年产35万吨甲醇制汽油项目建议书.docx
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年产35万吨甲醇制汽油项目建议书
年产三十五万吨甲醇制汽油项目建议书
一、总论
1、项目名称:
年产35万吨甲醇制汽油
2承办单位概况:
神华集团有限责任公司(简称神华集团)是于1995年10月经国务院批准设立的国有独资公司,中央直管国有重要骨干企业,是以煤为基础,电力、铁路、港口、航运、煤制油与煤化工为一体,产运销一条龙经营的特大型能源企业,是我国规模最大、现代化程度最高的煤炭企业和世界上最大的煤炭经销商。
主要经营国务院授权范围内的国有资产,开发煤炭等资源性产品,进行电力、热力、港口、铁路、航运、煤制油、煤化工等行业领域的投资、管理;规划、组织、协调、管理神华集团所属企业在上述行业领域内的生产经营活动。
神华集团总部设在北京。
由神华集团独家发起成立的中国神华能源股份有限公司分别在香港、上海上市。
神华集团在2014年度《财富》全球500强企业中排名第165位。
2014年,面对严峻复杂的经济环境、走势多变的市场形势,神华集团积极实施清洁能源发展战略,坚持底线思维和价值创造,自觉遵循市场规律,依靠调整结构、转型升级、创新驱动的新引擎,推动各项工作协调发展,呈现出良好的发展态势。
全年完成煤炭销售5.88亿吨,发电量3246亿度,铁路总运量4.12亿吨,港口装船量1.83亿吨,航运量1.31亿吨,各类油品化工品1255万吨,营业收入3286亿元,利润总额640亿元。
神华集团国有资本保值增值率处于行业优秀水平,企业经济贡献率连续多年居全国煤炭行业第一,年利润总额在中央直管企业中名列前茅,安全生产多年来保持世界先进水平。
3拟建地点:
内蒙古包头市
4建设内容与规模
主要建设甲醇制汽油30万吨/年,LPG5万吨/年。
5建设年限
预计建设年限为两年
6效益分析
2.2857吨甲醇×2400元/吨=5485.68元
0.8吨汽油×7500元/吨=6000元
0.2吨液化石油气×5000元/吨=1000元
(1)产品收入-原料成本=产值
7000元-5485.68元=1514.32元
(2)每吨甲醇的加工产值:
1514.32元÷2.2857吨=662.52元
(3)生产装置消耗甲醇每天所得加工产值
1万吨÷300天=33.3吨/天
33.3吨/天×662.52元/吨=22061.92元/天
年加工产值661.8575万元。
月加工产值55.15万元。
生产装置扩大照此类推,但无含设备折旧,开工费用等。
二、项目建设的必要性和条件;
1、建设的必要性分析
中国甲醇行业自21世纪走上快速发展的轨道,相关数据显示,1995-2005年,我国甲醇产能年均增长率15%左右,2006年生产能力突破1000万吨,2008年达2300万吨以上,2010年突破3000万吨,一举成为全球最大的甲醇生产和消费大国。
2006-2007年年均增速50%;2010年至今虽然产能增速有所放缓,然2010年产能增长率拉高至38%.2013年,我国甲醇产能在5590万吨;截至2014年底,我国甲醇产能6934.5万吨,涉及失效产能74万吨,合计2014年有效产能为6860.5万吨;其中烯烃配套甲醇装置年产能1342万吨,约占全国甲醇总产能的20%.
产量方面:
中国甲醇产量2014年依然维持增加态势,据统计局数据显示,2014年1-12月份我国精醇产量在3741万吨;若以每月产量累加计算,2014年我国甲醇产量约3676万吨,同比2013年增长率28.44%.
