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1、第六篇 煤制油和煤化工第一章 概况第二节 煤制烯烃项目一、包头煤制烯烃项目神华包头煤制烯烃项目位于内蒙古自治区包头市九原工业园区内，厂区占地面积230.9012公顷，由中国神华煤制油化工有限公司负责项目的建设及生产运营。项目以神华自产煤炭为原料，通过煤气化制甲醇、甲醇转化制烯烃、烯烃聚合工艺路线生产聚烯烃产品，是世界首套煤制聚烯烃工业化示范项目，其核心装置采用中国自主知识产权甲醇制低碳烯烃工艺。项目年产180万吨甲醇中间产品，聚乙烯30万吨，聚丙烯30万吨，副产混合碳四、混合碳五及硫磺。项目于2006年12月11日获得国家发展和改革委员会核准，是国家“十一五”期间核准的唯一一个煤基甲醇制烯烃项
2、目，也是国家确定的煤制油、煤制烯烃、煤制二甲醚、煤制甲烷气和煤制乙二醇等5个现代煤化工示范工程之一。项目于2010年5月28日全面建成，2010年8月21日打通全流程、生产出合格聚乙烯和聚丙烯产品，年月日正式进入商业化运营。第二章 工艺技术开发第二节 煤制烯烃工艺技术开发一、包头煤制烯烃项目（一）主要研究内容根据我国煤炭资源相对较为丰富，且价格相对低廉的特点，采用煤经甲醇制乙烯、丙烯等低碳烯烃不仅可以减少我国对石油资源的过度依赖、而且满足国民经济持续增长的化工原料需求并实现战略储备。截至2010年7月，进行中试或万吨级甲醇制烯烃（MTO）工业示范装置只有UOPHydro公司、中国科学院大连化学
3、物理研究所、中国石油化工集团公司、清华大学等四家，且MTO技术及催化剂均处于中试阶段，并存在许多技术难题。神华包头煤制烯烃项目中催化剂和DMTO技术均由中国科学院大连化学物理研究所提供。为了使神华集团能够全面、系统地掌握MTO催化剂原粉制备和催化剂成型工艺，摆脱国内外的技术垄断，使神华拥有具有自主知识产权的甲醇制烯烃催化剂，神华集团根据自身的特点采取循序渐进、逐级放大的稳妥科研开发模式，于2007年8月正式开展“甲醇制烯烃催化剂研制”立项，利用两年半左右的时间开展甲醇制烯烃小试SAPO-34分子筛的研制工作。项目研发的基本原则是自主研发，在对国内外MTO分子筛催化剂研究开发进展详尽调研基础上，
4、建立分子筛表征及评价方法，设计催化剂微反评价装置，制订详尽的试验方案，采取分子筛制备、表征、评价工艺和试验室装置及条件建设齐头并进的科研开发模式。按文献及专利报道进行认识性探索试验，研制出催化性能优异的可以确定分子筛的配比组成的MTO催化剂，确定MTO反应的基础工艺，以为中试、工业化应用提供借鉴和部分理论支撑。主要研究内容包括：1 分子筛组成配比研究2008年7月，租用北京化工大学实验室进行甲醇制烯烃分子筛配方组成研究，通过采用物性表征和催化性能评价并举方法，研究包括模板剂、硅源、铝源、辅助模板剂种类及用量、磷源和水用量对分子筛物性及作为催化剂对MTO反应选择性的影响，确定了SAPO-34分子
5、筛的配方组成。2 分子筛合成工艺及条件研究合成工艺及条件主要包括所需物料各组分的添加顺序（合成工艺）、混合条件（混合时间和温度）、陈化（老化）条件（陈化时间和温度）、晶化条件（晶化时间和温度）、焙烧条件（焙烧时间、温度）等。在确定SAPO-34分子筛配方基本组成之后，采用相同模板剂、磷源、硅源和铝源，同样通过采用物性表征和催化性能评价并举方法，研究合成工艺及条件对分子筛物性和催化性能的影响，从而确定了甲醇制烯烃SAPO-34分子筛合成工艺及条件研究。3 金属改性研究SAPO-34分子筛具有较好的吸附性能，晶内饱和水孔体积为0.3毫升/克。同时SAPO-34分子筛具有较好的热稳定性和水热稳定性，
