天然气制合成油的技术经济分析(10页DOC).docx

……………………………………………………………最新资料推荐…………………………………………………天然气制合成油的技术经济分析杨 波（中国石油乌鲁木齐石化公司，830019）摘要：天然气制合成油（GTL）最近几年一直是业内广为关注的焦点，文章对世界各大石油公司的GTL技术进行了比较分析，从技术经济角度论证了现阶段建设相应规模GTL装置的可行性关键词：GTL 天然气 合成油 技术经济分析天然气制合成油（GTL）最近几年一直是业内广为关注的焦点目前世界天然气探明储量达138.47×1012 m3，还有潜在储量252×1012 m3若以年消耗天然气2×1012 m3计，目前的探明储量够用70年，潜在储量够用126年，二者合计够用196年[1]此外，世界上还有大量的煤层气可供利用用天然气合成石油按照目前的技术，1 900 m3天然气可合成1 t石油按照目前掌握的探明储量加潜在储量可以生产上千亿吨的合成石油，而且合成石油的质量远高于天然石油，为生产清洁汽油、柴油提供了合适的原料合成油最重要的优点是不含硫、氮、镍杂质和芳烃等非理想组分，属于清洁燃料，完全符合现代发动机的严格要求和日益苛刻的环境法规。

例如，欧盟柴油含硫量将从目前350×10－6逐渐减小，到2005年为50×10－6，2008年为30×10－6；美国柴油含硫也将从现在的500×10－6逐渐减小，到2006年为15×10－6通过费-托法工艺将天然气转化成合成油的柴油燃料含硫小于1×10－6，芳烃含量小于1%（体积百分数），十六烷值大于70[2]，为生产清洁燃料开辟了一条新途径但目前GTL工业化产能仍然进展不大，迄今为止全世界投用的GTL项目产能仅约为2 400 kt/a虽然业内人士始终对GTL未来前景保持乐观，认为未来10年GTL项目将有较大发展但是也存在一些制约ＧＴＬ项目发展的因素，主要有：(1)ＧＴＬ装置投资大，成本高；（2）工艺不成熟；（3）天然气价格高下面我们就此作一详细分析探讨1 工艺技术分析1.1 GTL工艺流程天然气制合成油（ＧＴＬ）始于20世纪80年代末90年代初现有三套装置：新西兰蒙特尼650 kt/a装置建于1985年，采用美孚公司技术（由甲醇通过分子筛催化剂生产汽油）；南非莫塞尔湾1 240 kt/a装置和马来西亚民都鲁540 kt/a装置（均采用费-托合成技术），建于1993年，分别采用萨索尔和壳牌公司工艺。

三套装置的单位生产能力投资分别为每天10.2、12.7和12.5万美元/桶鉴于第一代ＧＴＬ装置存在的投资较高问题，现正在开发第二代ＧＴＬ技术可提供技术的公司见表1表1 世界各大石油公司的GTL技术一览表工艺技术公司完整GTL技术萨索尔(Sasol)、壳牌(Shell)、埃克森(Exxon)、合成油(Syntroleum)合成气技术德士古（Texaco）、鲁奇（Lurgi）、克鲁帕/乌特（Krupp/Uhde）F-T合成技术Rentech公司、Intevep公司 ＧＴＬ装置主要由合成气生产、F-T合成、合成油处理、反应水处理四部分组成，其流程见图1石蜡石脑油煤油汽油润滑油蜡合成油加工氢气合成烃输出蒸汽/电F－T合成反应器气化炉输出蒸汽氧化物废水排放反应水处理图1 ＧＴＬ装置流程示意图1.2 合成气生产在GTL工艺中，合成气生产过程的装置投资约占总投资的60%，其生产成本也约占总生产成本的60%，因而降低合成气生产过程的装置投资和生产成本，对于提高GTL的经济效益具有决定性的作用合成气生产方法主要有蒸汽转化法（SMR）、部分氧化法（POX）和自热转化法（ATR）天然气水蒸汽重整法制备合成气是强吸热反应，反应过程需要大量吸热，能耗高，该反应属慢速反应，生产装置规模大和投资高，反应所得合成气H2/CO比过高，一般大于3/1（无CO2回收时），不适合作合成油的原料气。

天然气纯氧催化部分氧化法为温和放热反应，反应可在极大空速下进行，所得合成气H2/CO比一般低于2/1，反应温度在1 200～1 500 ℃自热转化法是将蒸汽转化法和部分氧化法结合在一步进行的合成气新工艺，它具有反应温度低，氧气消耗少，H2/CO比为2/1，组成适合于制备合成油等优点在POX和ATR法中，纯氧制备需要昂贵的空分设备投资和增加制氧成本Syntroleum公司改进的ATR法使用空气代替氧气，避免了纯氧制备由于系统是自身热平衡的，省去了热转移系统，ATR反应器更简单，小型化水碳比低于传统的ATR法，从而显著提高了其经济性通过选择合适的水碳比、氧碳比和反应温度，可获得理想的合成油原料气不过由于尾气不能循环，天然气的有效利用率不够高Air Products公司开发的离子传递膜用于合成气的生产技术（简称ITM Syngas），在大于700 ℃高温下利用该技术，可以省去制氧厂以及合成气的其他流程其特点在于氧气流量较高，用浆态反应器来合成液态烃使用该技术成本可降低25%，生产的优质液体燃料可以与价格为20美元/桶或更低的原油竞争1.3 F－T合成工艺合成气在催化剂作用下转化为液体烃的方法，是由德国科学家Frans Fischer和 Hans Topsch于1923年发明的，简称F-T合成。

