往加班加点也要一鼓作气完成既定目标。中国员工不仅拥有过硬的技术素质，也拥有最好的服务态度。其次，中国技术人员完全可以提供与国际接轨的技术服务。中国国家和化工行业标准（GB和HG）基本是参照国际通用的标准（如ISO、ANSI、DIN等）制定的，个别标准还分别对照美标和德标设立了美洲体系标准和欧洲体系标准。在中国石化化工行业初期，中国从欧美国家引进了大量先进技术，且此类先进技术的工艺包都是按照ANSI或DIN标准编制的。经过数十年的技术引进和工程积累后，中国工程公司完全有能力按照ANSI或DIN系列标准进行工程设计。随着国际业务的大量开展，在中国的专业书店可以买到各种ANSI或DIN系列标准书籍，有些还可以找到中文译本。此外，中国制造的机械设备已如今出口到世界各地，完全可以满足某些国际或地区公认的特定技术质量标准和安全标准，如ASME“U”钢印证书（压力容器）、API认证、TUeV认证等。