梁 濤

（國家能源集團寧夏煤業(yè)有限責任公司烯烴一分公司，寧夏 銀川 750001）

引言

烯烴本身就是一種重要的化學原材料，同時這種原材料也是石油化工行業(yè)生產(chǎn)加工的核心產(chǎn)品，烯烴在化工行業(yè)具有石化工業(yè)之母的美譽。而當前，在全球石油價格跌漲起伏較大的背景條件下，乙烯的產(chǎn)量是衡量一個國家石油化工行業(yè)發(fā)展水平的重要標桿，同時，一個國家對于乙烯的生產(chǎn)能力也能夠體現(xiàn)出國家的整體經(jīng)濟實力。

1 國內(nèi)外煤化工制取烯烴產(chǎn)品的發(fā)展現(xiàn)狀

在20世紀60年代之初，美國作為世界第一大國的乙烯年產(chǎn)量就已經(jīng)高達200多萬t，經(jīng)過10年之后，美國的乙烯年產(chǎn)量劇增到了2 000萬t，而同年，我國的乙烯年產(chǎn)量僅僅60 000 t。由此可見，在20世紀，我國與西方發(fā)達國家之間經(jīng)濟整體實力以及石油化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平之間的差距。直到20世紀80年代后，我國才逐漸建立起了30萬t的乙烯項目，這也預示著我國乙烯化工行業(yè)進入了新的發(fā)展時代。我國傳統(tǒng)的烯烴產(chǎn)品主要是通過石油裂解生產(chǎn)的方式制取出其中的乙烯和丙烯，但是這種裂解生產(chǎn)的方式過分依賴于對石油資源的獲取。直到20世紀90年代，我國已經(jīng)成為了石油凈進口國，在此之后，每年對于石油資源的需求量不斷增加，到2007年時，我國每年對于石油資源的需求量已經(jīng)高達16 000萬t，而國內(nèi)的石油資源完全無法實現(xiàn)有效供給，同年，我國對于進口石油的依賴程度已經(jīng)高達47.2%。而在近十年的發(fā)展階段中，我國每年對于石油原料的需求量也在持續(xù)上升，這也導致我國的石油缺口量逐年增加，使得我國在發(fā)展的過程中不得不面臨著能源安全供應的問題，這一問題也制約了國民經(jīng)濟的良性循環(huán)，成為了威脅社會可持續(xù)發(fā)展的重要因素。因此，研究如何從煤化工中制取乙烯和丙烯的技術成為了解決石油困境的重要途徑。

1.1 國外煤化工制取烯烴產(chǎn)品的發(fā)展現(xiàn)狀

通過甲醇制取乙烯（見圖1），這種工藝最早美孚石油公司提出的，這一想法一經(jīng)提出就在世界范圍內(nèi)引起了一陣熱潮，有大量的業(yè)界人士開始注重對甲醇制取乙烯工藝技術的投入和研究，這也在很大程度上推動了甲醇制取乙烯技術的工業(yè)化發(fā)展。在20世紀90年代，美國與挪威的石油公司合作開發(fā)出了甲醇制取乙烯的工藝，該工藝技術被稱為MTO技術，這項技術主要是以甲醇作為原材料，通過甲醇的裂解得到乙烯和丙烯為主的烯烴類產(chǎn)品。而在制作的過程中，根據(jù)甲醇原材料的差異性，可以分為天然氣制取和煤化工制取這兩種路線，這項技術中可以將低價的C6～C8重質的烯烴轉化為丙烯和乙烯。而通過甲醇制取丙烯這一想法，是由魯奇公司在2002年正式提出的，該公司在當年建立起了一套MTP裝置，該裝置通過反應器的運行，能夠實現(xiàn)在甲醇中制取丙烯的功能[1]。

