1.1 产品概述
甲醇是基本有机原料之一，用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲胺和甲基叔丁基醚等多种有机产品，也是农药、医药的原料。随着在甲醇制烯烃、甲醇制芳烃、甲醇汽油、甲醇燃料以及甲醇蛋白等领域应用的成熟和发展，甲醇市场需求潜力将进一步扩大。
1.2 产品市场分析
1.2.1 国外市场分析
2014年，世界甲醇总生产能力11773万吨，开工率63.9%，消费量7510万吨。近年来，世界甲醇产消增长主要受东北亚地区驱动，到2014年59%的甲醇产能和近65%的甲醇消费都集中在东北亚地区。东北亚地区大规模兴建的甲醇/二甲醚/甲醇烯烃一体化装置不仅极大地推动了该地区产能增长，也极大地改变了世界甲醇市场格局，即原来甲醇作为独立生产品，可以运送到各地进行下游加工，但是东北亚一体化装置建设，大大降低了区域内贸易量。煤制甲醇比例从目前的45%左右提高到46%左右，天然气制甲醇比例小幅下降至42%。
世界最大甲醇生产厂家是美国的Methanex公司，生产装置分布在加拿大、智利、新西兰、特立尼达及多巴哥、埃及和美国等地，总产能达到640万吨/年，占世界总产能5.4%。Methanex公司本身甲醇消费量很少，其产品主要为外销，其甲醇年贸易量占世界总贸易量的40%～50%。
目前全球甲醇主要用于生产甲醛，占甲醇消费量31%，其它消费领域主要有MTBE、醋酸和其它衍生物的生产、甲醇汽油、二甲醚、MTO/MTP及其它，其消费构成为：甲醛占31%，MTBE占11%，醋酸占10%，醇醚燃料占21%，烯烃占4%，其它占23%。
MTO/MTP是未来数年发展最快的领域，并且中国是该领域唯一的消费国，预计到2020年，甲醇在该领域年均消费增速将高达30%以上。此外，由于中国和伊朗推行甲醇汽油，也将促进甲醇在该领域的消费增长。甲醇其它消费领域的增长率都或多或少的有所下降。
2014年，在中国煤化工和北美页岩气产业快速发展影响下，世界甲醇产能继续保持高速增长，预计到2020年，世界甲醇产能将达到17834万吨，其中29%的产能增长将来自北美地区，中国产能增长量占世界产能增长量55%。同期，世界甲醇需求量将达到13269万吨，其中50%的消费增长来自中国，北美地区贡献率仅2.6%。世界甲醇产品仍然维持供过于求局面。
1.2.2 国内市场分析
目前，我国是世界上最大的甲醇生产国和消费国。截至2015年底，我国甲醇生产能力约7454万吨/年，产量约4720万吨，平均产能利用率为63.3%，进口量553.8万吨，出口量16.3万吨，表观消费量5257.5万吨。2010-2015年期间，国内甲醇产能、产量和表观消费量年均增长率分别达到14.2%、21.9%和18.3%。
近年来，我国甲醇消费在消费总量大幅增长的同时，消费结构也发生了较大的变化。目前，我国甲醇需求主要来自三个领域：传统消费领域、醇醚燃料领域、甲醇制烯烃（芳烃、汽油）领域。未来甲醇制烯烃是甲醇消费增长的主动力。详见下表。
表1 我国甲醇消费结构现状及预测（万吨）
序号 | 消费领域 | 2015年 | 2020年 | 年均增长率 | ||
消费量 | 比例 | 消费量 | 比例 | |||
1 | 传统领域 | 1997 | 38.0% | 2222 | 23.7% | 2.2% |
1.1 | 甲醛 | 1302 | 24.8% | 1409 | 15.0% | 1.6% |
1.2 | 醋酸 | 239 | 4.6% | 285 | 3.0% | 3.5% |
1.3 | 甲胺 | 108 | 2.1% | 115 | 1.2% | 1.2% |
1.4 | MTBE | 182 | 3.5% | 221 | 2.4% | 4.0% |
1.5 | 甲烷氯化物 | 166 | 3.2% | 192 | 2.0% | 3.0% |
2 | 醇醚燃料 | 1090 | 20.7% | 1250 | 13.3% | 2.8% |
2.1 | 二甲醚 | 490 | 9.3% | 500 | 5.3% | 0.4% |
2.2 | 甲醇掺烧 | 450 | 8.6% | 530 | 5.7% | 3.3% |
2.3 | 甲醇燃料 | 150 | 2.9% | 220 | 2.3% | 8.0% |
3 | 石化产品及油品 | 2071 | 39.4% | 5794 | 61.8% | 23.7% |
3.1 | 甲醇制烯烃 | 1866 | 35.5% | 5424 | 57.9% | 23.8% |
