煤制乙二醇發(fā)展精細(xì)化工品的可行性分析

李飛飛

(陽煤集團壽陽化工有限責(zé)任公司，山西 壽陽 045400)

1 乙二醇市場的基本情況

2019年我國乙二醇企業(yè)總產(chǎn)能達(dá)1 078.5萬t/a，國內(nèi)乙二醇產(chǎn)量累計約780.1萬t，其中國內(nèi)煤制乙二醇產(chǎn)量約308.8萬t，乙二醇進(jìn)口總量約995萬t，進(jìn)口量最多的為沙特阿拉伯454.08萬t。

截至2020年4月30日，我國乙二醇企業(yè)總產(chǎn)能已經(jīng)增長到1 373.5萬t/a，其中煤制489萬t/a，占比35.6%；石油制761.9萬t/a，占比55.5%；MTO(甲醇制烯烴)制法以及單體乙烯法制占比9%。聚酯產(chǎn)能新增25萬t，產(chǎn)能基數(shù)上修至5 882萬t。

2016年、2017年、2018年和2019年乙二醇的平均價格分別為5 420.27元、7 086.57元、7 276.23元和4 743.14元。2020年1月、2月、3月、4月乙二醇的平均價格分別5 167.67元、4 369.65元、 3 924.05元、3 278.48元，4月乙二醇一度掉至歷史最低價2 948元。

2 油制、煤制乙二醇的成本分析

MTO制乙二醇成本以外購甲醇1 500元/t測算,成本在4 170元/t附近。現(xiàn)階段，原材料讓利之下，外采乙烯法及MTO法利潤有所好轉(zhuǎn)，但企業(yè)仍處于虧損狀態(tài)。以下分別對石腦油制和煤制乙二醇成本進(jìn)行分析。

2.1 石腦油制乙二醇成本分析

石腦油制乙二醇路線成本受原油價格影響很大，原油價格成為石腦油制乙二醇成本的關(guān)鍵性影響因素。目前，布倫特原油價格在30美元/桶附近，石腦油制乙二醇成本如下：

原油加工到石腦油成本為270.50美元,折合人民幣1 920.6元；

石腦油加工成乙二醇的成本為347.22美元,折合人民幣2 465.3元；包含進(jìn)口關(guān)稅、增值稅和港雜費合計3 014元(不包含財務(wù)費用、折舊費用和運費)。石腦油乙烯法成本，如表1所示。

表1 石腦油乙烯法成本

2.2 煤制乙二醇路線成本分析

煤制乙二醇成本核算以山西20萬t/a乙二醇項目為基礎(chǔ)，以陜西神木煤為原料煤，含運費每噸470元/t,山西本地煤為燃料煤，330元/t，測算出乙二醇成本為4 552元/t。全國煤制乙二醇成本大概4 350元/t～4 700元/t。

如第40頁表2，煤制乙二醇成本所示。石油價格持續(xù)走低，使煤制乙二醇對乙烯法乙二醇的成本優(yōu)勢蕩然無存，煤制乙二醇企業(yè)形勢特別嚴(yán)峻。

表2 煤制乙二醇成本

3 煤基乙二醇發(fā)展精細(xì)化工品的可行性分析

煤制乙二醇的副產(chǎn)品及下游產(chǎn)品的精細(xì)化、多元化發(fā)展已經(jīng)勢在必行。如何高效利用現(xiàn)有煤制乙二醇的裝置和技術(shù)以達(dá)到豐富產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、增強市場競爭力的目的。本文分別從以下幾條路徑進(jìn)行了可行性分析。

3.1 乙二醇制乙二醛

乙二醛(glyoxal)又名草酸醛，能與醇、胺、醛、羧基化合物等進(jìn)行加成或縮合反應(yīng)，在紡織、建材、皮革、醫(yī)藥等方面具有廣泛的用途[1]。

乙二醛的工業(yè)化生產(chǎn)方法主要有乙醛硝酸氧化法和乙二醇?xì)庀嘌趸?。乙醛硝酸氧化法的?yōu)點是產(chǎn)品質(zhì)量高，能達(dá)到醫(yī)藥、日化等行業(yè)的要求，缺點是副反應(yīng)較多，純化處理難度大，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，“三廢”較多。乙二醇氧化法工藝流程短、環(huán)境友好，但是產(chǎn)品質(zhì)量差，用途受到一些高要求行業(yè)的限制[1]。

近年來，乙二醛價格一直維持在8 000元/t。乙二醛成本和原料成本關(guān)系密切。乙醛硝酸氧化法的成本為5 200元～5 700元。根據(jù)物料衡算，1 t乙二醇氧化生成1 t乙二醛，由于目前乙二醇價格低，故乙二醇氧化法具有原料成本較低的優(yōu)勢，但是與進(jìn)口乙二醛相比成本偏高。

綜上所述，新建乙二醇?xì)庀嘌趸ㄉa(chǎn)乙二醛裝置可以考慮。但是由于乙二醛市場較小，只能建立小規(guī)模生產(chǎn)裝置。而且必須進(jìn)一步提升技術(shù)水平，尤其是脫除甲醛的能力，進(jìn)一步提升產(chǎn)品品質(zhì)，同時要降低能耗，控制成本。

3.2 乙二醇制乙二醇甲醚

乙二醇單甲醚(MCS)是一種重要的化工原料，既可以作為通用的綠色溶劑，又可以作為防冰劑，在航空航天和汽車運輸領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛[2]。