1.2 國內(nèi)煤化工制取烯烴產(chǎn)品的發(fā)展現(xiàn)狀

我國大連化物所是最早開始研究制取烯烴產(chǎn)品煤化工工藝的研究所。在研究的過程中發(fā)現(xiàn)，甲醇轉化成西汀產(chǎn)品的核心技術，其實就是催化劑的成分和應用性能，催化劑的化學性質和物理性能決定著甲醇制取乙烯工藝技術的發(fā)展和應用。因此，我國大連化物所開始探索新型的小孔分子篩催化劑，而這種新型小孔分子篩催化劑的應用，也是實現(xiàn)甲醇制取乙烯產(chǎn)品技術上的關鍵突破點，同時也是甲醇制取乙烯技術在未來很長一段時間內(nèi)的研究方向。我國的大連化學物理研究所從20世紀80年代之初就已經(jīng)開始研究甲醇制取低碳烯烴產(chǎn)品的新工藝，再后來又相繼開發(fā)了兩代創(chuàng)新型的甲醇制取低碳烯烴產(chǎn)品的技術，并且在1985年時正式通過了中國科學院組織在制取工藝方面的技術鑒定。直到20世紀90年代，我國的大連化學物理研究所又在全球首次創(chuàng)新了合成氣通過二甲醚制取低碳烯烴的新工藝方法。

合成氣通過二甲醚制取低碳烯烴工藝方法的應用具有以下幾個特征。首先，在應用過程中，主要由合成氣體制作二甲醚產(chǎn)品，這就打破了傳統(tǒng)合成氣體制作甲醇流程體系對于溫度的要求，同時，通過合成氣體直接制作二甲醚，還能夠有效地提升一氧化碳的轉化效率，在實驗中，一氧化碳的轉化率高達90%以上。這種合成器，經(jīng)由甲醇制成低碳烯烴產(chǎn)品，相比于傳統(tǒng)的烯烴產(chǎn)品制作工藝來說能夠節(jié)省5%~8%的成本投入，同時，在操作的過程中還節(jié)省了大量的操作費用。該工藝在運用過程中主要運用了小孔磷硅鋁（SAPO-34）作為分子篩催化劑，SAPO-34分子篩合成催化劑原材料成本較為低廉，而這種成本較低的催化劑對于流化床工藝的持續(xù)發(fā)展具有重大意義。

該實驗的第二階段采用的主要是硫化反應器，該反應器能夠在實驗過程中快速導出熱量，并且能夠實現(xiàn)反應氣體再生的連續(xù)操作，從而有效地降低了反應器運行過程中對于資源的消耗率[2]。合成氣經(jīng)由二甲醚制取低碳烯烴產(chǎn)品的新工藝方法在應用的過程中具有較強的靈活性，該工藝方法中包含的兩段化學反應工藝，不僅能夠將合成氣制作二甲醚以及烯烴類產(chǎn)品的制取聯(lián)合為一個整體，同時，這兩個反應階段還可以獨立存在。需要注意的是，該新工藝中所應用的SAPO-34分子篩催化劑（見圖2）可以直接用于制作甲醇制取烯烴的化學流程中。

之后，我國大連化學物理研究所又研制出了一款我國獨有的，并且成本，價格更為低廉的新一代微球小孔磷硅鋁分子篩型催化劑（DO123），該烯烴產(chǎn)品制取過程中的催化劑以及其活性分子SAPO-34分子篩，都已經(jīng)在國內(nèi)進行了大規(guī)模的烯烴產(chǎn)品制取實驗。并且在接下來幾年的發(fā)展過程中取得了突破性的進展，直到2010年，該工藝在包頭建設的工業(yè)化煤制烯烴產(chǎn)品項目中正式投入使用。除此之外，中國化學工程集團公司聯(lián)合清華大學以及安徽淮化集團有限公司還有合作開發(fā)了甲醇制備丙烯產(chǎn)品的萬噸級工業(yè)實驗裝置，該實驗裝置在2009年12月份正式投入使用并且取得了成功。這項實驗裝置的投入和應用，也為我國日后煤制烯烴品化工工藝產(chǎn)業(yè)化發(fā)展奠定了基礎，這項實驗裝置的成功應用，也是我國化學工藝發(fā)展歷程中的重大突破[3]。

2 我國發(fā)展煤制烯烴的外部條件

2.1 工業(yè)布局

我國國土廣袤，煤礦資源蘊含豐富。但是我國許多煤礦資源豐富的地區(qū)地處偏遠，距離經(jīng)濟發(fā)達的區(qū)域路程遙遠。除此之外，通過對國家礦藏資源進行分析發(fā)現(xiàn)，我國煤礦資源豐富的地區(qū)普遍缺水，而在水資源豐富的地區(qū)煤礦資源不夠充足。因此，想要實現(xiàn)煤化工智取烯烴的工業(yè)化發(fā)展模式，就必須要針對資源的分布狀況進行合理布局。應該盡量選擇煤礦資源豐富、水資源相對充足，并且交通便利的地區(qū)作為發(fā)展煤化工制取烯烴工業(yè)的首選區(qū)域[4]。

