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甲醇制烯烃技术进展及经济评价

甲醇制烯烃技术主要分两步。首先由天然气转化生成粗甲醇，该过程
已实现工业化；然后甲醇转化生成烯烃，主要是乙烯和丙烯。不同的工
艺生成的乙烯与丙烯的比例也不同。UOP／Hydro公司的甲醇制烯烃工艺
(MTO)是在Mobil公司的甲醇制汽油技术(MTG)上发展起来的。该MTO工艺
具有很大的灵活性，可根据市场的需求变化，通过改变反应器的操作条
件，来调整乙烯与丙烯的产量。产品中乙烯与丙烯之产量比可在
0.77-1.33的范围内进行调节。
1催化剂进展
UOP／Hydro公司在SAPO-34催化剂基础上开发了新型催化剂
MTO-100，取得了突破性的进展。SAPO-34催化剂是磷酸硅铝分子筛，对
甲醇转化乙烯和丙烯具有较高的选择性。新型催化剂MTO-100具有择形
选择性，其酸性位和强度具有可控性，大大提高了向乙烯和丙烯转化的
选择性，可使乙烯、丙烯的选择性达到80%。SAPO系列属通用性较强的
催化材料，尽管它与沸石的热稳定性不同，但其化学性质和晶体结构与
沸石材料很相似，具有均一的孔隙率、晶体分子结构、可调酸度、择形
催化剂以及酸性交换能力。其最大的改进在于孔隙更小，酸性位和强度
具有可控性。尽管改进的SAPO-34是MTO工艺理想的催化材料，但对于
流化床反应器来说仍不是最佳的选择。必须将SAPO-34与一系列专门选
择的粘合剂结合起来。粘合剂的选择极其重要，它必须要能提高催化剂
的活性，但又不能影响催化剂的选择性。美国Nexant化学系统公司认为
采用处理过的氧化硅和氧化铝作粘合剂可达到一定的孔隙率、酸度以及
强度。粘合剂的孔隙率很重要，它必须允许甲醇和MTO的产品快速地进
出SAPO-34。该催化剂与FCC催化剂的制备方式相似，通过喷雾法干燥制
备。
2工艺进展
UOP/Hydro公司的MTO工艺设计与Mobil公司的工艺很相似，由于需
要分离和处理的较重副产品很少，分离系统相对简单。该工艺采用的原
料是粗甲醇，因此没必要通过蒸馏制取AA级的甲醇(纯度为99.85%)，减
少了上游甲醇装置的资本投资。但粗甲醇不能出售用于其他方面，因此
限制了甲醇设备的灵活性。为了较容易地保持稳定的温度和产量，MTO
工艺采用流化床反应器，操作温度为350-525℃，操作压力为0.1-0.3Mh。
MTO工艺的苛刻度可以通过产量、温度、压力以及催化剂循环率来控制。
温度决定热动力学操作，生产能力决定接触时间。同时，转化率和选择
性随压力变化。
将UOP/Hydro公司的MTO工艺与ATOFI-NA／UOP烯烃裂化(OC)工艺结
合起来可获得更大的灵活性。OC工艺可利用MTO工艺的副产品C4，将其
转化为乙烯和丙烯(主要是丙烯)。。将OC装置与MTO装置结合在一起，
可使轻烃的收率达到90%。这对于只需求烯烃和聚烯烃的生产商和偏远
地区的MTO厂来说非常重要。Hydro公司现已有一套示范装置在挪威的生
产基地内建成，采用的是流化床反应器和连续流化床再生器。自1995年
以来该示范装置就周期性地运转，根据UOP公司提供的资料，这套装置
实现了长期99%的甲醇转化率和稳定的产品选择性。迄今未见有大型工
业化装置运行的报道。在反应过程中会产生影响催化效果的积炭，必
须通过燃烧除去。以空气作为燃烧介质，烧焦过程在催化剂流化床再生
器中进行。在反应循环过程中，一些催化剂颗粒会破碎。通过一套合适
的多级旋风分离器，可以把这些粉末从流化床的出口物料中除去。再生
器排出的废气可以通过炉子回收热量，而废气中的催化剂微粒则通过静
电沉降除去。
离开反应器的混合物料通过一个专门设计的进料／出料换热器后
进入分离器。在分离器内，绝大多数的水和未反应的甲醇被除去。烃类
通过分馏从含氧化合物循环流中分离出来，含氧化合物在压缩段中被除
去。
采用多段压缩机液化烃类混合物，除去其中的催化剂残余粉末。含
有50%乙烯的烃类物料被送至分离系统，由于物料中不含乙炔和其他较
重的组分，分离系统比蒸汽裂解装置简单。通常分离系统有脱乙烷塔、
脱甲烷塔、脱丙烷塔以及脱丁烷塔，而冷箱设计则被简化。精馏塔生产
聚合级乙烯和丙烯。其他产品包括燃料气、含有乙烷和LPG的轻质燃料、
C5以及含有少量1，3-丁二烯的C4。虽然在理论上存在少量的乙炔，但
在原始设计中并不包含脱乙炔反应器。因为少量的乙炔、甲基乙炔和丙
二烯(MAPD)在聚合级乙烯和丙烯的允许含量范围内。如果乙炔和MAPD的
含量超过上限值，就需要进行选择性加氢，假若MTO装置中产氢量较低，
需输入一定量的氢。
3经济性评价
下面对美国和中东两个地区MTO工艺生产乙烯的成本作了比较。这
两个地区的天然气价格代表了两个极端。中东地区为0.75美元／磅，而
美国为5.31美元／磅。原料成本包括大规模生产甲