甲醇制烯烃及页岩气革命对乙烯工业的影响

综　述

乙烯工业　２０１４，２６（１）　１１～１４

甲醇制烯烃及页岩气革命对乙烯工业的影响

钟志技

（中国石油化工股份有限公司广州分公司，广东广州５１０７００）

　　摘　要：论述了甲醇制烯烃技术路线及其与典型石脑油热裂解制乙烯工艺和成本的比较，国内主要商业化甲醇制烯烃装置，并进一步论证了快速发展的甲醇制烯烃技术对现有乙烯工业的影响；论述了页岩气的储量及近１０年来的快速发展，说明了页岩气中的主要成分甲烷、乙烷、丙烷通过具体的技术路线生产乙烯及丙烯等低碳烯烃，进而因为成本优势影响乙烯、丙烯的市场价格。通过近６年乙烯工业中主要石化产品的价格趋势，证明了甲醇制烯烃及页岩气革命所带来的影响，并进一步指出这种影响将在未来的５年内得到加强，同时给出了乙烯装置优化的建议措施。

关键词：乙烯

ＭＴＯ／ＭＴＰ

页岩气

　　近１０年来，甲醇制烯烃工艺商业化及所谓的页岩气革命，对石油化工产品价格如乙烯、丙烯、丁二烯、苯等价格产生了极大的冲击。有理由相信，这种冲击才刚刚开始，随着煤制烯烃及页岩气的不断发展，传统的石脑油热裂解制乙烯工业将受到更大冲击，以下就此种冲击及可能的应对措施展开论述。１

甲醇制烯烃

由煤或天然气等制取合成气（ＣＯ＋Ｈ２），合成气经净化后，在催化剂催化作用下生成粗甲醇。粗甲醇经精馏后产生精甲醇。精甲醇再借助固定床催化或流化床催化作用，生产低碳烯烃（乙烯和丙烯），可以用来生产聚烯烃或者作为化工原料，该工艺过程中所用催化剂为分子筛型催化剂（ＺＳＭ－５、ＳＡＰＯ－３４）。甲醇制烯烃技术主要包括甲醇制烯烃（ＭＴＯ，ｍｅｔｈａｎｏｌｔｏｏｌｅｆｉｎ）和甲醇制丙烯（ＭＴＰ，ｍｅｔｈａｎｏｌｔｏｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）。国内商业化甲醇制烯烃主要装置见表１。

　　甲醇制烯烃（ＭＴＯ／ＭＴＰ）主要产品为乙烯、丙烯，副产品有混合碳四及混合混五。混合碳四主要成分为１－丁烯及２－丁烯。但不联产丁二烯、苯等化工产品。在高油价下（原油价格大于６０ＵＳＤ／桶），煤制烯烃的ＭＴＯ／ＭＴＰ工艺较石脑油蒸

汽热裂解工艺具有成本优势

［１］

。表２为典型石脑

油热裂解工艺与甲醇制烯烃工艺比较。

表１　国内商业化甲醇制烯烃及在建部分装置一览

企业名称

神华包头煤化工神华宁煤煤化工大唐多伦煤化工宁波禾元化学中石化中原乙烯在建装置

　中煤伊犁煤制烯烃　中石化贵州煤制烯烃　中石化河南煤制烯烃　中煤榆林煤制烯烃　甘肃华鸿煤制烯烃

６００６００６００６００６００

在建在建在建在建在建

工艺技术产能／（ｋｔ?ａ－１）是否投产ＭＴＯＭＴＰＭＴＰＭＴＯＭＴＯ

６００５００５００６００２００

是是是是是

表２　石脑油热裂解与甲醇制烯烃工艺比较

项目反应温度／℃原料价格／（元?ｔ

三烯收率，％

制冷

－１

典型石脑油热裂解工艺典型甲醇制烯烃工艺

８００～８４０

）

５５００～６０００５０～５５乙烯机、丙烯机

４５０～５００４５００～５０００１）

７８～８１２）丙烯机

　　１）：甲醇制烯烃中会生成水，按有效分子计算，１ｋｇ的甲醇仅有０．４３ｋｇ的碳氢为有用组分，其余０．５７ｋｇ生成水。本价格为折纯为有效碳氢组分的价格，即甲醇价格／０．４３。