2.2 煤化工制取烯烴工藝的能源利用效率

煤化工制取烯烴工藝的首要條件是要確保充足的煤炭資源，我國煤炭資源蘊含豐富，但是，由于近年來市場中對于煤炭資源的需求量不斷增多，一些淺層的煤炭資源已經(jīng)被挖掘殆盡?，F(xiàn)有的大多數(shù)煤炭資源儲藏區(qū)域較深，而能夠看測到的深度煤炭資源儲量卻較小。相比于其他煤炭資源大國來說，我國存在煤炭資源供給不足，并且資源利用轉化效率較低的問題。而想要推動我國煤化工制取烯烴工藝的規(guī)?；l(fā)展，就必須要確保煤炭資源的充足供應。因此，我國在未來的發(fā)展過程中，必須要進一步加大煤炭資源地質勘查的力度，并且研究更加先進的煤炭資源開采技術和設備，進一步地提升煤炭資源的供給量以及利用轉化效率[5]。

2.3 煤化工制取烯烴工藝發(fā)展面臨的環(huán)境壓力

煤化工產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)和發(fā)展不可避免地會產(chǎn)生較多的污染物質，而傳統(tǒng)的煤化工加工行業(yè)中，對于高污染物質硫以及酸類化學物質的排放，當前已經(jīng)得到了有效地控制。除此之外，我國近年來也在不斷研究關于工業(yè)廢渣的綜合利用，并且取得了相當?shù)膽贸尚6]。但是水資源的匱乏是煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中最為關鍵的制約因素，盡管我國已經(jīng)有許多大型煤化工工廠采用了先進的化工設備以及化工技術，在加工過程中，水資源的利用效率得到了持續(xù)的提升，但是煤化工行業(yè)還是會消耗大量的水資源，因此，某些水資源匱乏的地區(qū)不適應于大規(guī)模的發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)。除此之外，化石工業(yè)的生產(chǎn)以及發(fā)展中不可避免地會應用到煤炭資源，不管是將煤炭資源作為燃燒材料，或是采用煤化工技術轉化烯烴產(chǎn)品，都不可避免地會產(chǎn)生大量的二氧化碳，而二氧化碳是引發(fā)溫室效應的罪魁禍首。因此，在我國煤化工行業(yè)的發(fā)展過程中對于溫室氣體的控制也應該引起重視[7]。

3 我國煤制烯烴工藝的未來發(fā)展方向

為了解決煤制烯烴工藝發(fā)展過程中伴隨的污染問題，必須加快研究開發(fā)煤炭清潔能源自有技術。近年來，我國甲醇產(chǎn)品的生產(chǎn)能力持續(xù)提升，市場中甚至已經(jīng)出現(xiàn)了甲醇產(chǎn)品過剩的現(xiàn)象[8]。因此，我國應該加快推動甲醇制取烯烴的規(guī)?；l(fā)展，通過甲醇產(chǎn)品的深加工將甲醇產(chǎn)能過剩的優(yōu)勢利用起來，同時，也能夠為甲醇產(chǎn)業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展提供動力。而煤制烯烴工業(yè)的規(guī)模化發(fā)展，有賴于技術水平的支持、資金成本的支持以及人才設備的支持，這項技術的應用對于工業(yè)企業(yè)的綜合實力要求較為嚴格。但是這項技術的應用受到了水資源以及消費市場距較遠的限制，產(chǎn)品的運輸成本相對較高。因此，想要確保煤制烯烴的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展以及規(guī)模化發(fā)展，必須要有國家資金政策的支持，通過建立一體化的煤制烯烴工藝流程，推動我國煤制烯烴工業(yè)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展[9]。

4 結語

煤制烯烴的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展能夠有效地降低國家制取烯烴產(chǎn)品對于石油資源的依賴和消耗，有效地提升國家能源的安全性。因此，煤制烯烴工藝將會成為未來煤化工行業(yè)發(fā)展的主要方向。