煤制乙二醇生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀及技術(shù)經(jīng)濟分析

姚 玨

(蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730300)

乙二醇又名甘醇，是最簡單和最重要的脂肪族二元醇，也是重要的有機化工原料。乙二醇的應(yīng)用非常廣泛，在醫(yī)療衛(wèi)生、服裝、防凍劑、化妝品、炸藥、增塑劑等行業(yè)均有應(yīng)用[1]。

目前，我國的乙二醇長期供不應(yīng)求，產(chǎn)品對外依存度高，作為煤炭大國，利用我國相對豐富的煤炭資源，將煤炭作為基礎(chǔ)原料生產(chǎn)乙二醇可以有效緩解國內(nèi)供需矛盾，促進我國資源的合理利用[2]。因此，研究煤制乙二醇生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀以及產(chǎn)品競爭力分析，對于促進煤制乙二醇的行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

1 煤制乙二醇生產(chǎn)技術(shù)

乙二醇的生產(chǎn)技術(shù)有很多，其中利用煤炭生產(chǎn)乙二醇，主要有以下生產(chǎn)方式：

1.1 直接合成技術(shù)

由合成氣直接合成乙二醇是以煤炭作為主要原料，通過一系列反應(yīng)(氣化、變換、凈化和分離提純)得到合成氣，利用合成氣直接合成乙二醇。一步法直接合成乙二醇是一種非常簡單有效的合成技術(shù)，有很大的實際應(yīng)用價值，也是最具前途的新工藝[3]，但由于壓力太高，副產(chǎn)甲醇多，催化劑難選擇和回收率低(90%)，因此尚未得到工業(yè)化生產(chǎn)。

1.2 間接合成技術(shù)

間接合成技術(shù)是以煤炭為原料制得合成氣，通過合成氣反應(yīng)得到甲醇，甲醇再通過一系列化學(xué)反應(yīng)得到乙二醇。間接合成法主要包括三步反應(yīng)：(1)氧氣、一氧化氮和甲醇通過酯化反應(yīng)，生成亞硝酸甲酯；(2)生成的亞硝酸甲酯與一氧化碳在催化劑的作用下發(fā)生羰化合成反應(yīng)，生成草酸二甲酯；(3)生成的草酸二甲酯與氫氣在催化劑的作用下發(fā)生加氫反應(yīng)，生成乙二醇粗產(chǎn)品,將生成的粗乙二醇通過精餾得到精制乙二醇[4]。間接合成制乙二醇技術(shù)能耗低、水耗少，且工藝流程短、選擇性高、反應(yīng)條件溫和,國產(chǎn)化程度高。

1.3 乙烯制乙二醇技術(shù)

乙烯制乙二醇技術(shù)，同樣是以煤炭為原料制得合成氣，通過合成氣反應(yīng)得到甲醇，甲醇進一步反應(yīng)得到乙烯(C2H4)，乙烯通過氧化得到環(huán)氧乙烷，最后環(huán)氧乙烷通過水合法反應(yīng)得到乙二醇。乙烯制乙二醇技術(shù)在工業(yè)化生產(chǎn)中占比較大,目前，國內(nèi)乙烯制乙二醇技術(shù)主要有中科院大連化物所的DMTO、清華大學(xué)的FMTO和中國石化公司的SMTO的三種不同煤(甲醇)制烯烴技術(shù)[5]。

2 乙二醇發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 乙二醇供應(yīng)情況

截至2019年底，我國乙二醇總產(chǎn)能為1159萬t/a。其中，煤制乙二醇總產(chǎn)能491萬噸/年， 占國內(nèi)乙二醇總產(chǎn)能的42%，表1展示了國內(nèi)主要煤制乙二醇企業(yè)及產(chǎn)量，從生產(chǎn)企業(yè)性質(zhì)來看，主要為國有企業(yè)，從煤制乙二醇產(chǎn)能區(qū)域分布來看，主要集中在中西部地區(qū)，原因是中西部地區(qū)煤炭資源豐富，具有原料成本優(yōu)勢。從乙二醇產(chǎn)能結(jié)構(gòu)上來看，煤制乙二醇產(chǎn)能占比將逐步擴大?；谖覈?富煤、貧油、少氣"的資源稟賦，近年來煤化工逐步興起[5]。按照未來 幾年我國乙二醇投產(chǎn)計劃，煤化工仍占主流，因此煤制乙二醇產(chǎn)能占比有望進一步提升。

