分析甲醇制汽油项目可行讲解

甲醇制汽油项目可行分析

1 项目概述

甲醇既是重要的化工产品及化工原料，又是未来的清洁能源之一。作为化工的关键产品，甲醇是由天然气或煤炭生产其他化工产品或合成燃料的最佳途径，其重要性不言而喻。在世界基础有机化工原料中，甲醇消费量仅次于乙烯、丙烯和苯而居第四位。目前主要的下游产品有甲基叔丁基醚（MTBE）、甲醛、醋酸、甲酸甲酯（MF）、甲胺、碳酸二甲酯（DMC）、丙烯酸甲酯、二甲醚（DME）等。同时甲醇在许多其他的领域也有着广泛的应用前景如：1）可作为清洁燃料代替汽油或作为汽油掺混使用；2）甲醇燃料电池即将投入商业化运行；3）甲醇在变压吸附制氢中作为裂解原料得到初步应用；4）甲醇制取微生物蛋白；5）甲醇制汽油及甲醇制烯烃；6）甲醇芳构化制芳烃等。

甲醇酯制汽油是基于世界甲醇燃料发展的基础上开始推出的一个新的燃料工业工艺，甲醇虽然能直接掺和到汽油中作为甲醇汽油燃料，但把它直接转化成汽油要比掺和到汽油中使用具有更好的经济效益价值。且由于世界煤炭储存量远比石油和天然气多，再加上世界上的石油越来越短缺。因此，从煤出发制合成气、甲醇，再由甲醇制汽油的研究在国外越来越多，试验规模越来越大。时至今日，甲醇制汽油工艺发展速度越来越快，技术越来越成熟，投入工业化生产的装置也越来越多，项目市场前景看好。

2 甲醇制汽油工艺

目前，世界上利用甲醇制汽油的工艺主要有：埃克森-美孚甲醇制汽油工艺（MTG）、费托合成工艺（FT）、托普索一体化汽油合成工艺（TIGAS）、国内一步法甲醇转化制汽油技术工艺。其中以埃克森-美孚甲醇制汽油工艺（MTG）技术最成熟，世界范围内工业化应用最多。

2.1 埃克森-美孚甲醇制汽油（MTG）工艺

2.1.1 工艺简述

MTG工艺是指以甲醇为原料，在一定温度、空速和压力下，通过特定的催化剂的脱水、低聚和异构等作用转化为C11以下的烃类油。

MTG工艺是由mobil公司开发的甲醇于ZSM-5催化剂转化成芳烃的基础上发

展而来的，mobil法甲醇制汽油工艺首次发表于1976年，首先是以煤和天然气为原料生产合成气，再以合成气制甲醇，最后将粗甲醇转化为高辛烷值汽油。反应工艺有固定床、流化床和多管式反应器三种工艺，工艺流程简图如下：

MTG工艺工艺流程简图-1

（1）固定床工艺

①工艺流程介绍

原料甲醇经预热器、蒸发器和过热器后，进入脱水反应器，在Cu/Al

2O

3

催化

剂上甲醇脱水生成二甲醚。从脱水反应器出来的未反应的甲醇、二甲醚、水合来自汽油分离塔的的压缩循环气混合后，进入转化反应器，通过ZSM-5催化剂转化为烃。出转化反应器的气体，一部分预热原料甲醇，一部分与原料气换热，然后去汽油分离塔，分离出液态烃、气态烃和水。循环气与脱出反应气的气体比是9，控制温度可增加汽油收率。固定床工艺流程图如下：

固定床工艺流程图-2

②产品组成

该工艺产品特点是生成物C1和C2极少，同时副产少量的C3和C4，80%左右的是C5+。每吨甲醇可产碳氢化合物438kg（100%转化率），其中燃料气组成占1.4%，液化气占18.6%，汽油组成占80%，辛烷值（研究法）可达93以上。

（2）流化床工艺

①工艺流程特点

该工艺是从固定床工艺的基础上发展而来的，原料甲醇和水按一定的比例配料并进行汽化，过热后进入流化床反应器。流化床反应器顶部出来的反应产物经除去夹带的催化剂后进行冷却，分离为水、稳定的汽油和轻组分。流化床中反应为急剧的放热反应，采用外部冷却器移走了部分热量。流化床工艺流程图如下：

流化床工艺流程图-3

②产品组成

该工艺每吨甲醇可产碳氢化合物438kg（100%转化率），其中燃料气组成占5.6%，液化气占34.6%，汽油组成为60%（其中烷烃占56%，烯烃占7%，芳烃占33%），辛烷值（研究法）可达97以上。

（3）多管式反应器工艺

①工艺流程

原料甲醇和循环气与反应器出来的气体进行热交换，将温度调整到所需要的

反应温度。气体和甲醇的混合物从上部进入多管式反应器，与管内的催化剂接触转化为烃，反应热由多管式反应器壳层循环的熔融盐带入蒸汽发生器中，产生高压蒸汽，从多管反应器出来的生成物通过热交换冷却至常温，液态烃、水合循环气分离后，循环气由压缩机循环回转化工序。从分离器出来的烃进入稳定塔，在塔上部将C4以下的烃和惰性组分分离，塔底产物为C4以上的烃。将C4以上的组分送入甲醇合成装置作为工艺气或燃气。工艺流程图如下：

