乙烯法与合成气法生产乙二醇的成本比较

化学工业第33卷第12期32CHEMICAL INDUSTRY2015年12月转分乙烯法与合成气法生产乙二醇的成本比较侯凯锋(中国海洋石油总公司炼化与销售部,北京100010)摘要:比较了乙烯法和合成气法两种生产乙二醇工艺的反应本质,从原料、副产品、公用工程、投资等方面全方位计算了两种工艺的生产成本。乙烯法虽然消耗高价格的乙烯原料,但与低成本的水反应生成乙二醇,乙烯价格仅占原料成本的60%;而合成气法公用工程消耗量大,费用成本占25%左右,是乙烯法的24倍。将两种工艺计算得到的乙二醇生产成本分别与原油、煤和天然气的价格挂钩,结果表明低油价下乙烯法生产乙二醇的成本在4600元以下具有较明显的成本优势;以煤为原料的合成气法成本在5000元/以下,在高油价下才有竞争力;而以天然气为原料的合成气法竞争力最弱。关键词:乙二醇;乙烯;合成气;生产成本;技术经济比较文章编号:1673-9647(2015)12-0032-05中图分类号:TQ23162文献标识码:A乙二醇是生产聚酯的重要原料之一,占我国1.1乙烯法表观消费量的90%以上,年需求量增长超过1%乙烯法是世界绝大多数乙二醇生产企业所采尽管国内乙二醇产能已经超过1200万ta,但供用的主流技术,技术成熟可靠,产品性质稳定。给仍显不足,进口量连续多年呈两位数增长,自该方法以乙烯为原料,先经过催化氧化生产环氧给率维持在30%左右。为降低乙二醇的进口依乙烷,再进行非催化水合反应生成乙二醇。主要存度,依托我国丰富煤炭资源和完全知识产权建反应方程式为式(1)和式(2),总反应方程式为式设的煤基乙二醇装置自2009年起陆续投产运行,(3),理论上每生成1mol乙二醇,仅需消耗1mol预计2015年底产能将达到302万Ua,占国内总乙烯和05mo氧气,并消化1mol的水产能的40%(2,对缓解我国乙二醇供需矛盾意义cat2C2H4+O2-→2C2HO,重大。但随着国际原油价格自2014下半年的断崖C2H4O+H2O→→(CH2OH)2,式下跌,石油为原料的乙二醇生产成本有了较大2C2H4+2HO+O2—2(CHOH)2。幅度下降,煤基乙二醇装置的竞争力下降,经济性乙烯法生产乙二醇工艺主要被SD、Shel和成为制约其发展的主要因素。因此,做好两种工DOW三家国外公司所垄断,工艺流程基本相似艺路线的成本核算和对比分析,对煤基乙二醇以如图1所示。该工艺存在乙二醇选择性低(90%)、及其它煤基化工产品的未来发展具有指导性意义。用水量大、产物分离困难等主要缺点。1工艺对比12合成气法工业上实现商业应用的乙二醇生产技术包括合成气法生产乙二醇是随着现代煤化工技术的以石油为原料的乙烯法和以煤/天然气(或焦炉进步而发展起来的新工艺,工业应用相对较少,仅气)为原料的合成气法。两种方法的原料不同,在我国有商业化装置,尚处于完善阶段。目前工业工艺过程不同,生产成本也不同。乙烯法以蒸汽上应用装置都是采用合成气的“羰化+加氢”两步间裂解产生的乙烯为主要原料,生产成本与原油价接合成工艺,第一步是co与亚硝酸甲酯( CHONO)格直接密切相关;合成气法以煤/天然气气化产生羰基化反应生成草酸甲酯( CH2OOCCOOCH3),第的合成气(CO和H2)为原料,生产成本与煤或中国煤化工天然气的价格紧密相联。工艺过程的不同,则造收稿日期:CNMHG成公用工程消耗量和投资的差异,对生产成本的作者简介:侯凯锋(1972),男,山东省人,博士,高级工程师影响也较大。从事炼油規划和项目管理工作。第12期侯凯锋:乙烯法与合成气法生产乙二醇的成本比较33CO2脱除CO2放空EO精制产品精EOEO氧化反应吸收与解吸再吸收非催化水合反应废液水处理多效蒸发产品DEG、TEG多乙二酌MEG精制产品MEG回收图1乙烯法生产乙二醇的工艺流程示意步是草酸甲酯加氢合成乙二醇产品。主要反应4C0+8H2+O2→2(CH2OH)2+2H0O。(7)方程式见式(4)和式(5)。反应过程中需要的亚硝合成气法乙醇生产工艺主要由国内一批科研酸甲脂及中间产物NO和甲醇则通过脂化反应和工程单位研究,并被工业化,包括中国科学院(6)生成或消耗,总反应方程式为式(7)。理论上,福建物质结构研究所、华东理工大学、中石化上每生成1mol乙二醇,需消耗2mol一氧化碳海石油化工研究院、上海戊正工程技术有限公司4mol氢气和0.5mol氧气,并生成1mol水。等,主要工艺过程如图2所示。该工艺对CO和CO+2 CH3ONO—→CH0 COOCH3+2NO,(4)H2的纯度要求高,加氢反应过程较为复杂,既要CH3OOCCOOCH3 +4H2-+(CHOH)+2CH;OH, (5)满足酯的还原,又要避免深度加氢,需要解决产4NO+O2+4CHOH→→4CH3ONO+2H20,(6)品质量不稳的问题才能更有效替代乙烯法工艺S。CH. ONO羰化反应补充甲醇(草酸二甲脂脂化反应DMO)合成气CO/H2分离DMO甲醇产品MEG草酸二甲脂加氢乙二醇分离副产品图2合成气法生产乙二醇的工艺流程示意2成本分析表1中,乙烯和乙二醇的价格取自中石化经乙二醇的生产成本主要包括原料成本、公用济技术研究院《参数与数据2014年》,分别为 Brent工程和化学药剂消耗以及投资折旧和维修等费用。原油价格60美元80美元/hH、90美元/bMl21原料成本及副产品价值100美元中国煤化工希价格为6290表1和表2分别列出了乙烯法和合成法生产元/t、706CNMHG、480元/t,氧气乙二醇的原料成本及副产品的价值。