世界各大石油公司均投入了巨大的人力物力开发F-T合成的催化剂和工艺，并已取得了突破性进展，下面主要介绍萨索尔(Sasol)、壳牌(Shell)、埃克森(Exxon)、合成油(Syntroleum)、Rentech公司、Intevep公司的相关工艺情况1.3.1埃克森(Exxon)的AGC-21工艺[2]Exxon的Advanced Gas Conversion for the 21st century 技术，简称AGC-21技术Exxon在过去的20多年中花费了3亿美元用于发展AGC-21技术，拥有该技术相关的400个美国专利和1 500个国际专利，1990-1993年在Baton Rouge LA炼厂的200桶/d中试装置中，进行了3年实验，现号称拥有设计能力50 000 桶/d以上GTL装置其工艺过程是天然气、氧气和水蒸汽在一个新型的催化部分氧化反应器中反应，生成H2/CO接近2/1的合成气，然后在装有钴基催化剂的浆态反应器内经F-T反应，生成以蜡为主的烃类产物，经固定床加氢异构改质为液态烃产品出售1.3.2壳牌(Shell)的SMDS工艺[3]Shell的Shell Middle Distillate Synthesis技术，简称SMDS工艺。

Shell使用SMDS工艺在马来西亚的民都鲁（Bintulu）建设的GTL工厂于1993年5月投产，总投资8.5亿美元，生产能力为12 500 桶/d，装置的单位投资为每天6.8万美元/桶Shell通过大量的生产运行及建设经验，认为大规模GTL装置（50 000桶/d）的单位投资可降至每天2.6万美元/桶其过程是使用壳牌气化工艺将天然气、氧气和水蒸汽在气化炉中反应，生成的合成气在装有钴基催化剂的列管式固定床反应器内经F-T反应，生成重石蜡，再经加氢裂化、分馏，生产不同液态烃产品出售1.3.3萨索尔(Sasol)的SSPD工艺[4]南非萨索尔公司于1955年至今使用F-T合成工艺以煤为原料生产各种油品，公司拥有萨索Ⅰ、萨索Ⅱ和萨索Ⅲ等三套装置，总建设费用约为60亿美元，大规模生产合成油品和相关产品，目前每年生产出7 100 kt油品和相关化学品2001年销售额为53.99亿美元，营业利润达到14亿美元Sasol Slurry Phase Distillate技术，简称SSPD工艺，它包括三个阶段，第一步天然气转化为合成气，第二步在悬浮态反应器进行F-T合成获取石蜡烃，第三步中间馏分的分馏。

萨索尔公司将其技术转让给南非Mossgas公司，建成1 240 kt/a装置，将海洋天然气转化为合成油，是目前世界上利用F－T技术的最大规模的GTL装置1.3.4 Syntroleum工艺[5]合成油(Syntroleum)公司成立于1984年，建有2桶/d的GTL示范装置Syntroleum公司的合成气生产采用自有的ATR工艺，采用空气代替氧气自热转化生产含氮合成气，以得到F-T反应接近理想的H2/CO比率然后将合成气在大空速下无循环回路一次通过流化床反应器，于2.1～3.5 MPa和190～232 ℃条件下，直接合成链长在一定范围的液体烃，避免了N2的聚集，减少了加氢裂解步骤，而且操作压力也较低Syntroleum工艺反应器结构简单，开停车容易，投资较小，有助于成本的降低该技术适合装置能力5 000桶/d，甚至可低至2 500桶/d，投资费用在每天1.2万～2.7万美元/桶1.3.5 Rentech[5]Rentech公司自1981年以来一直开发F-T工艺，它采用悬浮态反应器和铁催化剂将天然气转化为液体烃，1992年公司建成了一套250桶/d的示范装置目前Rentech准备将美国科罗拉多州Commerce市一套75 kt/a甲醇装置改造为1 000桶/d的GTL装置，产品为柴油、石脑油和石蜡。

1.3.6 Intevep[5]Intevep公司自1991年开始开发F-T工艺，它采用独特的流化床反应器，兼有浆态反应器和列管式固定床反应器的优点，反应物混合好，无返混使用的催化剂粒径比浆态反应器大，催化剂易于通过流化床床层上部的自由空间从产品石蜡中分离出来，装卸催化剂容易由于催化剂颗粒被控制在流化床内，因而催化剂回收系统可取消同时合成气一次通过反应器，不设气体回收系统Intevep预计在2004年可将其技术商业化将上述6家公司的F-T合成工艺数据列表如下（见表2）同时对上述6家公司从其经济技术指标、技术成熟度、生产及小试等各方面进行评比排名，其结果见表3表2 世界各大石油公司F-T合成工艺一览表项目SasolShellExxonSyntroleumRentechIntevep方案1方案2方案1方案2方案1方案2方案1方案2方案1方案2方案1方案2天然气进料/108m3·a－115.551.715.551.715.551.715.551.715.551.715.551.7石脑油/桶·d－1 3 91013 1203 00010 0002 3077 6901 2244 060煤油/桶·d－1003 00010 000002 0004 037柴油/桶·d－111 35037 8504 00020 0007 06523 670450915 757线状链烷烃/桶·d－10000001 2244 030石蜡/桶·d－100007 05023 6205 05016 153产品总量/桶·d－115 79050 97017 24757 62217 00056 70012 00040 00016 47554 53015 29450 507输出电/MW166000001003000000热效率(不含电)0.5610.5610.6260.6260.6160.6160。