利用可再生生物能源生产化纤原料乙二醇

第20卷第3期聚酯工业 Vol. 20 No.3200705 Polyester Industry May 2007利用可再生生物能源生产化纤原料乙二醇金离尘(中国化纤协会,北京100742)摘要:介绍了利用再生生物资源生产EG的总体工艺流程和提出该建议的主要依据。对用石油路线和乙醇路线生产EG的总生产成本进行了比较。简述了由酒精制乙烯和由乙烯制E的原材料和工艺。对E的市场需求进行了分析。指出利用可再生生物能源生产化纤原料EG既能解决聚酯原料EG短缺又能发展绿色化工产品。关键: PTA EG可再生生物能源中分类号:TQ245.12:TQ223.162文献标识码:A文章编号:1008261(2070301-030前言1从可再生生物资源生产EG为贯彻落实《国民经济和社会发展第十一个五年以含有糖、多糖类生物资源为原料,利用生物酶规划纲要》精神,积极推动纺织工业科技进步和自主催化方法发酵生产乙醇,再通过化学合成方法制得创新,转变增长方式,促进产业升级和结构调整实现EG。其总体工艺过程简写如下:纺织工业的全面、协调、可持续发展,国家发改委和有可再生的生物资源(玉米、甘蔗等)→乙醇→乙关部门、协会编制了《纺织工业“十一五”发展纲要。烯→环氧乙烷→EG提出了“十一五”发展的重点任务,其中有关内容如目前我国已有将近100家乙醇生产厂,由于乙下:醇处于供过于求的状态,开工率仅有50%~60%。(1)加大结构调整力度推进产业升级。为此,建议暂不上由农作物生产乙醇的工厂,而采用“十一五”期间,纺织工业将加快技术结构、原料就近采购,可与乙醇厂签长期供应合同,保证原料乙结构组织结构产品结构产业结构以及区域结构调醇的稳定供应。整步伐,转变经济增长方式,推进产业可持续发展,全面提高产业科技含量、资源利用效率、环境品质和劳2建议的主要依据动生产率。2.1我国原油进口依存度逐渐增加(2)多渠道解决纺织原料供需矛盾,实现产业可20世纪90年代以来,中国国民经济年均增长持续发展。9.79%,原油消费年均增加5.77%,而同期国内原①加快发展市场急需的化纤原料油供给增长速度仅为1.67%。国民经济发展远远加快规划内合纤原料建设项目的核准进度,鼓励超过了石油资源发展的速度。具有合纤原料生产能力的民营资本进入,逐步提高我从1996年起我国成为原油的净进口国,对外依国精对苯二甲酸(PTA)、对二甲苯(PX)和EG等重要存度逐年增加。化纤原料的自给率,逐步降低对外依存度。据商务部市场运行司的监测,2006年上半年,②加大纺织纤维资源的开发力度我国的原油产量达9166万t,同比增长2.1%;石油按照循环经济和可持续发展的思路,组织实施利净进口8236万t,同比增长21.3%,其中原油净进用可再生资源生产化纤原料工作加快具有规模效益口7033万t,同步增长17.6%,成品油净进口1203的重大项目建设,如利用生物资源生产EG、1,-丙二万t,同步增长48.3%。上半年石油对外依存度达醇、1,4丁二醇等,拓展可再生纤维资源。47.3%,比2005年提高了4.4%。在《纺织工业第十一个五年规划纲要》中多次提未来15年,中国国民经济将以7%左右的速度出利用生物资源生产EG,既能解决聚酯原料EG的发展,预计原油需求将以4%左右的速度增加,同期短缺,又利用可再生的生物资源发展绿色化工产品。国内石油产量增长速度却只有2%左右,低于石油收稿日期:2006-11-08作者简介:金离尘(1939-),,浙江宁波人,高级工程师,原纺织总会国际合作部副主任。2聚酯工业第20卷需求增长速度,国内石油供需缺口逐年加大。表12种生产路线成本比较国际能源署(IEA)在对我国的能源状况进行深 Table Cost comparison of two kinds of production route入研究后预测,我国2000~2030年石油需求的年均项目石化路线农作物路线乙烯用量/t0.650.65增长率为3%,原油进口依存度将达到82%。乙烯价格/10007702.2石油化工装置产能不断增加乙烯消耗/650500公用工程及所有其它成本/90100(1)石油化工产业为了满足快速增长的市场需副产品和碳排放交易781083136求,加快了发展速度,产品产量迅速增长。利息和折旧EG的)693528(2)原油一次加工能力,乙烯、合成树脂、合成EG的销售价格/(t800-1200(副产品DEG/TEG的价格和EG一样8008/t,实际上国内EG纤维、合成橡胶的生产能力都已位居世界前列。价格已达1000/t)(3)化工用油(尤其石脑油)短缺的矛盾逐步显现。预计未来国内化工用油年缺口量将达800万t石化路线与乙醇路线生产EG的成本差为以上。165/t,不难从表1比较得出结论,采用绿色化工2005年我国原油产量已达到1.82亿t,但仍进生产路线生产EG不仅符合我国的十五加快实口原油1.26亿t,另外还进口成品油3143万t,施石油替代战略,同时还能获得较好的经济效益。油对外依存度已上升到44%。3工艺简述预计到“十一五”末,我国石油消费量将增加到3.3~3.5亿t。为此政府十分关心生物燃料产业的3.1乙醇制乙烯3.1.1原材料发展。国家发改委提出,生物燃料产业发展按3个原材料:乙醇;阶段统筹安排:“十一五”实现技术产业化,“十二消耗值:1.66kg乙醇可生产1.00kg乙烯。五”实现产业规模化,2015年后大发展,到2020年3.1.2工艺简介建立起具有国际竞争能力的生物燃料产业,并使生首先蒸发乙醇、使之过热,并与过热的蒸汽混物燃料消费量占到全部交通燃料的15%左右,改和。