(折合标准状态)成本为0.86元/m3。二乙二醇和化学工业34CHEMICAL INDUSTRY2015年第33卷三乙二醇的价格根据市场统计数据,分别为乙二右。尽管乙烯法生产乙二醇的选择性只有90%,但醇价格的116和1,32倍。虽然乙烯成本占原料成由于可以分离得到高纯度副产二乙二醇(99.7%)本的93%-94%,但由于生产1t乙二醇仅消耗乙烯和三乙二醇(99%),其市场价格高于乙二醇,因此0.5498t,因此原料成本仅为乙烯价格的60%左副产品对提升效益或抵减成本具有较强的正作用。表1乙烯法生产1t乙二醇的原料成本及产品价值原料及产品单耗与单产单位原料成本和单位产品价值/元消耗或成本乙烯0.5498t3458.243881.594150.994662.30氧气318.73m3274.11274.11274.11原料合计3732.354425.10493641产出聚合级乙二醇5210.006000006600.007650.00二乙二醇00826t498.77574.40631.84732.36三乙二醇00044t299137.8943.92副产品合计0087t5286808.846697377628注:原料水的消耗因量少价低,统一计入到公用工程的水耗中。表2中标准状态合成气(CO+H2)的价格分别取94%,其中氢气成本占2/3。合成气法的副产物较081元m3、100元/m3、1.17元/m3、135元/m3,对多,精馏困难,只能以合格品和醇脂混合物外售应甲醇价格为1156元/、1516元/、1983元、造成副产品的折价损失(合格品价格为乙二醇价2446元/,标准状态氧气和氮气价格为086元/m3格的088倍,其他产品为乙二醇价格的08倍)和042元/m3。合成气成本同样占原料成本的91%因此副产品对增效或降本的作用明显减弱。表2合成气法生产1t乙二醇的原料成本和产品价值原料及产品单耗与单产单位原料成本和单位产品价值/元消耗或成本氧化碳80000m3648.008000010800氢气161544m31308.511615218084氧气159.2315923159231592300197t2277390748.19氮气10.40m34.374.374.37原料合计2142882608913028.73347263产出聚合级乙二醇5210006000.00765000合格乙二醇0.0617t282.88325.78358.35415.36重质二元醇00110t458558.08混合醇脂00313t13046150.241652619156副产品合计0.1040t4591952882581.69674.2422公用工程及其它成本强度约为2986元/t,低于合成法的3647元t两种方法的公用工程消耗量及成本计算见表由投资额引起的折旧、管理、制造等费用分别为3。合成法的公用工程费用(1361.80元/t)约869.10元11“nA,△成气法高于乙为乙烯法(55751元/t)的244倍,蒸汽、电和冷烯法。中国煤化工却水费用分列前三位,分别占公用工程费用的CNMHG23乙二訃冰吕工风平刀76%、13.9%和84%。乙烯法乙二醇产品的投资为了更好地分析乙烯法和合成气法乙二醇的第12期侯凯锋:乙烯法与合成气法生产乙二醇的成本比较35表3乙烯法和合成气法的公用工程消耗(及成本费用乙烯法合成气法公用工程名称价格单耗成本/(元t)单耗成本/(元·t)高压蒸汽290元/t1.33t385.702.67t774.30中压蒸汽50元/t0.32t03280.0低压蒸汽148t185.00电058元/kWh236.34kWh137.0832680kWh18954冷却水030元/t29193t87.58114.00脱盐水49元/t0.59t0.03t028锅炉给水949元/t1.58t14.99凝液4.18元t-11.20-1.80t低压氮气20.42元/m35.05m32.122133m38.96仪表风(2)03元/m3工厂风(2)0.2元/m3267m30.5353.53m310.71燃料气3424元ft0.0027t9.24废水6元/t0.7lt0.29t1.73合计557511361.80注:(1)折合成1t产品的消耗和成本;(2)折合成标准状态。生产成本,根据乙烯与原油、合成气与煤和天然本与原油、煤炭和天然气的价格关系,见图3。气的价格关系,将以上计算结果分别与原油、煤其中,乙二醇生产成本=原料成本-副产品价值+公炭和天然气的价格挂钩,可以得到乙二醇生产成用工程成本+投资等其它费用。1600TI1400是-+1005012004.0二210008002.8景600天然气年540=---2.03001.04000420044004600480050005200540056005800600062006400乙二醇生产成本/(元·t1)图3乙二醇成本与原油、煤和天然气价格的关系曲线原油价格为100美元/bl时,乙烯法生产乙本优势。天然气价格高于2.8元/m3时,以天然气二醇的成本约为5500元/t,此成本下对应的煤炭原料生产不且有音角性,即无法与乙和天然气价格分别为850元/t和28元/m3,表明烯法竞争,中国煤化玉料的合成气法。煤炭和天然气在此价格以下,以其为原料的合成原油NM法生产乙二醇气法生产乙二醇成本低于乙烯法,具有较大的成的成本约为4600元/t,此成本下对应的煤和天然化学工业36CHEMICAL INDUSTRY2015年第33卷气价格分别为300元t和1.7元/m,表明只有煤3)以煤为原料生产乙二醇短期内有效地解炭和天然气在此价格以下,以其为原料的合成气决了我国乙二醇供给不足的矛盾,但在低油价新法才具有成本优势,否则石油为原料的乙烯法生常态下也面临严峻的竞争压力。