而从甲醇的消耗量上来看,2012年全国甲醇产能达到5149.1万吨,表观消费量3622万吨,产能过剩严重。
仅就2012年来看,我国甲醇装置的开工率仅为64%。
另一方面,我国原油依存度近年来呈现持续增长趋势。
从2005年至2009年,我国的石油对外依存度依次为42.9%、47%、50.5%、51.3%、53%,年增加2个百分点左右。
2014年我国原油对外依存度更是达到了59.6%,相关部门预测,2015年,我国的原油对外依存度更将首次突破60%,其中70%的原油被用于燃料燃烧。
从这两方面来看,建设甲醇制乙烯项目,不仅能缓解国能甲醇产生过剩的紧张局面,扩产甲醇生产线下游的范围,同时能够减少原油消耗量,减少原油对外依存度,不仅具有经济意义,同时具有战略意义。
MTG技术与甲醇制烯烃技术、甲醇制丙烯技术相比,在反应器技术、油品后处理技术及油品品质等方面都有一定的优势。
特别是MTG技术的产品汽油,不含S、N,经简单处理可以直接使用。
总之,从能源需求、工艺发展、技术优势、甲醇过剩等方面分析,发展MTG技术是十分必要的,是符合中国国情的重要措施。
2、建设条件分析
拟将厂址选定在内蒙古自治区包头市,不仅因为内蒙古自治区甲醇年产量居全国首位,而且包头市作为内蒙古自治区最发达城市,其交通便利,铁路公路四通八达,便于原料和产品的运输。
就公路而言,京藏高速、京新高速、包茂高速公路、110国道、210国道等重要线路在包头市交汇。
铁路方面,包头为中国重要的交通枢纽,京包铁路,包兰铁路,包西铁路,包环铁路、包满铁路、包神铁路、甘泉铁路等在此交汇。
3、资源条件评价
就本地资源而言,位于包头市的神华集团,拥有年产量180万吨的煤制甲醇项目,2014年和2015年间,鄂尔多斯市也相继有年常量为90万吨和40万吨的煤制甲醇项目投产,所以,在来源方面,包头有得天独厚的条件,技能保证原料来源充分,有可以尽量原料运输成本。
在水资源方面,黄河流经包头境内214公里,年平均径流量为260亿立方米,是包头地区工农业生产和人民生活的主要水源。
此外,艾不盖河、哈德门沟、昆都仑河、五当沟、水涧沟、美岱沟等河流,水流量可观,也是可以利用的重要水资源。
包头可利用地表水总量为0.9亿立方米(不包括黄河过境水)。
地下水补给量为8.6亿立方米。
从50年代起,包头就开始了大规模的水资源开发,先后修建了黄河水源地多处,以及奥陶窑子、团结渠、民生渠、磴口扬水站(东河区一村庄,不同于巴彦淖尔市磴口县)、画匠营水源地等较大的黄河提水工程,先后构筑了昆都仑、刘宝窑、水涧沟等中小型水库,进行了大规模的水资源开发。
包头地区的生活、工业及农业用水设施已经能够满足本地区经济社会发展的需要。
三、建设规模与产品方案
1.建设规模与产品方案
预计建成之后,每年生产汽油35万吨,产液化气6.2万吨。
四、工艺技术方案
4.1.1固定床工艺
MTG固定床工艺流程如下图4.1所示。
粗甲醇经预热、蒸发、过热器加热到气化温度后进入第一反应器,用Cu/Al2O3催化剂进行甲醇脱水生成二甲醚。
从第一反应器出来的为反应的甲醇、二甲醚、水,与来自产品分离塔的循环气混合后,进入第二反应器通过ZSM-5沸石催化剂转化为烃。
并联设置四台反应器,其中三台运转,一台再生催化剂。
低沸点组分进行循环,以增加汽油的收率和控制温度上升。
循环气进入脱水反应器的气体摩尔比是7~9。
离开转化反应器的产物通过热交换器进行冷却以产生蒸汽,然后在分离塔中分离为液态烃、气态烃和水。
当反应产物中测定出未反应的甲醇时,用空气与氮的混合气燃烧除去催化剂表面的焦炭,使之再生。
据Mobil公司介绍,催化剂容易再生恢复原来的活性。
生成物中C1和C2极少,复产少量的C3和C4,80%左右是汽油。
产物中的丙烯和丁烯用异丁烷烷基化后,最终的汽油收率增加到85%(质量分数)。
由于汽油馏分中支链脂肪族烃和烷基芳烃较多,研究纯汽油的辛烷值高达93。