2020年，一場突如其來的的新型冠狀肺炎疫情讓全球原油的需求量急速下降，兩個月內(nèi)，油價從60美元/桶跌到40美元/桶，3月9日國際油價開盤暴跌30%，創(chuàng)下30年來最大單日跌幅。截至4月20日跌至13.99美元/桶，再創(chuàng)近20年的新低。在油價持續(xù)低位、海外疫情加劇，需求短期難以提振的情況下， 乙二醇市場或短期維持低位。

表1 我國煤制乙二醇產(chǎn)能情況

2.2 乙二醇進口情況

近年來，我國乙二醇的進口總量一直維持在850萬噸左右，2019年國內(nèi)乙二醇進口量約979.1萬t，國內(nèi)乙二醇自給率為40.4%。乙二醇產(chǎn)品的對外依存度較高，雖然有緩慢下降趨勢，但總量均保持在60% 左右。隨著煤制乙二醇技術(shù)不斷提升，產(chǎn)能將繼續(xù)擴大，從而乙二醇對外依存度會逐年下降。

從進口源來看，我國乙二醇的主要進口國有印度、沙特阿拉伯、加拿大和科威特，其中沙特阿拉伯作為主要的進口來源地，其進口量可占總量的46%[6]。

3 乙二醇產(chǎn)品競爭力分析

盡管煤制乙二醇生產(chǎn)技術(shù)具有效率高、成本低、污染少等一系列優(yōu)點，但在實際生產(chǎn)過程中依然存在一些問題，2019年以后的3年內(nèi)，國內(nèi)僅有3套共180萬噸的新建乙二醇產(chǎn)能投放市場。煤制乙二醇能否順利發(fā)展，取決于其產(chǎn)品是否具有競爭力，主要體現(xiàn)在以下方面。

3.1 生產(chǎn)成本

煤制甲醇制乙二醇成本的具體計算方法為：1.74×甲醇價格+1500元/噸，2018年甲醇制乙二醇平均利潤為372元/噸，2020年以來由于乙二醇價格下跌，煤制乙二醇的利潤大幅壓縮。 從表2看出，煤制乙二醇到達華東地區(qū)的價格為4500 ～5000元/噸。隨著工藝條件的成熟與生產(chǎn)負荷的提高，成本還會下降，與石油路線相比，煤制乙二醇具有一定的成本優(yōu)勢[7]。雖然，煤制乙二醇的成本較低，但對煤質(zhì)的要求較為嚴(yán)格，且乙二醇的主要消耗區(qū)域與成產(chǎn)區(qū)域距離較遠，造成乙二醇運輸成本高[8]。

表2 煤制乙二醇項目成本分析 元/噸

3.2 產(chǎn)品質(zhì)量

目前，煤制乙二醇與乙烯制乙二醇的產(chǎn)品質(zhì)量主要是雜質(zhì)的含量，在聚合反應(yīng)過程中，是游離基不斷增長的過程，對于能夠產(chǎn)生游離基的雜質(zhì)，特別是含氧、含氮和含硫的有機化合物，必須嚴(yán)格控制其含量，如果雜質(zhì)含量高了，產(chǎn)生新的游離基會阻斷聚合鏈，產(chǎn)生一些低分子化合物，影響聚合物多方面的性能。煤制乙二醇主要指標(biāo)都能達到國家標(biāo)準(zhǔn)，但整體質(zhì)量與乙烯制乙二醇還有差距，特別是色度和紫外透光率這兩項比較重要的指標(biāo) 差距較大，這也與煤制乙二醇含有的雜質(zhì)成分有關(guān)，因此，對下游的纖維染色也造成一定影響。

4 總結(jié)

綜上所述，我國煤制乙二醇行業(yè)的發(fā)展，可利用我國相對豐富的煤炭資源，將煤炭作為基礎(chǔ)原料生產(chǎn)乙二醇可以有效緩解國內(nèi)供需矛盾，促進我國資源的合理利用。從工藝路線來看，煤制乙二醇生產(chǎn)技術(shù)具有效率高、成本低、污染少等一系列優(yōu)點，具有非常廣闊的發(fā)展?jié)摿?。但目前來說，煤制乙二醇發(fā)展的經(jīng)濟性和技術(shù)可行性仍需進一步驗證和考察，煤制乙二醇的工程應(yīng)用，一定要務(wù)求穩(wěn)定，項目方需要充分考慮煤制乙二醇在運輸、技術(shù)等方面的條件，在確定開展項目前，須充分考慮多方因素，優(yōu)化煤制乙二醇工藝技術(shù)，構(gòu)建科學(xué)合理的應(yīng)用體系，從而提高我國煤制乙二醇產(chǎn)業(yè)的國際競爭力。