我國(guó)煤制甲醇前景概述

劉艷紅

（赤峰學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

我國(guó)煤制甲醇前景概述

劉艷紅

（赤峰學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保要求的提高和人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，面對(duì)全球石油和天然氣資源日益枯竭的現(xiàn)狀，甲醇作為替代能源在全世界迅速發(fā)展.由于煤制甲醇生產(chǎn)技術(shù)成熟、成本低，加上甲醇汽車技術(shù)基本成熟，因此在推廣甲醇替代或部分替代汽油，發(fā)展使用甲醇作為新的替代燃料，已經(jīng)成為一種趨勢(shì)，然而目前國(guó)內(nèi)大部分生產(chǎn)裝置的生產(chǎn)能力小，所以很難形成規(guī)模效益，不能與國(guó)外相競(jìng)爭(zhēng)，所以改善煤炭資源豐富與甲醇的生產(chǎn)力落后的矛盾是當(dāng)務(wù)之急.

煤化工；甲醇燃料；煤炭潔凈技術(shù)

煤制甲醇即以煤為原料生產(chǎn)甲醇.即以煤炭、天然氣、焦?fàn)t氣三者為原料制備甲醇，且以煤炭為主，這種結(jié)構(gòu)符合氣資源不足，煤炭資源相對(duì)豐富的國(guó)情.經(jīng)過專家學(xué)者的努力，我國(guó)在利用高硫、劣質(zhì)煤生產(chǎn)甲醇的方面取得不錯(cuò)的進(jìn)展.甲醇是具有與汽油類似的燃燒特性的有機(jī)物，與汽油以任何比例混溶，可作為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的混合燃料，或單獨(dú)作為甲醇汽車的燃料.甲醇里不含硫，所以在燃燒時(shí)不會(huì)產(chǎn)生含硫化物黑煙，其環(huán)保性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于含硫的汽油，因而甲醇是一種理想的代替石油的清潔燃料.甲醇，無論作為化工合成原料還是作為替代燃料，具有廣闊的發(fā)展和推廣前景[1].

1 能源燃料面臨的主要問題

隨著科技的進(jìn)步和工業(yè)的發(fā)展，全球化經(jīng)濟(jì)已經(jīng)形成，隨之而來的是全球性的能源危機(jī)，我國(guó)尤其能源危機(jī)尤為嚴(yán)重，成為制約中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵因素.所以21世紀(jì)的中國(guó)能源結(jié)構(gòu)必須逐步走向多元化發(fā)展，開發(fā)有更多替代產(chǎn)品的新能源，以滿足國(guó)家又好又快的發(fā)展需求.我們知道中國(guó)是個(gè)“石油和天然氣儲(chǔ)量少而煤炭資源相對(duì)豐富”的國(guó)家.目前專家學(xué)者一致認(rèn)為2l世紀(jì)世界煤化工發(fā)展的主流方向是發(fā)展煤炭潔凈利用技術(shù)，發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)之一應(yīng)是氣化技術(shù)、合成燃料技術(shù)(主要指醇燃料和烴燃料)及多聯(lián)產(chǎn)工藝技術(shù).其產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)應(yīng)該放在影響大使用廣的合成潔凈燃料技術(shù)，煤制發(fā)動(dòng)機(jī)燃料在能源安全和環(huán)境保護(hù)上來講都較具影響[2].在合成發(fā)動(dòng)機(jī)燃料技術(shù)方面，目前，較為成熟的是煤制烴類含氧化合物的甲醇技術(shù)，由于甲醇價(jià)格較汽油要低很多，并且使用起來環(huán)境效益好，如果推廣可使汽車燃料成本大大降低，所以在市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)力最強(qiáng).甲醇作為能源向多元化方向發(fā)展的一個(gè)重要領(lǐng)域，引起全球?qū)＜覍W(xué)者和行業(yè)企業(yè)的廣泛的關(guān)注.因此煤制甲醇也就成為現(xiàn)代煤化工較具影響的技術(shù)領(lǐng)域.

