天然氣制合成油

第5章天然氣制合成油5.1概述5.2天然氣制合成油技術(shù)5.3世界天然氣制合成油裝置的總體發(fā)展概況5.4天然氣制合成油技術(shù)研發(fā)情況5.5我國天然氣制合成油研發(fā)狀況及存在的差距5.6天然氣制合成油成熟技術(shù)比較及其技術(shù)經(jīng)濟性5.7世界天然氣制合成油發(fā)展的宏觀環(huán)境分析5.8我國發(fā)展天然氣制合成油的前景分析2/6/20231第5章天然氣制合成油5.1概述5.1.1天然氣制合成油的發(fā)展史氣轉(zhuǎn)液GTL（GastoLiquid）技術(shù)裝置規(guī)模天然氣資源環(huán)保法規(guī)5.1.2天然氣制合成油的主要產(chǎn)品類別及特點

GTL泛指由氣體合成液體產(chǎn)品，一般是指通過天然氣合成液體燃料，也有將此過程稱為GTP（GastoProducts）的，是指由氣體合成產(chǎn)品的含義。2/6/20232第5章天然氣制合成油5.1概述GTL產(chǎn)品分類方法C5~C9石腦油餾分C10~C16煤油餾分C17~C22柴油餾分C23以上

石蠟餾分天然氣合成潤滑油基礎(chǔ)油不含或低含硫、氮和芳烴無色、無味、燃燒清潔并可生物降解2/6/20233第5章天然氣制合成油5.2天然氣制合成油技術(shù)一體化三步流程天然氣轉(zhuǎn)化成合成氣費托（F-T）合成產(chǎn)品2/6/20234第5章天然氣制合成油5.2天然氣制合成油技術(shù)5.2.1天然氣制合成氣技術(shù)概況天然氣甲烷少量的C2、C3、CO2、硫化氫等合成氣甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化法部分氧化法自熱轉(zhuǎn)化法兩步轉(zhuǎn)化法2/6/20235第5章天然氣制合成油5.2天然氣制合成油技術(shù)5.2.1.1蒸汽轉(zhuǎn)化H2O+CH4→H2+CO-Q800~900℃2MPa鎳催化劑2/6/20236第5章天然氣制合成油5.2天然氣制合成油技術(shù)適用情況裝置處理能力低于1×104桶/天過剩H2可以用于甲醇或氨的生產(chǎn)天然氣中CO2含量高當?shù)厮畠r格低廉典型技術(shù)FosterWheller公司HaldorTopsoe公司動力技術(shù)國際公司Lurgi公司伍德公司BP公司2/6/20237第5章天然氣制合成油5.2天然氣制合成油技術(shù)5.2.1.2部分氧化（POX）蒸氣轉(zhuǎn)化強吸熱反應(yīng)供熱可不預(yù)脫硫不選擇原料1200~1500℃，一般為1400℃14MPa以上2/6/20238第5章天然氣制合成油5.2天然氣制合成油技術(shù)催化劑非催化部分氧化天然氣、氧、水蒸氣≧3.0MPa襯有耐火材料的轉(zhuǎn)化爐內(nèi)進行部分燃燒1300~1400℃出爐氣體組成（體積分數(shù)）CO25%、CO42%、H252%、CH40.5%自熱絕熱式反應(yīng)器Shell公司SGP工藝炭效率>95%2/6/20239第5章天然氣制合成油5.2天然氣制合成油技術(shù)催化部分氧化原料脫硫后的天然氣氧或富氧空氣水蒸氣鎳催化劑900~1000℃3.0MPa出轉(zhuǎn)化爐氣體組成（體積分數(shù)）CO27.5%、CO25.5%、H267%CH4<0.5%自熱絕熱式反應(yīng)器2/6/202310第5章天然氣制合成油5.2天然氣制合成油技術(shù)同ATR技術(shù)比，POX的缺點工藝過程易形成煙塵，且氨和氫化氰含量高較高的氧耗無水汽轉(zhuǎn)換反應(yīng)，甲烷無法循環(huán)到轉(zhuǎn)化器中德士古公司技術(shù)典型技術(shù)Shell公司技術(shù)BG公司技術(shù)2/6/202311第5章天然氣制合成油5.2天然氣制合成油技術(shù)5.2.1.3自熱轉(zhuǎn)化（ATR）POX法合SMR法出口溫度1000℃S/C>1.3優(yōu)點反應(yīng)溫度低耗氧量少H2/CO=2：1與POX相比在蒸汽和O2存在下使用催化劑生成合成氣合成氣中沒有煙塵、氨和氫化氰。