合成气制乙二醇: 降低成本是关键,制定标准是基石

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合成气制乙二醇: 降低成本是关键,制定标准是基石

发布时间:2016-07-26         媒体名称:中国化工信息

本文转载自《中国化工信息》2016年第14期

作者王宏涛博士,惠生工程技术发展中心研发工程师


中国是全球最大的乙二醇消费市场,市场容量巨大。但国内乙二醇产量还远不能满足国内市场的需求,需要长期依靠进口。近年国内合成气制乙二醇发展迅速,产品正在逐渐被下游市场接受,可在一定程度上填补国内市场空间。预计未来几年国内合成气制乙二醇的规模仍将进一步扩大,合成气制乙二醇将在中国乙二醇市场扮演重要的角色。如何进一步降低合成气制乙二醇的完全成本,制定合成气制乙二醇的产品行业标准成为目前行业面临的主要问题。
 

全球市场供需分布不平衡,中国乙二醇市场需求旺盛

 

在全球范围内,乙二醇作为一种重要的化工产品,主要用于生产聚酯(包括聚酯纤维、瓶片和薄膜)、用做防冻液和生产不饱和聚酯树脂等。其中,生产聚酯是乙二醇最主要的应用方向。据统计,全球每年用于生产聚酯的乙二醇消费量约占全球乙二醇总消费量的85%以上。
 

全球乙二醇市场基本呈现供过于求的状态,但生产与消费地区间不平衡。中东、东北亚和北美地区是全球乙二醇的主要的供给地区,供给量的总和占全球总供给量的84%左右。东北亚地区是全球最大的乙二醇消费地区,消费量占全球的60%左右。其中,中国作为全球最大的乙二醇消费国,2015年度乙二醇消费量达到了1275万吨,约占全球消费总量的一半。
 

但截止2015年底中国国内乙二醇总产能为745万吨,2015年度的产量仅为400万吨,年度进口量达到875万吨,市场缺口巨大,自给率长期维持在30%左右。因此,中国乙二醇不得不依靠进口。据亚化咨询在第七届煤制乙二醇技术经济研讨会上公布的测算数据显示,到2020年中国乙二醇的消费量将达到1700万吨左右,届时国内乙二醇的产能也将翻番,但国内乙二醇的产量还无法满足市场的消费需求,市场需求依旧旺盛。
 

两条主流生产路线,合成气法逐步获得认可
 

目前,全球乙二醇的生产路线主要有两条,即乙烯环氧乙烷路线和合成气草酸酯路线。乙烯环氧乙烷路线通过乙烯氧化和环氧乙烷水合的方式生产乙二醇,为全球主要生产企业普遍采用的乙二醇生产工艺。合成气草酸酯路线以一氧化碳和氢气为主要原料,通过羰基合成草酸酯和草酸酯加氢的方式生产乙二醇的流程如图所示,目前该工艺技术已在国内得到工业化应用。

 

合成气制乙二醇工艺流程简图

合成气法生产乙二醇最早是由美国联合石油公司D.M.Fenton于1966年提出的工艺路线。19世纪80年代,由中科院福建物构所和天津大学率先在国内开展相关技术的研发工作。经过二十多年的开发,全球首套合成气法乙二醇工业装置于2009年投产。此后几年,随着煤化工产业向下游精细化发展,合成气法乙二醇装置如雨后春笋般纷纷上马,产能迅速增长。截止2015年底,合成气法乙二醇装置已形成产能187万吨,约占我国乙二醇总产能的1/4。
 

经过近几年的发展,合成气法乙二醇的工艺流程已较为成熟,核心催化剂得到工业装置的检验,工艺流程及能量消耗已得到优化与集成,合成气法乙二醇产品也已成功地应用于聚酯的生产。采用合成气法生产乙二醇正在逐渐获得行业内的认可。
 