3.2 | 甲醇制芳烃 | 0 | 0 | 0 | 0 | -- |
3.3 | 甲醇制汽油 | 205 | 3.9% | 370 | 3.9% | 12.5% |
4 | 其他 | 100 | 1.9% | 110 | 1.2% | 1.9% |
合计 | 5258 | 100% | 9376 | 100.0% | 12.3% | |
预计到2020年，我国甲醇产能将突破1亿吨规模，甲醇消费量将达到9400万吨左右。
1.3 生产规模及产品方案
本项目以煤（或半焦）为原料气化制100万吨/年甲醇项目。同时副产~1.5万吨/年硫磺。年操作时间8000小时。
1.4 工艺技术方案
以煤（或半焦）为原料生产甲醇的主要工艺操作单元包括：煤气化，变化，酸性气体脱除，硫回收，冷冻，甲醇合成，甲醇精馏及空分等。
1.4.1 生产工艺技术及比较
气化工艺技术
（1） 以煤为原料
从煤质指标情况判断，陕西煤炭资源具有低灰、低硫、低磷和中高发热量“三低一高”的特点，属优质动力和化工用煤。以Shell、GSP、HT-L等为代表的气流床粉煤气化技术和以GE为代表的水煤浆气化技术，其煤气化工艺技术均适用该煤种的气化。根据目前已建成煤气化装置分析，采用水煤浆气化技术具有国产化率高，技术成熟可靠、装置大型化、投资相对较低的特点，并且水煤浆气化工艺对陕西煤质适应性好，推荐选用水煤浆气化工艺技术，煤气化压力为6.5MPa，激冷流程，四级闪蒸灰水处理。
（2） 以半焦为原料
和原煤相比，半焦的成浆性更好，有利于水煤浆气化。但是对于耐火砖型水煤浆气化炉，对原料的挥发份要求＞20%。对于水冷壁型水煤浆气化炉，由于有燃料气的伴燃，可以解决半焦或焦末挥发分不足造成的无法点燃问题，对煤的挥发分没有要求。因此，从理论上而言，半焦或焦末可作为气化原料。
神华集团的科研机构在山西阳煤丰喜临猗公司的水煤浆水冷壁激冷气化炉进行半焦末试烧，经过中国煤炭工业协会组织专家现场考核，证明水煤浆水冷壁气化炉可以利用半焦进行气化且运行数据良好，其结果表明当半焦占比在53%时，制得的水煤浆浓度在61.1%，气化炉在连续72小时的周期内运行平稳。新疆天业（集团）天智辰业有限责任公司采用水煤浆水冷壁气化炉，气化原料为电石炉系统产生的全部焦炭沫与本地烟煤混合煤种，焦末掺烧量在50%左右,混合后煤的挥发分在15左右，煤浆浓度61%。该装置运行情况良好。因此，兰炭末作为水煤浆炉的气化原料在技术上是可行的。本项目为保险起见，考虑在兰炭末中混合不超过20%的神木原煤作为制浆原料。
变换工艺技术
推荐采用国内开发的宽温区耐硫部分变换工艺，包括：合成气变换、热量回收和冷凝液回收。采用该技术，工艺设计、催化剂供应、设备设计和制造均可完全立足国内，其工艺指标和消耗可以达到或接近国际先进水平。
酸性气体脱除
酸性气体脱除的任务是脱除变换气中的H2S、少量的有机硫和CO2。考虑技术先进性、公用工程消耗以及装置规模，低温甲醇洗工艺技术优于NHD工艺技术。因此，推荐采用低温甲醇洗工艺技术脱除变换气中的酸性气体。
硫回收
硫回收装置推荐采用克劳斯+SCOT尾气处理的硫回收工艺技术，具有成熟可靠、装置硫负荷能力强、脱硫效率高（可达99.95%）的优点，尾气处理工艺可以保证尾气排放达到环保要求。
冷冻
冷冻工序是向低温甲醇洗和空分装置提供冷量。
由于本项目蒸发温度低，操作工况多，制冷量需求大，因此，推荐采用离心式丙烯压缩机制冷技术。同时离心式压缩机采用蒸汽透平驱动，可以合理利用副产的蒸汽，有很好的节能效果。
合成气压缩
甲醇装置采用等压合成，仅设置循环气压缩机，为离心式压缩机。
甲醇合成
目前世界上甲醇生产主要采用低压法（5～10 MPa），低压法是大规模甲醇工业化装置的发展主流。各种甲醇工艺过程类似，主要区别在于反应器的设计、反应热的移走及回收利用方式的不同，另外所用催化剂亦有差异。
已经建有工业化装置的各种甲醇合成塔，各有优缺点，技术上都是成熟的，各种甲醇合成技术并不存在十分悬殊的先进性差异，目前技术的主要差别在于单系列装置生产能力的大型化及催化剂的性能两方面。
包头神华煤化工有限公司采用Davy公司技术建成投产5500吨/日甲醇装置，是目前国内最大单套甲醇生产装置，采用两个合成塔耦合串并联。本项目消耗指标和技术经济测算暂按Davy公司SRC甲醇合成技术考虑。
甲醇精馏
甲醇精馏工艺有两塔流程和三塔流程两种。三塔流程产品纯度高，能耗只有两塔流程的60－70％，投资高约15％，对于大型装置多采用三塔流程，两塔流程则适合中、小型装置。本项目推荐采用三塔流程。