2/6/202312第5章天然氣制合成油5.2天然氣制合成油技術(shù)ATR，保證S/C比>1.3影響裝置熱效率和成本的參數(shù)氧氣和天然氣的預(yù)熱溫度預(yù)熱溫度↑回收的有效熱量↑安全和避免煙塵形成廢熱鍋爐的蒸汽壓力蒸汽壓力↑回收的有效熱量↑蒸汽和水處理系統(tǒng)成本↑相對成本和裝置熱量Lurgi、HaldorTopsoe、SyntroleumExxonMobil等公司2/6/202313第5章天然氣制合成油5.2天然氣制合成油技術(shù)5.2.1.4兩步轉(zhuǎn)化結(jié)合蒸汽轉(zhuǎn)化和自熱轉(zhuǎn)化更充分地利用了裝置熱能裝置熱效率會提高1~2%Kaverner、林德公司2/6/202314第5章天然氣制合成油5.2天然氣制合成油技術(shù)5.2.1.5合成氣技術(shù)比較2/6/202315第5章天然氣制合成油5.2天然氣制合成油技術(shù)2/6/202316第5章天然氣制合成油5.2天然氣制合成油技術(shù)2/6/202317第5章天然氣制合成油5.2天然氣制合成油技術(shù)5.2.2天然氣制合成油技術(shù)概況是否采用合成氣工藝直接轉(zhuǎn)化間接轉(zhuǎn)化天然氣→液體燃料天然氣→合成氣→液體燃料節(jié)省生產(chǎn)合成氣的費用甲烷分子很穩(wěn)定F-T合成路線甲醇路線天然氣→合成氣→甲醇→液體燃料2/6/202318第5章天然氣制合成油5.2天然氣制合成油技術(shù)F-T技術(shù)天然氣→氣態(tài)烴→液體燃料和相關(guān)石化品200~300℃1.0~4.0MPa鐵基或鈷基催化劑氣體循環(huán)烴類鏈長反應(yīng)溫度催化劑反應(yīng)器類型F-T反應(yīng)器固定床反應(yīng)器（帶有小直徑外部冷卻盤管）循環(huán)床反應(yīng)器流化床反應(yīng)器漿態(tài)床反應(yīng)器2/6/202319第5章天然氣制合成油5.2天然氣制合成油技術(shù)F-T合成技術(shù)高溫F-T合成（HTFT）低溫F-T合成（LTFT）鐵基催化劑產(chǎn)品→汽油、柴油、溶劑油和烯烴等無硫但含芳烴鈷基催化劑石蠟→特種蠟經(jīng)加氫裂化/異構(gòu)化→優(yōu)質(zhì)柴油、潤滑油基礎(chǔ)油石腦油餾分無硫→無芳烴Sasol改進流化床反應(yīng)器技術(shù)漿態(tài)床反應(yīng)器技術(shù)2/6/202320第5章天然氣制合成油5.2天然氣制合成油技術(shù)5.2.2.1Sasol公司漿態(tài)床餾分油（SSPD）工藝密相流化床（改進的Synthol）工藝低溫技術(shù)高溫技術(shù)SSPD工藝關(guān)鍵技術(shù)漿態(tài)床反應(yīng)器三相鼓泡塔合成氣熔融石蠟液催化劑顆粒低溫噴霧干燥成型共沉淀鐵基催化劑2/6/202321第5章天然氣制合成油5.2天然氣制合成油技術(shù)250℃F-T合成反應(yīng)→石蠟反應(yīng)熱蒸汽盤管移出供后續(xù)的產(chǎn)品加氫裂化或異構(gòu)化使用裝置總熱效率62%。SSPD反應(yīng)器的優(yōu)點壓差僅為流化床反應(yīng)器的1/7~1/3成本僅為流化床應(yīng)器的1/4氣液混合良好提高了反應(yīng)速率產(chǎn)率較高催化劑可在線更換開工率易達98%2/6/202322第5章天然氣制合成油5.2天然氣制合成油技術(shù)SSPD工藝產(chǎn)品石腦油中間餾分油裂解原料和輕溶劑油可配入柴油或分餾出煤油和柴油SSPD工藝改進反應(yīng)器催化劑固定床（Arge）和循環(huán)床反應(yīng)器流化床漿態(tài)床反應(yīng)器高溫低相對分子質(zhì)量低溫燃料蒸汽盤管2/6/202323第5章天然氣制合成油5.2天然氣制合成油技術(shù)SSPD工藝技術(shù)特點SSPD轉(zhuǎn)化反應(yīng)器ATR工藝同時通入天然氣、氧氣和水蒸氣上部燃燒段天然氣部分氧化下部固定床整齊催化轉(zhuǎn)化段蒸汽轉(zhuǎn)化取消蒸汽轉(zhuǎn)化用爐管靈活控制H2/CO比2/6/202324第5章天然氣制合成油5.2天然氣制合成油技術(shù)SSPD費托合成部分漿態(tài)床反應(yīng)器三相共存的鼓泡反應(yīng)塔基本是等溫操作壓降甚低控制方便操作成本較低2/6/202325第5章天然氣制合成油5.2天然氣制合成油技術(shù)SSPD費托合成催化劑低溫噴霧成型的共沉淀鐵基催化劑鈷基催化劑提高重餾分產(chǎn)率磨耗損失少從石蠟產(chǎn)品中分離易合成的重油和石蠟經(jīng)緩和加氫裂化/加氫異構(gòu)處理，可最大限度地生產(chǎn)柴油。