4.1.2流化床工艺
MTG流化床工艺流程如下图4.2所示。
主要装置有流化床反应器、再生塔和外冷却器。
反应器包括一个密相段,其下部为稀相提升管。
原料甲醇和水按一定比例配料进行气化,加热到177℃后进入流化床反应器。
反应生成的粗气中除去夹带的催化剂后进行冷却,分离为水、稳定的汽油和轻组分。
流化床中的反应是激剧的放热反应,可用下列方法移热:
一种方法除去反应热:
一是高温催化剂在返回反应器之前,通过外部冷却器进行冷却;
二是利用内部热交换器,在反应中直接从流化床移去热量。
无论采用哪种方法,为了控
制催化剂表面焦炭,将一部分催化剂循环至再生塔。
流化床工艺操作条件和产品收率见后表,表中说明了汽油收率和辛烷值都比固定床法高。
MTG法流化床工艺具有下述特点:
油收率比固定床法高;
②操作中不仅易于移去反应热,而且可将反应热用来生产高压蒸气。
③循环操作的目的在于转化,而不是用来移走热量,故循环量比固定床大大降低。
MTG流化床法每生产1kJ汽油约需2.5kg甲醇。
4.1.3列管式固定床
MTG列管式反应器是由鲁齐公司根据与莫比尔公司签订的协作合同开发的,它与MTG固定床法不同,该法是在一台反应器中将甲醇转化为烃。
MTG列管式固定床的工艺流程如下图4.3所示。
粗甲醇在甲醇合成系统降压至151.95KPa左右从中脱除大部分溶解的气体(将惰性组分特别是CO2全部除去)。
净化后的粗甲醇和循环气与反应器出来的气体进行热交换,将温度调整到所需要的反应温度。
气体与甲醇的混合物从上部进入列管式反应器,通过管内装填的催化剂催化转化为烃。
反应热由反应器壳程循环的熔融盐带入蒸汽发生器中产生高压蒸汽。
从反应出来的生成物通过热交换器冷却至常温。
液态烃与水合循环气分离后,循环气由压缩机循环回转化工序。
为避免惰性组分的积累,需排放少量循环气。
用氮和空气的混合气燃烧除去催化剂表面积炭使之再生。
从分离器出来的烃进入稳定塔。
对塔上部的产物进行适当蒸馏将C4以下烃和惰性组分分离。
塔低产物的组分为C4以上烃。
将塔上部产物送入甲醇合成装置作为工艺气火燃烧气使用或在C2~C4回收塔作为C3~C4烃回收使用。
4.2.1MTG工艺特点
①强放热反应。
汽油是沸点在一定范围内的烃类混合物,将甲醇转化为烃类和水是强放热反应。
甲醇转化为烃类总反应热为1400kJ/kg,绝热温升可达600℃,大大超过甲醇分解成CO和H2的温度。
采用固定床反应器必须采用多段式,通常采用两段反应器,在第一段反应器中,甲醇脱水生成二甲醚,在第二段反应器中ZSM-5型沸石催化剂上转化成烃类。
②要求甲醇完全转化。
MTG法的产物主要的是烃类和水,未转化的甲醇必须容于水相,如果转化不完全,就需要设置回收甲醇的蒸馏装置。
③催化剂失活。
催化剂的失活首先是由结焦造成的,这种可逆性失活是催化过程设计中常见的问题。
但是,反应产物水蒸气也会使催化剂的活性丧失。
因此,必须采用低温和低压防止催化剂失活,使催化剂有较长的寿命。
采用轻烃再循环有利于降低水的分压。
逐层老化是指装有新鲜催化剂的绝热式固定床反应器,在床层上部催化剂首先积炭而失活,并逐渐下移。
这就是说有较高的催化剂层,就有较长的运转周期。
④生成均四甲基苯。
均四甲基苯具有良好的辛烷值掺和性质,它在汽油馏分范围内沸腾(197℃),凝固点比较高(97℃)。
直接从ZSM-5固定床反应器得到的汽油中均四甲基苯质量分数达到4%~7%。
这样的含量会导致在汽车发动时有固体积聚在气化器中。
均四甲基苯是由相对分子质量较低的芳烃被甲醇或二甲醚的烃化反应所生成,在低甲醇分压和高反应温度时可降低它的含量,所以要求减少甲醇或二甲醚和所生成的芳烃相接处。
4.2.2工艺方案的选定
在固定床反应器内调节绝热温升最常用的方法试用气体稀释反应物浓度、提高气体流量、带走反应热。
比较适宜的是用反应物中的轻烃再循环。