乙二醇單甲醚目前是由環(huán)氧乙烷和無水甲醇反應(yīng)生成，但由于環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)成本、市場需求和運輸?shù)葐栴}，很多國家開始以乙二醇和甲醇為原料合成乙二醇醚的[2]，但目前技術(shù)尚不成熟。而且，由于乙二醇醚的安全性受到質(zhì)疑，一些發(fā)達(dá)國家已限制了乙二醇醚的生產(chǎn)與使用[2]。而丙二醇醚的毒性遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于乙二醇醚，乙二醇醚的需求可能會由丙二醇醚部分代替。

綜上所述，當(dāng)煤基乙二醇合成乙二醇醚技術(shù)成熟時，也很可能被丙二醇醚替代，所以投資建設(shè)乙二醇制乙二醇醚裝置應(yīng)謹(jǐn)慎。

3.3 煤制乙二醇副產(chǎn)乙醇

煤制乙醇比生物制乙醇在成本上有明顯的優(yōu)勢。二甲醚制乙醇(DMTE路線)成本最低，約3 000元/t～3 700元/t，是草酸二甲酯制乙醇路線最強勁的競爭對手。草酸二甲酯制乙醇路線的完全成本在5 200元/t，比煤制乙二醇完全成本高500元/t～800元/t。目前乙醇的市場價格在5 100元/t～6 000元/t，乙二醇價格在3 500元附近。當(dāng)乙醇市場價格比乙二醇高出500元時，煤制乙二醇企業(yè)可考慮以草酸二甲酯為原料生產(chǎn)乙醇以達(dá)到靈活調(diào)節(jié)企業(yè)產(chǎn)品、規(guī)避市場風(fēng)險的目的。

當(dāng)前煤制乙醇能否實現(xiàn)工業(yè)化和大型化，還是需要看國家對乙醇的推廣政策。在工業(yè)化技術(shù)不十分成熟的情況下，目前暫不宜盲目大規(guī)模發(fā)展，可繼續(xù)關(guān)注該技術(shù)發(fā)展情況，做為煤制乙二醇有效抵御市場風(fēng)險、提高整體競爭力的有效手段之一。

3.4 煤制乙二醇副產(chǎn)乙醇酸甲酯

研究表明，在煤制乙二醇工藝中，通過對草酸二甲酯加氫過程調(diào)整工藝參數(shù)即可合成乙醇酸甲酯[3]。乙醇酸甲酯廣泛應(yīng)用于有機合成和藥物合成，作為化工中間體，除乙二醇外，其主要下游產(chǎn)品有4種：氧化脫氫制乙醛酸甲酯,主要用于醫(yī)藥領(lǐng)域的口服青霉素和香蘭素等，約15.5萬元/t；羰化制丙二酸單甲酯，主要用于醫(yī)藥及農(nóng)藥的生產(chǎn)原料，約為2萬元/t;氨解制甘氨酸,主要用于醫(yī)藥、農(nóng)藥及食品行業(yè)，約2.2萬元/t～4萬元/t；水解制乙醇酸，主要用于個人護(hù)理產(chǎn)品、醫(yī)學(xué)工程材料領(lǐng)域以及清洗劑等。70%的乙醇酸市場價格約為1.6萬元/ t, 99%的乙醇酸市場價格為7萬元/t。

乙醇酸甲酯作為重要的中間體在，具有十分廣泛的應(yīng)用和市場開發(fā)前景。開發(fā)以草酸二甲酯為原料加氫制乙醇酸甲酯(乙醇酸)的方法，不但可以高效利用現(xiàn)有煤制乙二醇裝置，避免一次性投入造成的經(jīng)濟損失，也可以為煤制乙二醇產(chǎn)品多元化提供新的途徑，是一條符合我國國情的生產(chǎn)路線。

3.5 煤制乙二醇聯(lián)產(chǎn)可降解塑料聚乙醇酸(PGA)

聚乙醇酸(PGA)，是一種可生物降解的高分子樹脂材料，最終變成對人體、動植物和自然環(huán)境無害的水和二氧化碳，可應(yīng)用于包裝材料、農(nóng)用薄膜、一次性餐具、手術(shù)縫合線等多方面。根據(jù)統(tǒng)計，聚乙醇酸至少有600萬t的市場容量[4],價格為2萬元/t～4萬元/t，前景十分廣闊。

在煤制乙二醇裝置的基礎(chǔ)之上，只需將3個乙二醇合成反應(yīng)器變成2個合成乙二醇、1個合成乙醇酸甲酯(原料不發(fā)生變化，改變催化加和操作條件即可)。再新增乙醇酸甲酯精制塔和PGA裝置，最終實現(xiàn)PGA產(chǎn)品的產(chǎn)出，其工藝流程，如圖1所示。

圖1 合成聚乙醇酸工藝流程圖

文獻(xiàn)[4]對30萬t/a煤制乙二醇項目和煤制乙二醇聯(lián)產(chǎn)5萬t/aPGA項目進(jìn)行經(jīng)濟效益分析，結(jié)果表明聯(lián)產(chǎn)項目需要增加投資約1.56億，年均營業(yè)收入可增加約3.85億元。聯(lián)產(chǎn)所生產(chǎn)的PGA生產(chǎn)成本7 052元/t，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于市場上2萬元/t～4萬元/t的其它可降解材料。由此可見，乙二醇裝置通過調(diào)節(jié)催化劑制備乙醇酸甲酯聯(lián)產(chǎn)PGA，可以充分利用國內(nèi)煤制乙二醇技術(shù)及裝置產(chǎn)能的優(yōu)勢，在增加少量投資的基礎(chǔ)上使煤制乙二醇生產(chǎn)企業(yè)利潤大幅提升。不僅可以解決煤制乙二醇困境，又能推動我國新型環(huán)保材料的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，其意義十分巨大。