课题组在Energy期刊发表论文“Process, economics and environmental comparisons of coal-to-aromatics with different routes and technical specifications”，以下为主要内容。
原文地址为：https://doi.org/10.1016/j.energy.2025.138840

英文原题：Process, economics and environmental comparisons of coal-to-aromatics with different routes and technical specifications
通讯作者：赵志仝 太原理工大学 郝盼 太原理工大学 刘永忠 西安交通大学
作者：任卫桐，李启成，郭旭玲，刘莉，赵志仝，石琪，刘永建，郝盼，刘永忠

为降低石油的对外依存度，目前已开发了四种煤制芳烃技术，包括合成气制芳烃（STA）、甲醇制芳烃（MTA）、苯与合成气烷基化（BAS）和苯与甲醇烷基化（BAM）。对四种路线进行评估对比，指出潜在优势与不足对于发展煤制芳烃具有重要意义，但目前四种路线均未实现工业化，缺少数据支撑。本研究设计并模拟了四条煤制芳烃的全流程工艺，进而通过技术经济分析和生命周期评价指出其经济和环境影响，结果表明STA、MTA、BAM和BAS路径中轻质芳烃对原料的碳利用率分别为11.49%、21.37%、51.73%和62.39%，BAM和STA路线分别展现出最低和最高的总资本投资、最低售价、生命周期一次化石能源消耗和温室气体排放量。MTA路线的生产成本最低，但总资本投资比BAS路线高118.06%。BAS线路的总资本投资是除BAM线路外最低的，但总生产成本比MTA线路高22.05%。因此相较于BAS路线，MTA路线更适宜在低煤价和小规模下发展，而BAS在高煤价和大规模时更有竞争力。此外，提升合成气路线竞争力的方法是提高轻质芳烃选择性，可实现在经济性能上超越MTA路线，在生命周期一次能源消耗量和碳排放方面达到最优。本文为煤制芳烃的工业前景及未来发展提供了指导。

合成气制芳烃（STA）、甲醇制芳烃（MTA）、苯与合成气烷基化（BAS）以及苯与甲醇烷基化（BAM）是四条具有摆脱石油资源依赖的煤制芳烃路线，目前均未实现产业化。在同一基准下进行工艺、经济和环境方面的评估与比较，对于理解各路线的发展机会与瓶颈具有重要作用。鉴于此，本文基于文献以及实验数据，使用工艺流程模拟、技术经济分析和生命周期评估分析和比较四条路线。在工作中建立了从煤炭到芳烃的完整工艺模型，获得了各条路线的生产物料和能源投入产出清单。然后估算和分析了每条路径的总资本投资、最小销售价格、生命周期初级化石能源消耗和碳排放，指出了各路线的最佳发展条件。

煤制芳烃工艺技术路线由空气分离、煤气化、水气变换、低温甲醇洗、合成气制甲醇、合成气制芳烃、甲醇制芳烃、合成气与苯烷基化以及甲醇与苯烷基化单元构成，采用Aspen Plus软件进行工艺流程模拟。

图1. 四种煤制芳烃路线工艺路线设计

技术经济分析的规模基准是年产50万吨的轻质芳烃，价格基准是2022年的中国市场。STA和BAM工艺分别表现出最高和最低的总资本投资（TCI），STA、MTA和BAS工艺的TCI分别比BAM路线高503%、338%和155%，主要的贡献环节是煤气化单元（54%–65%）。

当煤的价格为600元/吨时，BAM工艺的最低售价（MSP）最小，其次是BAS和MTA工艺，STA工艺的MSP最高。四种煤制芳烃工艺的MSP都随煤价的上涨而增大，但STA和MTA工艺的MSP对煤价的变化更敏感，导致MTA工艺在与BAS工艺的对比中，经济性随煤价升高逐减弱甚至变差，平衡点为煤价730元/吨。另外四种工艺的MSP随生产规模扩大都降低，但降低幅度不同，MTA工艺在大规模有利，而BAS工艺在小规模有利，平衡点在30万吨/年。

CSTA和BAM工艺分别在一次化石能源消耗和碳排放方面展示出最高和最低的环境影响。相比于BAM工艺的碳排放和一次化石能源消耗，BAS工艺高出约13%，STA工艺分别高出399.2%和225%，MTA工艺分别高出184%和93.67%。

图2. 四条工艺路线的(a)生产成本TPC,(b)总资本投资TCI,(c,d)最低售价MSP,(e)碳排放GHG,(f)一次化石能源消耗PFE

为探索煤制芳烃工艺性能对经济效益和环境效益的影响，确定盈亏平衡点，对轻质芳烃的选择性进行灵敏度分析。发现STA工艺路线的轻质芳烃选择性超过60%时，其经济性能可与MTA和BAS路线相竞争；BAS工艺路线的轻质芳烃选择性分别超过60%和70%时，其生命周期一次化石能源消耗和碳排放量可低于BAM路线。

图3. 轻质芳烃选择性对(a)STA和(b)BAS路线的经济以及环境影响

对包括STA、MTA、BAS和BAM在内的四种煤制芳烃路线进行了工艺设计和流程模拟，获得了各路线的投入产出信息，相对于原料，STA、MTA、BAS和BAM路径中轻质芳烃的碳利用率分别为11.49%、21.37%、51.73%和62.39%。随后进行了技术经济分析和生命周期评估，表明STA路线的总设备投资、最低售价、生命周期一次化石能源消耗和碳排放最高，这归因于其低的芳烃选择性，只有轻质芳烃选择性超过60%时，其经济性能才可与MTA和BAS路线相竞争。BAM路线在经济性、能源消耗和碳排放方面最佳。BAS和MTA路线居中，两者相较，MTA路线在低煤价和小规模情况下更具有经济竞争力，而BAS路线则在高煤价和大规模时更有经济优势。同时发现当BAS路线的轻质芳烃选择性分别超过60%和70%时，其生命周期一次化石能源消耗和碳排放可低于BAM路线。

相关论文发表在Energy，任卫桐为文章的第一作者，赵志仝博士、郝盼博士、刘永忠教授为通讯作者。

赵志仝 博士
赵志仝，太原理工大学化学与化工学院讲师，硕士生导师，从事煤基资源的化学产品工程、过程系统工程研究。

郝盼 博士
郝盼，太原理工大学化学与化工学院讲师，硕士生导师，从事煤炭清洁高效转化研究。

刘永忠 教授
刘永忠，西安交通大学化学工程与技术学院教授，从事新能源系统工程、传递过程等研究。

Energy2026, 338, 138840.
Publication Date: October 13, 2025
https://doi.org/10.1016/j.energy.2025.138840
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