6、其骨架崩塌温度为1000摄氏度，在20%的水蒸气环境中，600摄氏度温度下处理仍可保持晶体结构。然而单纯SAPO-34用做甲醇制烯烃催化剂时催化效率相对较低，通常需要对SAPO-34进行适当改性。对SAPO-34催化剂的改进主要是将各种金属元素引入SAPO-34分子筛骨架上，改变分子筛酸性和孔口大小，得到小孔口径和中等强度的酸中心，而孔口变小限制了大分子的扩散，有利于小分子烯烃选择性的提高，从而提高低碳烯烃的选择性。因此，从金属种类、金属用量以及合成工艺三个方面开展对金属改性SAPO-34分子筛物性及作为催化剂对MTO反应选择性的影响的研究。4 甲醇制烯烃反应工艺条件研究将采用传统的水热晶化方
7、法制得的SAPO-34原粉，经过焙烧、成型、粉碎和筛分等工序处理后得到催化剂活性组分，利用微反评价装置研究在MTO反应过程中工艺条件（反应温度、空速）和原料组成（甲醇含水量）对烯烃（乙烯+丙烯）、乙烯选择性的影响。5 综合性研究在确定甲醇制烯烃SAPO-34分子筛基础配方、基本合成工艺及条件等之后，进行综合性研究即进行重复性试验以验证分子筛配方及制备工艺的可靠性，以为中试、工业化应用提供借鉴和部分理论支撑。6 工业原料替代试剂级原料试验研究发现采用工业用原料合成的SAPO-34分子筛在MTO反应中同样表现出良好的催化性能，体现为乙烯+丙烯产率最高达83.54%，且可以使乙烯/丙烯比控制在1左右
8、，满足神华包头煤化工公司年产乙烯、丙烯各30万吨的要求。从小试采用静止晶化釜来看，工业用原料可以合成出满足需要的分子筛。7 搅拌晶化试验实验室小试配方的研究平台采用100毫升静止晶化釜，每釜合成得到的分子筛仅约10克左右，由于样品量小无法进行后续的催化剂成型及催化剂使用所需的机械强度、抗磨性、堆积密度、颗粒尺寸分布等研究，也不利于进行未来的分子筛中试放大研究。为此，在完成甲醇制烯烃分子筛小试研制后，迅速搭建了两套搅拌5升晶化装置，通过研究搅拌速度、升温速度等对分子筛物性和催化性能影响，合成出纯净的SAPO-34分子筛。（二）研究成果截至2009年12月，煤制烯烃工艺技术开发过程中共申请专利8项
9、：序号名称申请日申请号法律状态1一种SAPO-34分子筛的制备方法2009-1-6200910076512.5实审2一种SAPO分子筛的合成方法2009-4-22200910082914.6实审3一种利用SAPO-34分子筛的晶化残液制备SAPO-34分子筛的方法2009-4-22200910082915.0实审4一种SAPO-34分子筛的合成方法2009-4-22200910082919.9实审5一种SAPO-34分子筛的制备方法2009-4-22200910082918.4实审6一种金属改性SAPO-34分子筛和含有该分子筛的催化剂的制备方法2009-4-22200910082917.X实
10、审7一种硅铝磷酸盐分子筛SAPO-34及其制备方法2009-6-25200910087906.0实审8一种由含氧化合物制备低碳烯烃的方法2009-6-25200910087908.X实审2010年3月9日，集团公司在北京组织召开了“甲醇制烯烃催化剂的研制”项目验收会。验收专家组认真听取了项目组的汇报，审查了相关技术文件和材料，经专家质询、项目组答辩和充分讨论，形成如下验收意见：项目提交的技术资料齐全，数据可信。按照计划任务书和责任书的规定，完成了相关研究内容，技术指标达到要求，符合项目验收的要求。通过SAPO-34分子筛的组成、合成工艺及条件研究，得到了具有自身特色的分子筛配比组成和合成工艺，
11、申请了8项专利。小试合成的样品经XRD、电镜等测试证明为SAPO-34分子筛，其粒径220m,比表面积490平方米/克，经在微反装置上评价，在反应温度不高于550摄氏度，压力为00.2兆帕，质量空速为110h-1条件下，甲醇转化率99wt%，乙烯+丙烯的选择性80wt%（碳基）。专家组同意通过验收，并建议加快MTO催化剂中试放大和评价研究，为包头60万吨/年MTO装置提供技术保障。第三章 工程建设第二节 煤制烯烃项目建设一、包头煤制烯烃项目（一）项目决策阶段集团公司在开发生产煤炭的同时，一直致力于煤炭的洁净转化和综合利用的开发研究。从1997年开始，集团公司就着手进行建设煤炭液化项目的各项研究