但是,如果反应强烈放热,循环费用则很大,因此如何减少循环比将是需要研究的重点。
采用多段绝热段间间接换热或冷激换热式反应器,可以减少循环气量,但是床内逐层老化是采用多段固定床的开发工作复杂化。
如果采用段间进料,其缺点是甲醇和芳烃相混,使均四甲基苯的生成量增加。
采用固定床工艺时,比较理想的是如图4-6所示的两步反应:
第一步甲醇脱水生成二甲醚,形成甲醇、水和二甲醚的混合物;第二步是脱水反应后的混合物在ZSM-5催化作用下生成烃。
第一步反应释放的热量是总反应的15%~20%。
循环气和脱水后气体的摩尔比为9:
1,这不仅有利于吸收余下的80%~85%的反应热,而且能保证水的分压较低以延长催化剂的寿命。
经过167h试验的结果列于下表。
由于进行循环试验,所以C3~C4烷烃减少,烯烃增加C5+以上的非芳香烃也显著增加,而芳烃则完全保持恒定。
由于异丁烷和C3~C3烯烃可能产生烷基化反应,所以对最终汽油产品来说,也就是雷特蒸汽压(RVP)为94.2~96.2的汽油选择性总计为75.9%~88.4%。
这说明在每一周开始时,床层高度只利用1/3,随着催化剂失活,反应区逐渐下移到床层下部,再由甲醇或二甲醚排出时表示床层需要再生。
每一周期可维持约30天。
在整个周期内选择性有变化,汽油收率在所得烃类中平均占85%。
流化床反应器不仅可以有效地移去反应热,易于控制温度,而且可以利用反应热产生高压蒸汽。
流化床可以在床内安装盘管直接从流化床移去热量,亦可以是催化剂通过冷却器移去热量,循环返回反应器。
反应热用于发生高压蒸汽,这样,有效地回收了热能。
流化床和绝热固定床相比较,C5+汽油收率较低,但是轻烯烃的收率高得多。
这些烯烃可以进一步烃化成丁烷或调整辛烷值的烃类。
流化床的主要难点是要保证甲醇完全转化,须对内部构件进行复杂的流体力学研究,另一个缺点是催化剂的磨损和收回困难。
关于列管式反应器的研究,由于MTG法的反应温度约400℃,采用融盐冷却难以保证均匀分布,并且单位反应器体积装载催化剂量少,再生周期的高温在机械上亦有不少困难。
通过文献综述中三种常见工艺(固定床工艺、流化床工艺和列管式固定床)的比较,固定床工艺已经在大型的工厂得到了广泛的应用并取得了很好的效果。
该工艺经过长时间的运用不断的改进和优化,在甲醇制汽油中应用此法较多,可操作性很强。
五、经济潜力分析与社会效益
目前,中国甲醇产能严重过剩,甲醇主要下游产品对甲醇需求不足,预计甲醇价格低位运行将成为未来较长时期内的市场现状,以甲醇成本1700元/t计算,生产每吨汽油原料外的成本费用(包括折旧和摊销费用)600元计算,根据美孚公司提供的数据(每100t甲醇可生产汽油37.76t,液化石油气4.89t,燃料气1.27t,火炬气0.04t),可以得到汽油成本为5102元/t。
中国汽油价格受国际原油价格的影响,长期处于高位,未来3年内预测的90号汽油的年平均批发价格将为6800~7300元/t,93号汽油的年平均批发价格将为7350~7850元/t。
由此可见,用市场价格的甲醇通过MTG工艺生产汽油的成本与93号汽油批发价格相比,可见MTG利润空间比较稳定。
如果甲醇是自备生产装置,甲醇价格以成本计算,则利润空间将进一步扩大。
由于石油资源的不可再生性,随着国际油价的回升,MTG项目的经济性将进一步加强。
MTG技术具有优良的产品组合(高品质汽油和LPG),灵活的装置规模和较小的投资金额,但此项目的可实施性取决于原料甲醇和产品汽油的价格;
MTG工艺丰富了煤制油路线。
由于MTG技术相对简单,MTG有可能成为甲醇的后继产业链,实现由煤到甲醇,再到油品的路线,为当前中国煤制油工业提供了一个与煤炭直接液化和费-托合成平行的可供选择的技术路线,具有非常广阔的发展前景。
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