然后,把过热的混合物送入到一个绝热的反应委提出“2010年生物燃料年替代石油200万,2020器中,进行催化脱水反应,生成乙烯,反应方程式为:年要达到1000万t”。C2O→C2H4+H2O2.32种工艺对比(石油路线与乙醇路线)此吸热反应在反应温度条件下,1kg乙烯产品从原油加工生产乙烯与利用生物资源的工艺路需要大约1673k热量高温和低压有利于反应的线对比如图1所示。进行,选择设计的操作条件以达到最高的实际转化率和选择性,因而,会减少乙醇的消耗。陆上/海上油气开发甘蔗/玉米反应器系统是整个工厂的核心,并优化以达到主原油加工乙醇工厂非常规能量加工高的选择性,几乎达到乙醇完全转化,在出口处没有明显的DEG和未转化的乙醇。石脑油加工反应器的排废在进入一个两级的骤冷区域前先乙烯工厂通过一系列的换热器,以使顶部带来的杂质的量最小化。用骤冷分离器来分离污染物。从骤冷塔出来环氧乙烷工厂→乙二醇的乙烯依次通过碱洗和水洗以除去副产物、未转化用于销售的乙醇和其他杂质,例如乙醛。反应过程见图2。纯EO乙氧基化物和其他增值产品3.1.3乙醇制备乙烯工艺路线的技术优势(1)非常适合中小规模的乙烯工厂,产能可达图12种工艺路线流程对比30万t/a,而在此产能下石脑油或石油气体裂解的ig.1 Comparison of two kinds of technological process经济性不合理。(2)有利于农业国家如玉米、高粱或甘蔗生产不同EG生产路线,生产25万aEG的总生产国,以用农作物为原材料廉价地生产乙醇,以及乙成本比较(需要乙烯16.25万a),见表1醇的下游产品。第3期金离尘:利用可再生生物能源生产化纤原料乙二醇3CO2汽提塔乙烯反应器蒸汽环氧乙烷EO汽提塔乙醇Bw反应器乙烯柱E水合反应器过热蒸汽乙烯纯化后的乙烯多效蒸发器图2乙醇制造乙烯工艺流程氧气 Fig. 2 Flow chart of producing ethylene with alcohol轻组分塔(3)公用工程消耗和可变成本低。EG塔(4)设备不需要特殊的合金材料,因为脱水反应是在较低的温度360~460℃下进行的,比石脑油EG产品或气体热裂解反应的温度900~950℃低多了。图3乙烯制备EG方块图(5)投资成本较低:如用2000万美元投资建设fig.3 Block diagram of producing EG with ethylene10万a乙烯工厂。4以乙醇为原料年产25万tEG工厂的经(6)项目的工期较短:从设计到开车需要大约16~24月的时间,有较高的投资回报率,能较快地济效益收回投资。其总投资约9.2亿元,其中需花费外汇部分近3.2乙烯制乙二醇占1/3,约为3.2亿元。3.2.1原材料由于目前原料乙醇和中间体乙烯以及最终成品(1)制备EG的主要原材料以及它们的消耗如乙二醇差价达一倍以上初步核算投资回报率大于下:80%,经济效益十分良好。原材料:乙烯(从乙醇或石油);氧气(从空气液生产EG最有效的方法是将生产乙烯和环氧乙化或购买);烷的装置包括进来,才能保证产品收益最佳。只有消耗:每kgEG需0.55~0.6kg乙烯和0.55将乙烯环氧乙烷、EG形成一个生产链,才能确保良0.6kg氧气。好的经济效益。品质和数量有可靠保证,才能降低3.2.2工艺简介加工链的制造成本,确保最终产品EG的可靠供应。高纯度的氧气与乙烯混和,混和气被喂入到多5乙二醇的市场需求管反应器,在反应器的管程装有催化剂。在壳程用沸水作为此反应的热去除剂。反应气体被进一步的聚酯工业快速发展,而聚酯原料PTA及EG由通过换热器进行冷却,用水在EO淋洗器中淋洗以于受到其生产装置的投资、技术及资源等因素的制回收环氧乙烷。用氮气或甲烷作稀释气体。约,使PTA及EG生产能力增长相对滞后,每年进口循环气体的部分蒸气首先被送到CO2吸收器pa及E数量逐步递增,形成我国聚酯工业的发通过化学吸收的方法除去在EO反应器中产生的展瓶颈。CO2,吸收剂是循环的有活性的热碳酸钾溶液。含中国化纤原料大量依赖进口。1996年PTA,EGCO2少的气体返回到反应循环气体系统。富含CO2的进口依存度只有23.7%,30.57%,随后快速提的碳酸盐溶液在CO2淋洗塔中用汽提蒸气进行再高,到2000年双超过50%近年几种主要合纤生,释放的CO2通过塔的顶部被放空到大气中,或原料缺口继续扩大进口依存度一直居高不下。到者根据需要进行回收。2005年PTA高达53.2%,EG,CPL更是提高到78%产生的环氧乙烷然后通过EG反应器。在净化和70%,AN也有27.6%。和移走杂质后得到高纯度的乙烯制备EG。如果需其中2005年EG进口依存度达78%,进口数量要纯环氧乙烷作为产品,可以通过上述的工艺得到达400万t,用汇达35.27亿美元2002~2005年环氧乙烷水溶液,进一步蒸馏以除去乙醛杂质和水国内EG的生产进出口和消费情况见表2及G乙烯制备FG工艺过程见图3(下转第14页)14聚酯工业第20卷用以来系统运行稳定且易于控制能够消化PA工全部投资收回,是一个经济效益和环保效益兼顾的、艺所产生的乙酸甲酯。除能够降低原料乙酸单耗外,具有广阔发展前景的高新技术项目同时改善废气中的VOC浓度,对环保也是有利的。通过厂校结合,较好地应用和发展了乙酸甲酯参考文献:水解的专利技术,有力地实践了国家关于循环经济1]孙静聚酯工艺[M]北京:化学工业出版社,1985和清洁生产的政策方针。