２）：本收率为乙烯及丙烯产量除以甲醇中的有效碳氢重量。即乙烯丙烯产量／（甲醇原料量×０．４３）。

收稿日期：２０１３－０４－２２；修改稿收到日期：２０１３－１０－２５。作者简介：钟志技，男，１９９４年毕业于华东理工大学石油加工系，长期从事乙烯裂解及其衍生物工艺技术生产管理工作，高级工程师。

　?　１２?乙烯工业

３

第２６卷　

　　从表２可知：甲醇制烯烃工艺，反应温度低，耗冷量小，能耗低；原料价格便宜，烯烃收率高，在目前市场价格体系下，其吨产品成本较石脑油热裂解制烯烃低２０％。在我国煤炭资源丰富、价格低廉的地区，采用规模化生产甲醇，甲醇再制烯烃，与传统石脑油热裂解制烯烃生产工艺相比，具有较强的竞争力。随着２０１０年神华包头煤制烯烃（ＭＴＯ）商业化成功，近年来，在内蒙古、宁夏、新３４００亿ｍ。预计将分离出的乙烷及丙烷资源达９００００ｋｔ。

中国页岩气储量丰富，与美国相当。与美国不同的是，我国的页岩气开采难度更大，页岩气层深度远大于美国。２０１２年３月１６日，由国家发改委、财政部、国土资源部和国家能源局研究制定的枟页岩气发展规划（２０１１—２０１５年）枠（简称枟规划枠）在北京正式发布。这标志着我国页岩气开发疆、陕西等煤资源丰富地区煤制烯烃项目正大力发展，至２０１５年，煤制烯烃产能将达１００００ｋｔ左右。在沿海地区，民营企业通过进口甲醇原料制烯烃，也在渐渐兴起。２０１３年１月份，宁波禾元化学６００ｋｔ／ａＭＴＯ装置试车成功。所有这些新增甲醇制烯烃产能正在不断冲击已有的石脑油制烯烃产品产场。２

页岩气革命

页岩气（ｓｈａｌｅｇａｓ）是从页岩层中开采出的天然气，是一种重要的非常规天然气资源。页岩气的形成和富集有着自身独特的特点，其通常分布在盆地内厚度较大、分布广的页岩烃源岩地层中。与常规天然气相比，页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优点，大部分产气页岩分布范围广、厚度大，且普遍含气，这使得页岩气井能够长期以稳定的速率产气。在北美，其开采成本仅为常规天然气开采成本的５０％。从２０００年后，美国页岩气的开发飞速发展，年产量以４８％速率上升，至２０１２年，美国页岩气产量超过１８００亿ｍ３

，相当于美国常规天然气产量的２６．５％，称为“页岩气革命”。表３为常规天然气产量与页岩气产量及储量的相关数据。

表３　常规天然气产量与页岩气产量及储量数据

项目

数值／亿ｍ３

２０１２年全球天然气产量３４０００２０１２年美国天然气产量６８００２０１２年中国天然气产量１０００２０１２年美国页岩气产量１８００

页岩气储量　美国页岩气储量２８００００　中国页岩气储量

２６００００～３１００００　　从表３可知：页岩气储量丰富，具有极大的开采潜力，预计至２０２０年，世界页岩气产量将达

大幕正式拉开，对改善我国能源结构、维护国家能源安全意义重大。根据我国枟页岩气发展规划（２０１１—２０１５）枠，２０１５年我国将探明页岩气地质储量６０００亿ｍ３

，可采储量２０００亿ｍ３

，产量规划目标为６５亿ｍ３；预计至２０２０年，我国页岩气产量预计将达１０００亿ｍ３

。

页岩气的主要成分为含７０％～８０％（质量分数）的甲烷，另含２０％～３０％（质量分数）的乙烷及丙烷等组成。页岩气中的甲烷资源可作燃料，充裕的页岩气供应，使美国燃气价格从２００５年的９美元／ｍｍＢｔｕ，降至２０１２年的２．４美元／ｍｍＢｔｕ（大致相当于０．６元／ｍ３，远低于中国的天然气价格）。低廉的天然气价格，推进了美国燃煤发电向天然气发电的转化，也促进了天然气生产甲醇产品链的大力发展。