2 國(guó)內(nèi)外的甲醇產(chǎn)量及甲醇汽車原料應(yīng)用分析

目前全球的甲醇需求成逐年遞增的趨勢(shì)，而我國(guó)作為能源使用大國(guó)需求增加更是迅猛.如根據(jù)美國(guó)《化學(xué)周刊》的報(bào)道，截至2006年底世界甲醇的2006年總需求達(dá)3680萬噸，總生產(chǎn)能力接近4800萬噸，預(yù)計(jì)2010年的甲醇產(chǎn)量能達(dá)到5947萬噸.2006年中國(guó)甲醇表觀消費(fèi)約為800萬噸，2007年需求量將達(dá)到900萬噸，預(yù)計(jì)未來幾年內(nèi)消費(fèi)量還會(huì)以8%～10%的速度增長(zhǎng).到“十一五”末期，甲醇生產(chǎn)廠家大約有200家，產(chǎn)能在2500～3200萬噸，產(chǎn)量1900～2500萬噸，發(fā)展十分迅速[1].

隨著甲醇需求的增加，人們使用各種方法來提高甲醇的產(chǎn)量，其中煤基甲醇產(chǎn)業(yè)的發(fā)展在技術(shù)上已經(jīng)成熟.甲醇的傳統(tǒng)消費(fèi)領(lǐng)域是主要用于生產(chǎn)甲醛醋酸MTBE和用作溶劑，因?yàn)楫a(chǎn)品消費(fèi)市場(chǎng)比較單調(diào)，所以甲醇需求量增長(zhǎng)率有限，年增長(zhǎng)率僅在10%左右.甲醇汽車燃料未來有望在甲醇應(yīng)用領(lǐng)域取得突破，甲醇制烯烴及二甲醚燃料等，隨著汽車消費(fèi)市場(chǎng)的擴(kuò)大以及全球石油危機(jī)，這些新興應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展將極大地帶動(dòng)甲醇的需求量的極大提高，從而促進(jìn)煤基甲醇產(chǎn)業(yè)的不斷完善和快速發(fā)展[2].

各國(guó)專家學(xué)者開始尋找替代能源，取得了不少的收獲，其中煤基甲醇燃料進(jìn)展尤為突出.首先新西蘭、德國(guó)、瑞典等國(guó)開始使用含5%甲醇的M5汽油；1987年美國(guó)加州甚至開始使用含85%甲醇的M85汽油；作為能源危機(jī)的大國(guó)，我國(guó)在“六五”和“七五”期間國(guó)家科技重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目之一就是甲醇汽車開發(fā)技術(shù)，2002年在山西省太原、陽(yáng)泉、臨汾、晉城4個(gè)城市進(jìn)行了甲醇汽油應(yīng)用試驗(yàn).盡管甲醇摻燒汽油具有以下有點(diǎn)首先經(jīng)濟(jì)性好，其價(jià)格僅為石油的一半；其次動(dòng)力性能好，世界上最昂貴、速度最快、科技含量最高的F1賽車還有航模，都是以甲醇作為動(dòng)力能源；最后CO和碳?xì)浠衔锱欧帕康?，由于甲醇中含氧高燃燒充?但迄今為止甲醇應(yīng)用于汽車燃料一直未獲得廣泛推廣，其根本原因是：甲醇有毒以及沸點(diǎn)低易揮發(fā)，使得甲醇在儲(chǔ)運(yùn)、銷售、使用和車輛維修保養(yǎng)時(shí)，其毒性都難以難以防范；從環(huán)保方面看，如果汽車以甲醇作為動(dòng)力，其甲醛的排放量為同量汽油的3～6倍；從產(chǎn)生的熱能看，甲醇的熱能值不到汽油的一半，其耗量是汽油的1.8-2倍.特別是甲醇的腐蝕性，使汽車的耐久性難以保證.

