利用庆阳地区煤炭资源优势发展精细化工项目的建议

利用庆阳地区煤炭资源优势发展

精细化工项目浅议

唐蓉萍 尚秀丽 杨智 冯文成 索陇宁 伍家卫

（兰州石化职业技术学院，甘肃 兰州 730060）

摘 要：本文根据甘肃庆阳地区资源特点，提出应利用其煤炭资源优势重点发展由煤制甲醇生产二甲醚、碳酸二甲酯、甲基叔丁基醚、甲醛及醋酸，进而生产制冷剂、异丁烯、叔丁基酚、异氰酸酯、苯甲醚、三羟甲基丙烷、1.4-丁二醇等多种高附加值精细化学品，做大做强本地精细化工产业。介绍了甲醇下游相关产品的性质、应用领域及工艺技术，对其技术经济进行了简要对比分析；建议加快进行高纯度异丁烯、合成气一步法生产二甲醚、甲醇氧化羰基化法生产碳酸二甲酯等产品的工业化研究；指出了庆阳地区发展精细化工面临的如控制碳排放量、后续产业配套的资金、技术、人才培养、水资源回用和生态保护等主要问题及应采取的措施。

关键词：庆阳地区；精细化工

庆阳市位于我省东部，境内蕴藏着丰富的石油、煤炭、天然气、煤层气等矿产资源。全市八县区境内都有煤，含煤面积1.98万平方公里，煤炭资源预测储量2360亿吨，占甘肃省预测储量的94%以上，具备建设国家亿吨级煤炭基地的资源条件。

为实现煤炭资源的清洁利用，做大做强庆阳地区的精细化工产业，应重点发展由煤制甲醇生产精细化工产品，延伸甲醇化工产业链。

1 煤炭气化制甲醇技术是煤化工发展的首选

煤制油技术投资大、煤耗高、耗水多、污染严重,生产1t油往往需要4～5t煤,折算其热能利用率为50%。改用煤炭气化制甲醇技术,采用6MPa纯氧高压气化制合成气(CO+H2),可产双倍甲醇,则煤炭的热能利用率达到66%～76%。如果配套水电解制氢技术,还可实现CO2零排放。

从原子经济性角度看，无论煤制甲醇还是煤制烯烃，首先都必须将煤转化成合成气（CO+H2），再由CO与H2合成甲醇或烃类。但CO+H2合成甲醇可一步完成，而费托合成烃类，第一步是向合成气中引入氧原子，生产甲醇，再去掉甲醇中的氧原子，分离大量副产水分后才能获得烯烃。煤制烯烃的原子经济性不如煤制甲醇。

从项目投资的经济性看，煤制甲醇优于煤制油。国内外的统计数据显示，吨煤制油的固定资产投入一般高达1.2万元，而吨甲醇的固定资产投入只需0.4万元。

从技术的成熟可靠性看，煤制醇醚燃料的技术已经成熟，国产甲醇、二甲醚合成分离与提纯成套技术，均已广泛应用，并向大型化方向发展。

2 基于甲醇的精细化工产业链

近年来我国甲醇化工发展迅速，可形成的技术成熟度较高的产业链有：甲醇—烯烃产业链、甲醇—二甲醚产业链、甲醇—碳一化工产业链和甲醇—燃料产业链。建议在上述基础上进一步积极开发技术成熟、产品附加值高、市场竞争力强的下游产品，拓宽甲醇消费领域。重点发展的下游精细化工产品如下图1所示：

二甲醚 发泡剂、制冷剂

MTBE 异丁烯、叔丁基酚、叔丁醇、硫烯

煤 甲醇 DMC 苯甲醚、农药西维因、聚碳酸酯、异氰酸酯

甲醛 三羟甲基丙烷、季戊四醇、1,4-丁二醇

图1 基于甲醇的精细化工产品

3 基于甲醇的精细化工项目建议

3.1 由甲醇制二甲醚，进而生产发泡剂、农药等精细化学品

二甲醚（DME）作为一种新兴的基本化工原料，在制药、燃料、农药等化学工业中有许多独特的用途。此外,二甲醚用作制冷剂冷冻食品时可免除异味和臭味,若成功地用于制冷工业,其用量将有更大幅度的增长,这将是二甲醚最主要的潜在市场.