据美国枟世界炼油商务文摘周刊枠２０１３年３月１８日报道，全球甲醇需求在２０１０—２０１２年间快速增长２３％，２０１２年达到０．６１亿ｔ／ａ，预计２０２２年将增至１．３７亿ｔ／ａ。主要是美国页岩气产量骤增和丰富廉价的天然气使美国甲醇产能增加。甲醇又可进一步生产低碳烯烃如乙烯、丙烯等。甲醇市场供给的增加将促进甲醇制低碳烯的发展。

页岩气中的乙烷是热裂解制乙烯的优质原料，收率可过８０％，具有极佳的原料成本优势。近年来，北美页岩气的成功开发除使得天然气价格下降外，也给该地区乙烯工业带来重大发展机遇。美国乙烷和丙烷的价格，跌至近１０年来的低点。重获原料供应优势将不仅使北美生产的石化产品具有竞争力，而且为北美石化工业的发展提供了空间。在利润的驱动下，美国主要石化生产商开始投资建设新的产能，并重新开启已经闲置的生

　第２６卷钟志技．甲醇制烯烃及页岩气革命对乙烯工业的影响?１３?　　

产装置，包括重新开启已经关闭的生产装置。比如，伊士曼化工于２０１１年将其在得克萨斯州郎维钮（Ｌｏｎｇｖｉｅｗ）闲置的乙烷裂解装置（２２７ｋｔ／ａ）重新启用；陶氏化学也计划在接下来的几年内，将其墨西哥湾沿岸的乙烯裂解能力提高２０％～３０％；埃克森美孚、壳牌、康菲甚至部分印度和日本的石化公司也纷纷计划在美国兴建新的乙烯裂解工厂

［２］

。在２００８年以前，美国的乙烯生产中乙烷占

图１　２００５—２０１２

年国内苯乙烯价格走势

裂解原料结构的５０％左右，石脑油占２２％左右；到２０１２年初，乙烷占比达到６５％，石脑油占比仅为１０％。因原料成本便宜，北美新增乙烯产能将不断对石脑油热裂解制乙烯工业带来冲击，并逐步取代使用成本高昂的石脑油为原料的乙烯市场。可以预见，页岩气行业的不断发展，必将对石化行业带来更大的影响。

页岩气中的丙烷可作为丙烷脱氢工艺（ＰＤＨ工艺）的原料，生产丙烯。ＵＯＰ公司Ｏｌｅｆｌｅｘ工艺的丙烯收率可达８５％，氢气收率３．６％，乙烯收率很低，可与其他副产物一起作为丙烷脱氢装置的燃料。低成本新增丙烯产能的投产也势必影响丙烯价格市场。国内拟建的部分丙烷脱氢制丙烯工艺装置见表４。

表４　国内部分在建丙烷脱氢装置

在建丙烷脱氢

产能／（ｋｔ?ａ－１制丙烯装置）

技术专利商预计投产时间渤海石化６００Ｌｕｍｍｕｓ２０１３年杨子江石化６００ＵＯＰ２０１５年绍兴三锦石化４５０ＵＯＰ２０１３年福建美得石化６６０ＵＯＰ２０１４年烟台万华７５０ＵＯＰ２０１３年宁波海越石化

６００

Ｌｕｍｍｕｓ

２０１３年

３　影响

产品的价格与企业的利润息息相关，而产品价格的变化又与产品的技术路线、原料价格、资源量等因素有重大关联。石脑油热裂解工艺主要产品有乙烯、丙烯、氢气、甲烷、粗裂解汽、混合碳四。粗裂解汽油经加氢及抽提后可产苯、甲苯、二甲苯等芳烃，混合碳四经溶剂抽提后可产丁二烯。甲醇制低碳烯烃及页岩气的发展，对现有石脑油热裂解产品价格产生了重要的影响。图１至图４为