原料来源不拘一格,商业化应用空间大
 

我国丰富的煤炭资源储量为合成气法乙二醇技术的推广实施奠定了良好的原料基础,同时大量的廉价工业尾气(电石炉尾气、黄磷尾气、焦炉尾气等)进一步丰富了该工艺技术的原料来源。得益于国内巨大的乙二醇市场空间、廉价易得的原料和合成气法乙二醇丰厚投资回报,近年大量的合成气制乙二醇项目在国内进行规划建设。
 

合成气制乙二醇技术不仅可以应用于煤制乙二醇生产,还可以有效实现工业尾气的商业化利用。2015年,惠生工程以EPC方式承建的贵州鑫新化工(集团)有限公司黄磷尾气制7万吨/年草酸、1万吨/年乙二醇项目,就是采用了惠生工程、鑫新集团与天津大学共同享有完全自主知识产权的天津大学合成气制乙二醇成套技术,以黄磷尾气净化、分离后获得的一氧化碳和氢气为原料,生产高附加值的乙二醇等化工产品。
 

天津大学合成气制乙二醇成套技术,采用CO气相法偶联合成草酸酯和草酸酯加氢制乙二醇。自2011年,惠生工程就同天津大学展开合成气制乙二醇工程化的合作,由天津大学编制工业装置基础工艺包,惠生工程承担基础设计和详细设计,共同进行合成气制乙二醇工艺包的优化、转化及工程设计工作。经转化、优化后的合成气制乙二醇成套技术工艺包能够实现单系列30万吨/年乙二醇规模,降低乙二醇主装置投资10%。同时,高效的热泵精馏专利技术的应用在保证乙二醇产品高优等品率的基础上,进一步降低装置的综合能耗。
 

低油价冲击,机遇与挑战并存
 

正当国内合成气制乙二醇装置如火如荼地规划建设中,国际原油价格自高位的100美元/桶以上急剧下挫,一度跌破30美元/桶大关,至目前的50美元/桶左右。国内能源化工原料及大宗化学品的价格大幅下跌,乙二醇的市场价格从2014年上半年约7500元/吨跌落至目前5000元/吨左右。但得益于国内巨大的市场空间,同其它大宗化学品相比,乙二醇抗油价下跌的风险能力依旧强劲,加之原材料和能源动力的低价优势,在目前的环境下,在国内投资建设合成气制乙二醇装置依然存在一定的利润空间。
 

放眼全球,由于中东地区的乙二醇大多是采用石油伴生气裂解的乙烯生产,其完全生产成本较国内采用石脑油裂解获得乙烯的技术路线有较大优势。但合成气制乙二醇的推广应用在某种程度上会降低国内市场对海外乙二醇的依赖程度,同时对于保障国家能源安全具有积极意义。
 

在当前的背景下,如何进一步地降低合成气制乙二醇的完全成本、如何使合成气制乙二醇产品完全应用于聚酯生产成为业内最为关注的焦点。扩大单套乙二醇装置规模、减少物耗能耗是降低投资成本的有效途径,其核心在于关键催化剂性能的提升及工艺集成优化,例如天津大学经过长期的研究积累所开发的羰基化和加氢催化剂允许在较高亚硝酸甲酯(MN)和草酸二甲酯(DMO)浓度的条件下反应,在达到了较高的反应活性的同时,降低了循环气的流量,同等条件下单台反应器的加工能力可扩大10%~15%,有效地降低单套装置的投资,减少操作成本。同时惠生工程同天津大学合作开展的乙二醇工艺的集成和优化,在确保装置长周期稳定运行的基础上,进一步提升了能量利用效率,大大地节省了生产乙二醇的运行成本。
 

尽管合成气制乙二醇已经部分用于聚酯生产,但目前并没有针对合成气法生产的乙二醇制定相关标准,而现行的乙烯法乙二醇的国家标准并不能完全反映乙二醇产品品质的优劣,合成气生产的乙二醇中所含有的微量杂质是如何对聚酯产品的品质造成影响的研究也并不深入,相关研究正成为各方关注的焦点。         
          

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