3.1.1 二甲醚生产方法

目前二甲醚生产主要有液相法、气相法和合成气一步法。其中一步法将水煤气变换反应、合成甲醇反应和甲醇脱水反应合为一步。该法流程简单, 但产品需要分离精制, 适合于大型生产。丹麦Topsoe 公司、美国气体产品和化学公司及日本NKK 公司，我国山西煤炭化学研究所等多家机构正在进行一步法的研究。

一步法合成二甲醚的研究是当前二甲醚技术研发的重点。由于总反应只需要H2/CO 摩尔比为1 的合成气，特别适合使用我国资源丰富的煤炭资源，经煤气化得到的合成气不需变换就可直接使用，对能源的优化利用及实现我国可持续发展具有重要意义。

3.1.2 二甲醚的应用

二甲醚(DME) 具有优良的混溶性,可以作为商用溶剂和萃取剂。 二甲醚毒性很低,无致癌性,高浓度的二甲醚可用作麻醉剂。 二甲醚是重要的化工原料,可用于许多精细化学品的合成。

二甲醚是可作为清洁、多用途燃料，是柴油发动机理想的替代燃料。

3.1.3 二甲醚项目的几点建议

（1）煤是我国制合成气的主要原料。 我国煤炭资源丰富, 是世界总贮量的50% , 价格仅为世界的1/3，现从资源、技术、价格三方面综合考虑, 用煤做合成气的原料比用天然气价廉易得, 用它生产二甲醚, 具有深远的经济和环保意义.

（2）二甲醚是一种新型的优质洁净燃料, 应推广作为各种柴油发动机燃料。 （3）二甲醚具有优异的环保优势, 价格略高于普通柴油, 这将影响其应用推广。为此应采取下列措施: ①利用现有氮肥厂的联醇装置生产甲醇, 建立万吨级甲醇脱水制燃料级二甲醚装置, 可降低二甲醚成本。②建议引进甲醇、二甲醚先进生产技术, 建设规模更大的装置, 进一步降低成本。

（4）从长远考虑, 抓紧以煤基合成气为原料, 一步法制二甲醚的研究开发工作。

3.2 由甲醇制甲基叔丁基醚（MTBE），进而生产高纯度异丁烯、叔丁基酚等精细化工产品

MTBE是20世纪70年代起开始使用的汽油添加剂，由于该物质对人类具有致癌作用，其使用受到。我国MTBE生产企业应积极寻找其新的出路。利用MTBE裂解生产高纯度异丁烯，进而生产一系列用途广泛，高附加值的下游产品，是MTBE的主要出路之一。

3.2.1 由甲基叔丁基醚制异丁烯生产工艺

产品按纯度分普通级异丁烯和聚合级异丁烯两种，前者生产工艺流程较为简单，投资少、能耗低。后者生产工艺工艺流程长，投资大，能耗高，产品成本高。

目前国内仅有燕山石化拥有一套35kt/a的聚合级异丁烯（纯度99.7%）生产装置。

3.2.2 异丁烯的应用

普通异丁烯是叔丁酚类抗氧剂、农药、涂料、润滑油及其它精细化工品的原料。高纯度异丁烯是丁基橡胶和其它高分子聚异丁烯合成所需要的单体原料。此外，以异丁烯为原料可氧化生成异丁烯醛，与醋酸反应生成醋酸丁酯，与甲醛作用生成异戊二烯，与硫酸水合制叔丁醇。异丁烯氯化、次氯酸化还可制得β一环氧氯丙烷。值得提及的是以异丁烯为原料直接氧化法生产甲基丙烯酸甲酯(MMA)，已成为国外一些国家正在推广生产MMA的一种新方法。

3.2.3 本项目建议

近几年，随着石油化工业的发展和异丁烯下游产品的开发，异丁烯的需求量在不断上升，有供不应求之势。目前全球范围消耗量达2000kt/a，我国产量约为150kt/a，且高纯度异丁烯比例较小，需要大量进口。建议加快高纯度异丁烯生产装置建设，并着力降低生产成本。

3.3 由甲醇生产碳酸二甲酯（DMC），进而生产苯甲醚、农药西维因、异氰酸酯等精细化学品

碳酸二甲酯是近年来受到国内外广泛关注的环保型绿色化工产品，已在欧洲通过非毒化学品注册登记，被称为绿色化学品。

3.3.1 DMC合成方法

主要有光气法、甲醇氧化羰基化法、酯交换法。其中甲醇氧化羰基化法原料价廉易得，投资少，成本低且理论上甲醇全部转化为DMC，受到工业界极大重视，被认为是DMC最有前途的生产方法，也是各大工业国家重点研究、开发的非石油路线技术路线，是一条很有竞争力的技术路线。

3.3.2 DMC的主要应用领域

(1)替代光气和二甲基亚砜（DMS） DMC的化学反应，囊括了光气和DMS在化工用途中的绝大部分反应。假设未来几年光气和DMS需求量的30%被DMC取代，需DMC 30万吨/年以上。 (2)汽油添加剂领域的应用

目前全世界汽油消费量超过2亿吨，若10%的汽油消费量采用DMC添加剂则需DMC 60万吨/年左右。

（3）以DMC为原料生产合成聚碳酸酯、烯丙基二甘醇碳酸酯、异氰酸酯、西维因杀虫剂、苯甲醚、四甲基醇胺(TMAH)、长链烷基碳酸酯、除垢剂对称二氨基脲和β-酮酸酯类化合物等精细化工产品。