12、工作，率先提出了建设煤炭液化项目的设想，并在实施煤炭液化项目的同时一直关注世界现代煤化工的发展动态。考虑到内蒙古自治区包头市在神木煤的综合利用方面开展了大量的前期工作，奠定了良好的发展煤化工的基础，经内蒙古自治区政府和包头市政府的邀请，集团公司决定在内蒙古包头市建设大型现代化煤化工基地。2004年2月8日，时任神华集团公司董事长陈必亭与包头市主要领导就在包头建设煤化工项目进行洽谈，双方达成了在包头建设煤制烯烃项目的意向。2004年3月底，集团公司和包头市政府邀请国内相关行业的35位专家就煤化工技术经济进行了研讨，初步确定了煤制烯烃工艺路线，之后集团公司与美国UOP公司、德国LURGI公司、英国
13、Davy公司就大型甲醇和甲醇制烯烃等技术进行了交流，深入研讨了煤制烯烃工艺和技术问题，最终选择了以煤气化制甲醇、甲醇转化制烯烃、烯烃聚合生产聚烯烃的工艺路线。2004年6月到2004年8月，集团公司授权中国神华煤制油有限公司委托中国寰球工程公司编制项目可行性研究报告。2004年9月至2004年11月，集团公司授权中国神华煤制油有限公司委托石油大学（华东）编制项目环境影响报告书。同时，集团公司于2004年12月27日向国家发展和改革委员会（以下简称“国家发改委” ）上报了神华集团公司关于报核中外合资神华煤制烯烃项目申请报告的请示（神华规划2004712号）。2004年11月23日，中国神华煤制油
14、有限公司神华包头煤制烯烃项目筹备组正式成立，集团公司任命中国神华煤制油有限公司副总经理岳国同志为筹备组组长。2005年3月21日，国家环境保护总局印发关于神华煤制烯烃项目环境影响报告书审查意见的复函（环审2005270号），从环境保护角度分析，同意该项目建设。2005年5月，项目通过了由国家发改委委托中国石化咨询公司组织进行的评估论证（中国石化咨评估200528号）。项目包括煤气化、合成气净化、甲醇合成、甲醇制烯烃及烯烃回收分离五大核心技术，其中煤气化、合成气净化、甲醇合成等技术在国内均已实现商业化生产，有多套大规模装置在运行；烯烃回收分离与传统的石脑油裂解制烯烃工艺中的裂解气分离单元基本相同
15、，且产物组成更为简单，杂质种类和含量更少，更易于实现产品的分离回收。五大核心技术有四项核心技术已经非常成熟。在做可行性研究阶段，最核心的甲醇制烯烃装置选用的是美国UOP公司的甲醇制烯烃（Methanol to Olefins，MTO）技术，集团公司也与他们进行了实质性的接触。 在项目核准过程中，国家发改委认为，由于当时美国UOP公司对MTO工艺只进行了0.75吨/天甲醇进料规模演示装置的试验，尚无工业化业绩，也没有进行较大规模的中试或工业化放大试验验证，直接放大到工业化生产装置可能存在一定风险，为稳妥起见，有必要进行适当规模的中试放大验证后再进行工业化设计。集团公司按照国家发改委的要求和专家意见，决定与美国UOP公司和国内有关单位一起进行MTO工艺的中试试验，在向国家发改委汇报后拟决定采取“一次统筹规划设计、分步实施”的方案，即先行启动煤制甲醇部分的建设，待中试试验成功后再启动甲醇制烯烃和烯烃聚合部分的建设，并于2005年10月15日向国家发改委上报了神华集团公司关于先行启动神华煤制烯烃项目煤制甲醇建设的请示（神华煤化2005470号）。在国外一些著名的石油和化学公司投入大量的人力和资金来研究和开发甲醇制烯烃技术的同时，国内的中国科学院大连化学物理研究所（以下简称“中科院大连化物所” ）也一直致力于甲醇制烯烃技术的研究。在项目核准阶段，集团公