多管式反应器工艺流程图-4

②产品组成

该工艺每吨甲醇原料可产碳氢化合物438kg（100%转化率），其中燃料气组成占2.3%，液化气占16.2%，汽油组成为81.5%（其中烷烃环烷烃占57.7%，烯烃占10.4%，芳烃占31.9%），辛烷值（研究法）可达93以上。

2.2 费托合成工艺（FT）

费托合成工艺是煤间接液化工艺之一，它以合成气（CO和H2）为原料在催化剂（主要是铁系）和适当反应条件下合成以石蜡基为主的液体燃料工艺过程。 FT合成工艺主要包括煤气化、气体净化、变换和重组、合成和产品精制等过程，合成气中的氢气和一氧化碳的摩尔比要求在2-2.5,。反应器采用固定床和流化床两种形式，如以生产柴油为主，宜选用固定床工艺，如以生产汽油为主，宜选用流化床工艺。

2.3 托普索一体化汽油合成技术（TIGAS）

托普索一体化汽油合成技术（TIGAS）早在80年代初期就已经开发，与“美孚”开发的传统甲醇制汽油工艺不同，TIGAS工艺的工业应用被验证可延伸至上游实现一步法，即直接在单条回路中将合成气转化为汽油，不需要对甲醇冷凝和

后续再沸。

TIGAS工艺主要包括两步：联合甲醇/二甲醚合成和汽油合成，甲醇/二甲醚合成和汽油合成发生在单条回路，其中有两个循环点：一条在上游甲醇/二甲醚合成（以达到合成气的高转化率），另一条在甲醇/二甲醚和汽油合成之间（以控制放热），对于H2/CO比更少的煤基合成气，内部CO2系统也包括其中。工艺流程图如下所示：

TIGAS工艺流程图-5

2.4 国内一步法甲醇转化制汽油工艺

2006年中科院山西煤化所开发的以MTG工艺为基础优化发展的一步法MTG工艺，已在其能源化工中试基地完成中试，于2009年已取得国家发明专利，一步法甲醇制汽油新工艺与国外MTG工艺的区别是：以粗甲醇为原料一步制取汽油，省略了甲醇转化制二甲醚的步骤，可大大节省甲醇精馏装置和甲醇转化为二甲醚的运行费用。此外，该工艺选用了中科院煤化所的ZSM－5分子筛催化剂，与购买国外同类型催化剂相比可节省费用。

一步法甲醇转化制汽油工艺流程简单，设备投资小，产品质量高。该工艺生产的汽油具有低烯烃、低苯、无硫等特点，简单加工可以直接使用，也可作为优质汽油组分进行高清洁汽油（国III标准）的调和。

2.5 甲醇制汽油各工艺比较

2.5.1 原料

埃克森-美孚甲醇制汽油工艺（MTG）和国内一步法甲醇转化制汽油工艺可以以粗甲醇（纯度不高）为原料，费托合成工艺（FT）和托普索一体化汽油合成工艺（TIGAS）则是以合成气（CO和H2）为装置开始进料。

2.5.2 工艺特点

埃克森-美孚甲醇制汽油工艺（MTG）、费托合成工艺（FT）和托普索一体化汽油合成工艺（TIGAS）甲醇转化为汽油主要采用两步法（甲醇-二甲醚-汽油）工艺过程，流程长，设备多；国内一步法甲醇转化制汽油工艺甲醇转化为汽油主要采用一步法（甲醇-汽油）工艺过程，流程简单，设备少。

2.5.3 产品方案

埃克森-美孚甲醇制汽油工艺（MTG）和一步法甲醇转化制汽油工艺（MTG 改进工艺）主要是以生产汽油为目的产品工艺，且产品汽油具有收率高（可达80%以上），烯烃含量低（<30%），芳烃含量较低（<40%），辛烷值高（93-97），无硫（原料中不含硫）等特点，即可直接作合格产品销售，又可作优质调和组分调和国标汽油。费托合成工艺（FT）是以生产汽油或柴油为目的产品工艺，以生产汽油为目的产品工艺石蜡含量较高。

2.6 国内外甲醇制汽油项目简介

国际上第一套甲醇制汽油装置始建于新西兰，采用埃克森-美孚MTG工艺；国内第一套甲醇制汽油装置是云南煤化集团解化公司的3.5千吨/年甲醇制汽油装置，采用的是中科院山西煤化所基于MTG工艺自主研发的一步法甲醇转化制汽油工艺，该装置为中试装置；国内第一套采用引进工艺的是山西晋城无烟煤矿公司的10万吨/年甲醇制汽油装置，采用的是埃克森-美孚MTG工艺。国内外主要已建及待建装置见下图：

国内外主要已建及待建装置一览表-6