綜合以上利弊，學(xué)者們作了很多的努力，試圖克服限制甲醇燃料使用的種種瓶頸.如關(guān)于甲醇燃燒問題中國(guó)最近取得了2個(gè)突破性成果，一個(gè)是國(guó)家經(jīng)貿(mào)委立項(xiàng)的山西省甲醇燃料汽車示范工程項(xiàng)目通過驗(yàn)收.在中巴車上安裝的多點(diǎn)電噴甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)，來解決煤制甲醇燃料燃燒不充分的弊端，經(jīng)全速全負(fù)荷可靠性試驗(yàn)驗(yàn)收和投產(chǎn)驗(yàn)收表明，與化油器式的同型汽油發(fā)動(dòng)機(jī)性能大大提高，百公里的油耗較傳統(tǒng)的化油器型中巴車降低，尾氣排放較傳統(tǒng)的化油器型中巴車碳氧化合物降低了15%～40%，熱效率也提高19%.另一個(gè)突破性成果是大同汽車制造廠對(duì)傳統(tǒng)汽油機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造，成功地研制出了國(guó)內(nèi)第一臺(tái)全甲醇(M100)發(fā)動(dòng)機(jī).它的顯著優(yōu)點(diǎn)是：全甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)，不加入汽油，這樣就有效地避免了國(guó)產(chǎn)甲醇含蠟成份高，而導(dǎo)致傳統(tǒng)甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生經(jīng)常發(fā)生噴油嘴被蠟質(zhì)堵塞的現(xiàn)象，較好地解決傳統(tǒng)甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)的霧化程度不高、燃燒不凈的問題，其燃料消耗比傳統(tǒng)甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)下降30%以上.它的生產(chǎn)成本與普通汽油發(fā)動(dòng)機(jī)相當(dāng).這兩項(xiàng)成果的取得，使得甲醇成為汽車燃料的推廣取得突破性進(jìn)展，同時(shí)也符合環(huán)境友好型社會(huì)的要求.

3 煤制甲醇生產(chǎn)過程

甲醇的合成始于1923年，由BASF公司研制，其溫度和壓力都很高，被稱為高溫反應(yīng)法，后經(jīng)過改進(jìn)，采用銅作為催化劑，將反應(yīng)壓力和溫度降低，稱為低溫反應(yīng)法，目前大多數(shù)甲醇都是以低壓反應(yīng)法制得的.煤制甲醇屬于煤間接液化范疇，目前其合成普遍采用的是魯奇法和ICI法工藝流程[3]，流程主要包括用煤和高純氧來制造反應(yīng)氣、將分離出的反應(yīng)氣進(jìn)行壓縮、在反應(yīng)器中粗合成和將制得的粗甲醇在精餾塔中精制等4個(gè)工序.首先,由煤運(yùn)系統(tǒng)將原料煤送入魯奇高壓氣化爐，使用純氧作為氣化劑，為了調(diào)整煤漿的粘度和Ph值，分別加入木質(zhì)磺酸類和42%的堿液加以調(diào)整，產(chǎn)出的高溫混合氣經(jīng)冷卻脫出煤焦油、硫化物以及二氧化碳，然后分離出H2和CO的合成氣.煤潔凈利用的關(guān)鍵所在是，煤氣化制成合成氣可以脫除氣態(tài)硫等污染物，脫硫的合成氣經(jīng)過換熱、冷卻、壓縮后轉(zhuǎn)入列管式或等溫式反應(yīng)器里進(jìn)行合成反應(yīng).

甲醇合成反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)器設(shè)計(jì)首先考慮如何降低溫度，使反應(yīng)朝著有利產(chǎn)物生成的方向.冷激式絕熱反應(yīng)器和列管式等溫反應(yīng)器是目前被工業(yè)廣泛采用的反應(yīng)器.甲醇反應(yīng)器材一般采用鉻鎳鈦的合金，目的是防止H2和CO腐蝕，為使反應(yīng)順利進(jìn)行一般加入銅系催化劑，常見的是CuO-ZnO-Al2O3.由于是放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱使得反應(yīng)的單程轉(zhuǎn)化率低，這樣我們可以考慮將反應(yīng)氣進(jìn)行循環(huán)反應(yīng)，最后制得的粗甲醇再進(jìn)一步在精餾塔里進(jìn)行精制[4].這樣就能制得純度達(dá)到99.185%的甲醇.

4 國(guó)內(nèi)外的甲醇需求統(tǒng)計(jì)與預(yù)測(cè)

從總體來講，世界甲醇供需基本平衡，但不同地區(qū)情況也各不相同.拉丁美洲、東歐、中東、非洲、大洋洲的甲醇供大于求，而美國(guó)、西歐、亞洲甲醇供不應(yīng)求，主要依賴進(jìn)口解決.世界甲醇生產(chǎn)主要集中在特立尼達(dá)、智利、新西蘭、沙特和俄羅斯這些天然氣資源比較豐富的地區(qū)，中國(guó)也已經(jīng)成為世界甲醇主要生產(chǎn)地區(qū)，但中國(guó)的甲醇生產(chǎn)主要以煤炭為原料.隨著全球能源危機(jī)的加劇，世界甲醇的產(chǎn)量還會(huì)不斷增加.