同时,为相关行业工厂[2]张军对苯二甲酸副产物醋酸甲酯的形成分析及综合利用(PTA)创造了可观的经济效益,PTA的平均乙酸单[].合成技术及应用,2001,16(3):26-28[3]刘光启.化学化工物性数据手册,有机卷[M]北京:化学工业耗下降了2.7kg;同时环保效益也十分明显,排放尾出版社,2002.气中的乙酸甲酯量平均降低约72%;2a内可以将 The application of AcOCH, hydrolysis new technology to PTA plant ZHANG Chun-yang(Xianglu Petrochemicals(Xiamen)o.ltd., Xiamen361026, China) Abstract: The generated mechanism of the by product methyl acetate in PTA production and the disadvantageous effects of methyl acetate on technology and environment were recounted. By using the patent hydrolysis technique of Fuzhou University, methyl acetate as the by product of PTA plant can be hydrolyzed into acetic acid and methanol. AcOH can be reused as solvent, MeOH can be sold as product. So by using the AcOCH, hydrolysis unit not only the unit consumption of raw material AcOH can be cut down, but also the content of AcOCH, in off-gas can be re- duced, the reduced scope can reach 72% Key words: PTA;AcOCH, ;hydrolysis(上接第3页)表22002-2005年国内EG的生产进出口和消费情况预测2010年我国乙烯产能可达1400万t,但届时 Table 2 The production, Import, export and consumptionn需求量为2500~2600万t,自给率仅50%左右。 conditions of EG from 2002 to 2005 EG2002年2003年2004年2005年6结论产能万t115.60117.60117.60151.60产量/万产91.3796.901.3799.82.82114(1)建议项目完全符合国家“十一五”的要求,进口量/万t214.57251.61400出口量/万t3.292.302.58利用可再生的生物资源生产乙醇及其下游生产链为表观消费量/万302.81346.20436.20514绿色化工产品链,不仅容易得到国家有关方面批准,进口依存度%70.8072.6777.7077.80还可能得到国家政策及财政的支持。由于我国对EG进口依存度达78%,在今后一(2)目前全世界石油价格迅速增长,以可再生段时间内难以被国产化弥补缺口。目前我国乙烯缺的生物资源为起始原料,不仅可促进我国农产品增口也很大,2006年我国乙烯产能达888.5万t,而需值,项目的经济效益也十分显著。求量为1650万t,满负荷投产乙烯自给率仅48%。(3)对环境有利,是一项绿色化工工程。 Using the regenerated biological energy to produce the chemical fiber raw material EG JIN Li-chen (China Chemical Fiber Association, Beijing 100742, China) Abstract: The general technological process and main basis of using the regenerated biological energy to produce EG were introduced. The total production cost was compared between the petroleum and alcohol route. The raw ma- terial and process of producing ethylene with alcohol, producing EG with ethylene was summarized. The market de mand of EG was analysed. It was pointed out that using the regenerated biological energy to produce chemical fiber raw material EG, the lack of PET raw material EG can be solved, the green chemical product can be developed. Kay words, PTA-EG-re