1.4.2 推荐的工艺技术来源
以煤（或半焦）为原料采用水煤浆气化工艺生产甲醇的工艺技术和主要设备制造可以完全立足国内。
1.5 主要原材料及公用工程消耗
表2 主要原材料消耗量
序号 | 名称 | 单位 | 消耗定额 | 年耗量（万单位） | 备注 |
1 | 原煤 | t | 1.6 | 160 | 以煤为原料 |
1* | 半焦末 | t | 0.9 | 90.0 | 以半焦为原料 |
2* | 煤粉 | t | 0.2 | 20.0 | |
2 | 石灰石 | kg | 13.0 | 1300 |
表3 公用工程规格及消耗量
序号 | 名称 | 规格 | 单位 | 消耗定额 | 小时消耗量 |
1 | 燃料煤 | t | 0.5 | 62.5 | |
2 | 新鲜水 | t | 9.0 | 1125.0 | |
3 | 电 | 10kV/380V | kWh | 192 | 24000 |
1.6 装置占地及定员
年产100万吨煤（或半焦）制甲醇项目占地约60公顷，定员750人。
1.7 主要污染物排放量及处理方式
表4 “三废”排放及处理措施
序号 | 名称 | 排放量 | 特征/组成 | 处理方式 | 备注 |
一 | 废气 | Nm3/h | |||
1 | 低温甲醇洗放空气 | 294120 | CO2：81%，N2:19%，CH3OH：50ppm，总硫：5ppm | 高空排放 | |
2 | 硫回收焚烧尾气 | 16530 | 少量SO2 | 高空排放 | |
二 | 废水 | t/h | |||
1 | 气化污水 | 245 | COD：500，BOD：300，NH3-N：300，SS：200 | 送污水处理 | 煤为原料 |
气化污水 | 100 | COD：500，BOD：300，NH3-N：300，SS：200 | 送污水处理 | 半焦为原料 | |
三 | 废渣 | t/a | |||
1 | 气化炉粗渣 | 17.2×104 | 含碳5% | 综合利用 | 煤为原料 |
2 | 气化炉细渣 | 8.8×104 | 含碳20% | 送锅炉房 | |
5.8×104 | 含碳5% | 综合利用 | 半焦为原料 | ||
2.9×104 | 含碳20% | 送锅炉房 | |||
3 | 废催化剂 | 75 | 金属氧化物 | 厂家回收 | |
4 | 废分子筛 | 82.5/10a | 氧化铝 | 填埋 |
1.8 投资估算及静态效益指标
表5 静态技术经济指标（以煤为原料）
序号 | 名称 | 单位 | 数量 | 备注 |
1 | 总投资 | 万元 | 518800 | |
2 | 建设投资 | 万元 | 482800 | |
3 | 年销售收入 | 万元 | 189900 | 甲醇价格：1900元/吨 |
4 | 年总成本 | 万元 | 130900 | |
5 | 年利税额 | 万元 | 59100 | |
6 | 年利润额 | 万元 | 36500 | |
7 | 投资利税率 | % | 11.4 | |
8 | 投资利润率 | % | 7.0 | |
9 | 投资回收期（税后） | 年 | 10.1 | 包括建设期3年 |
表6 静态技术经济指标（以半焦为原料）
序号 | 名称 | 单位 | 数量 | 备注 |
1 | 总投资 | 万元 | 502800 | |
2 | 建设投资 | 万元 | 467700 | |
3 | 年销售收入 | 万元 | 187600 | 甲醇价格：1900元/吨 |
4 | 年总成本 | 万元 | 131800 | |
5 | 年利税额 | 万元 | 55800 | |
6 | 年利润额 | 万元 | 3400 | |
7 | 投资利税率 | % | 11.1 | |
8 | 投资利润率 | % | 6.8 | |
9 | 投资回收期（税后） | 年 | 10.0 | 包括建设期3年 |
1.9 建议
以煤或半焦为原料的甲醇生产装置和工艺技术，除气化炉装置工艺技术不同外，其它各工段装置和工艺技术完全相同。
水煤浆水冷壁气化炉是清华大学在GE水煤浆气化炉基础上开发设计的，以煤为原料，采用该技术生产合成气的装置已经建有几十套，并且运行情况良好。以半焦为原料采用水煤浆水冷壁气化技术生产甲醇装置已有两套装置运行经验，最大生产规模为20万吨/年甲醇。
本项目实施时，密切关注以半焦为原料采用该技术装置建设与运行进展情况，扩大神木半焦产品作为化工原料的利用途径。