當(dāng)前甲醇衍生物的消費(fèi)結(jié)構(gòu)居第一位的仍為甲醛，約占35%～36%；其次為甲基叔丁基醚(MTBE)，用作無鉛汽油辛烷值添加劑，約占27%，在美國(guó)已經(jīng)禁止使用；第三為醋酸，約占7%～9%.截至2011年底，甲醇市場(chǎng)出現(xiàn)供過于求的現(xiàn)象.2000年世界甲醇生產(chǎn)能力為3803萬噸，需求量?jī)H為3020萬噸；2005年生產(chǎn)能力達(dá)到4294萬噸，而需求量為3481萬噸；到2010年，甲醇生產(chǎn)能力為5099萬噸，需求量為4226萬噸[5].

中國(guó)的煤制甲醇生產(chǎn)技術(shù)日益成熟，市場(chǎng)發(fā)展迅速，但生產(chǎn)規(guī)模小，形不成規(guī)模效應(yīng).而且中國(guó)甲醇主要用于化學(xué)合成，其次才是燃料和溶劑，近年來隨著甲醇衍生物的生產(chǎn)增長(zhǎng)速度加快，而醫(yī)藥和燃料市場(chǎng)平穩(wěn)增長(zhǎng)，農(nóng)藥和溶劑在總量中所占比例有所下降.根據(jù)對(duì)甲醇下游相關(guān)行業(yè)的統(tǒng)計(jì)，到2005年中國(guó)甲醇需求量為345萬～360萬噸，2010年需求量約為435萬～480萬噸，考慮到2001～2010年間將有一部分小甲醇裝置由于技術(shù)落后被淘汰.因此2010年中國(guó)甲醇約有100萬噸左右的缺口[5].截至2011年10月底，國(guó)內(nèi)甲醇產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到4300萬噸.

5 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前世界原油緊張，針對(duì)原油的爭(zhēng)奪戰(zhàn)愈演愈烈，而我國(guó)的原油半數(shù)依賴進(jìn)口，能源安全受到嚴(yán)重威脅，再加上全球溫室氣體排放及環(huán)保問題，為了可持續(xù)性發(fā)展，尋找替代原油的能源已成為當(dāng)前的主要任務(wù)之一.尤其現(xiàn)代工業(yè)和交通對(duì)能源的依存日益嚴(yán)重，如果沒有能源，那么中國(guó)的工業(yè)和交通就會(huì)陷入癱瘓，所以尋找替代能源已被納入國(guó)家戰(zhàn)略規(guī)劃，如果甲醇摻燒汽油政策出臺(tái)，會(huì)對(duì)能源危機(jī)的解決起到重大作用.但國(guó)內(nèi)煤制甲醇的普遍技術(shù)還不夠成熟，造成甲醇生產(chǎn)規(guī)模小，生產(chǎn)廠家比較分散，產(chǎn)能低，再加上外國(guó)市場(chǎng)大量廉價(jià)甲醇的涌入.所以，需要我們進(jìn)一步改進(jìn)煤制甲醇的生產(chǎn)技術(shù)來提高原料的利用率，真正做到節(jié)約能源的目的.

〔1〕李永生．煤制甲醇項(xiàng)目的可行性．同煤科技，2005(3):30-33.

〔2〕張玉卓．神華集團(tuán)的煤炭潔凈轉(zhuǎn)化戰(zhàn)略．中國(guó)煤炭，2004(4):5-7．

〔3〕楊紹斌，王繼任，王志宏．中國(guó)煤制甲醇的現(xiàn)狀與發(fā)展．潔凈煤技術(shù)，2001(1):35-39.

〔4〕張明輝，夏俊兵．我國(guó)煤基甲醇產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)展及發(fā)展前景分析．神化科技，2009(8):86-88.

〔5〕徐兆瑜．甲醇產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和工藝技術(shù)新進(jìn)展[J]．精細(xì)化工原料及中間體，2007(6)：23—26．

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1673-260X（2012）04-0004-02