作为基于我国资产乙二醇的成本更低。当前原油价格一直徘徊在源特点而发展起来的独有工艺技术,该工艺有力60美元/bbl以下,乙烯法生产乙二醇的成本优势地推动了我国新型煤化工的应用范围和技术进步尽显。由于我国的煤基乙二醇装置大多建设在远其竞争力的提高,除需要在稳定产品性质、提高离市场的西部地区,虽然近期煤炭价格也在同步产品收率等方面继续完善外,更应在降低成本方下降,但增加的长距离运输费用不足以抵消两者面下功夫,重点是减少公用工程用量、降低汽/电间的成本差,从而导致我国新建设的煤基乙二醇成本,才能更加增强其成本优势。装置陷人亏损。3结束语参考文献(1)乙烯法是生产乙二醇最成熟、可靠的工[1]崔小明.我国乙二醇行业现状及发展前景分析[J].石艺技术。随着原油价格的降低、乙烯规模的大型化工技术与经济,2013,29(5):28-33[2]丰存礼.国内乙二醇生产工艺技术情况与市场分析[J]化,以及裂解原料的优化,乙烷、轻烃等轻质化化工进展,2013,32(5):12001204低价值原料的比例随之增加,乙烯生产成本有了[3]黄格省,李振宇,李顶杰,等,石油和煤生产乙二醇技较大幅度下降,带动了乙烯法乙二醇生产成本的术现状及产业前景分析[J].化工进展,2011,30(7):降低,乙烯法的竞争优势又重新突显。(2)以天然气为原料生产乙二醇,虽然可简[4]魏利华,李倩,张辰亮,等.乙二醇合成工艺的研究化合成气的生产流程,具有投资省、污染物排放分析[J.河北省科学院学报,2013,30(3):63-6少等优点,但较高的天然气价格使其不具备成本[5]李学强,郑化安,张生军,等.国内煤制乙二醇现状及发展建议[J].洁净煤技术,2014,20(6):92-96.优势。在“民用优先”的国家天然气政策下,应[6]孟盂晋斌煤制乙二醇与焦炉煤气制乙二醇的比较口].减少天然气生产乙二醇项目的建设。山西化工,2014(1):72-74.Cost Analysis of Mono-Ethylene Glycol Produced Using Ethylene orSynthetic Gas as FeedstockHOU Kai-feng(CNOOC Refining& Marketing Department, Beijing 100010, China)Abstract: The reaction characters of mono -ethylene glycol MEG )production, separately using ethylene or synthetic gas asfeedstock,were substantially compared. The operating cost of MEG was then calculated covering the feedstock cost, by-productsvalue, utilities expense and capital investment. Though ethylene price is relatively high, the cost of MEG is not strongly sensitive tothe price of ethylene owing to the reaction with water with low price, only 60% of the cost of materials. In contrast, the expense onutilities using synthetic gas to obtain MEG contributes 25% to the total cost of MEG because of the large consumption. The resultswere then shown in a diagram by relating the calculated cost with the price of Brent oil, coal and natural gas. The conclusion wasdrawn that the operating cost of MEG using ethylene as feedstock was less than 4 600 RMB/t, taking the advantage of low oil priceThe production of MEG based on coal, cost of which was approximately 5 000 RMB/t, was more competitive in the condition ofhigh oil price. Natural gas could hardly compete with crude and coal in producing MEG because of its high price.Keywords: mono-ethylene glycol ethylene; synthetic gas; operating cost; cost compair中国煤化工CNMHG