3.3.3 DMC项目建议

(1)DMC是一种绿色环保型化工产品，应加紧中试、工业化放大工作，以开发促引进，两路并进。

(2)庆阳拥有丰富的煤炭资源，加之Texaco等先进的煤气化工艺在我国得到成功的推广应用，可为DMC提供廉价充足的原料CO和甲醇；另一方面，DMC及其衍生物的发展又进一步替甲醇找到了巨大的下游产品市场，将推动我国的煤化工、C1化工、精细化工的发展。

(3)国内甲醇氧化羰基化技术已接近工业化；国内DMC年产量已超过5000吨，但与之配套的产品应用开发不够。因此，探索用DMC取代对环境有害的化工原料和化工工艺的可能性，积极开发和开拓DMC的应用市场也是一项迫切任务。

3.4 由甲醇生产甲醛，进而生产三羟甲基丙烷（TMP）、季戊四醇、1,4-丁二醇等产品

甲醛广泛应用于木材加工、塑料和树脂生产、涂料、医药、农药、化纤等行业。用甲醛为原料可生产聚甲醛树脂、三聚氰胺树脂、酚醛树脂以及乌洛托品、季戊四醇、1,4-丁二醇、新戊二醇、维尼纶纤维、尼龙等。甲醛还可以用作农药的杀虫剂、医药的消毒剂和染料工业的还原剂等。

3.4.1 甲醛的生产方法

历史上先后有以下方法：（1）你碳烃非催化氧化法；（2）甲醇催化空气氧化法；（3）甲烷催化氧化法；（4）二甲醚催化氧化法；（5）甲缩醛氧化法；（6）甲醇催化脱氢。其中甲醇催化脱氢是一条新的工艺路线，可得到无水甲醛。

3.4.2 甲醛在精细化工中的主要应用

（1）三羟甲基丙烷（TMP）的生产

三羟甲基丙烷主要用作合成高档醇酸树脂漆和聚氨酯的原料，其消费量约占国内三羟甲基丙烷总消费量的85％。

(2)1.4-丁二醇的生产

1，4－丁二醇是重要的基本有机化工和精细化工原料，用途十分广泛，其衍生物是附加价值高的精细化工产品，广泛用于溶剂、医药、化妆品、增塑剂、固化剂、农药、除莠剂、泡沫人造革、纤维和工程塑料等方面。

3.4.3 甲醛项目建议

甲醛是重要的化工原料，目前国内甲醛行业多数生产37%低浓度甲醛，不生产高浓度产品。在甲醛的下游产品生产中都是通过把37%稀甲醛浓缩成50%以上的浓甲醛后再进一步利用，除了要消耗大量的动力，还要产生大量的含醇废水，加重了环境污染，而且使其下游产品成本居高不下。建议甲醛生产向规模化发展。

4 庆阳地区发展精细化工存在的问题及相应措施

一是加快推进大型能源化工基地建设，就必须发展低碳经济、控制碳排放量，实现绿色发展。在产品生产工艺上优先选择绿色生产技术。

二是要积极引进和大力培养一批高技能人才，解决人才缺乏的问题。精细化工产品多样，生产技术复杂，需要专业技术研发人才和大量一线操作高技能人才。在人才培养问题上，应加强与高等院校的合作交流。应充分研究未来庆阳地区能源化工、精细化工人才需求情况，实行订单式培养，同时解决本地区人才就业问题 。

三是庆阳发展能源化工和精细化工，工业用水和工业污水量将很大。污水是未来的原材料，而用水的不充分回用或不加回用是在浪费社会和工业未来发展的宝贵资源。建议在进行水资源开发的同时，配套世界先进的水处理循环利用技术，借鉴新加坡污水回用系统。

四是能源开发与环境保护的矛盾。能源开发必然会对原有的生态环境造成影响，特别在油、煤、气高富集的庆阳，生态环境本来就极其脆弱，应处理好能源开发与生态环境保护的关系。 参考文献：

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[3]龚小军,仪志宏,沈佩芝. 碳酸二甲酯合成技术和市场应用前景[J] 精细化工中间体，2003年03期 [4]张明辉.大型甲醇技术发展现状评述 [J]化学工业，2007，25（10）：8~12 [5]罗东晓. 二甲醚及其应用技术分析[J]天然气工业，2008，01

作者简介

唐蓉萍，女，生于1968年1月，北京化工学院学士，兰州大学硕士，高级工程师。兰州石化职业技术学院石油化学工程教师，从事精细化工方向教学与科研工作。通讯地址：兰州市西固区山丹街1号，邮编：730060 E-mail:tangzihan@163.com