2/6/202326第5章天然氣制合成油5.2天然氣制合成油技術(shù)SSPD工藝熱效率>62%裝置可實現(xiàn)能量自給SAS工藝天然氣合成汽油和輕烴固定流化床（FFB）技術(shù)熔鐵催化劑340℃2.5MPa2/6/202327第5章天然氣制合成油5.2天然氣制合成油技術(shù)5.2.2.2Shell公司SMDS工藝2/6/202328第5章天然氣制合成油5.2天然氣制合成油技術(shù)Shell公司合成油工藝的主要改進SGP階段非催化自熱部分氧化加余熱回收專利技術(shù)HPS階段重烷烴合成反應(yīng)器能力提高、設(shè)計可靠性改進新的HPS催化劑較大型多管反應(yīng)器2/6/202329第5章天然氣制合成油5.2天然氣制合成油技術(shù)5.2.2.3ExxonMobile公司AGC-21工藝21世紀先進天然氣轉(zhuǎn)化工藝2/6/202330第5章天然氣制合成油5.2天然氣制合成油技術(shù)5.2.2.4Syntroleum公司可以用于小規(guī)模氣田9×104t/a漿態(tài)鼓泡塔反應(yīng)器Co基催化劑190~230℃2.0~3.5MPa均勻直鏈烴緩和加氫精制和加氫裂化2/6/202331第5章天然氣制合成油5.2天然氣制合成油技術(shù)Syntroleum第二代GTL工藝特點合成氣生產(chǎn)部分取消空分裝置氧氣→空氣ATR轉(zhuǎn)化在原料天然氣中加入少量CO2

加有耐火材料襯里的碳鋼轉(zhuǎn)化反應(yīng)器內(nèi)裝具有專利權(quán)的鎳基催化劑高的活性與選擇性高空速含N2量高管式固定床反應(yīng)器中溫度的控制提高了費托合成部分單程轉(zhuǎn)化率“一次通過”型工藝流程2/6/202332第5章天然氣制合成油5.2天然氣制合成油技術(shù)費托合成催化劑鈷基催化劑活性組分鈷助劑鉀載體Si或Al2O3或Si-Al2O30.5MPa控制鏈增長（C5~C6）↑（C1~C4）↓產(chǎn)品精制部分常規(guī)加氫裂化/分餾柴油、煤油和石腦油等產(chǎn)品2/6/202333第5章天然氣制合成油5.2天然氣制合成油技術(shù)費托合成反應(yīng)器臥式固定床操作與控制更靈活5.2.2.5Rentech公司與上述工藝相同GTL技術(shù)采用鐵基催化劑降低了GTL裝置的操作成本提高了H2/CO比2/6/202334第5章天然氣制合成油5.2天然氣制合成油技術(shù)5.2.2.6Intevep流化床反應(yīng)器有漿態(tài)床反應(yīng)器和列管式固定床反應(yīng)器優(yōu)點反應(yīng)物混合好，無返混催化劑粒徑比漿態(tài)反應(yīng)器大易于從產(chǎn)品石蠟中分離出來在線裝卸容易催化劑顆粒在流化床內(nèi)取消催化劑回收系統(tǒng)合成氣一次通過反應(yīng)器2/6/202335第5章天然氣制合成油5.2天然氣制合成油技術(shù)5.2.2.7費托合成技術(shù)比較（1）催化劑低成本、長壽命2/6/202336第5章天然氣制合成油5.2天然氣制合成油技術(shù)（2）反應(yīng)工藝比較2/6/202337第5章天然氣制合成油5.2天然氣制合成油技術(shù)漿態(tài)床反應(yīng)器大型裝置Arge型管式固定床反應(yīng)器小規(guī)模裝置2/6/202338第5章天然氣制合成油5.2天然氣制合成油技術(shù)5.2.3天然氣合成油加工精制工藝F-T法合成的烴類產(chǎn)物直接生產(chǎn)中間餾分油烷烴和正構(gòu)α-烯烴含氧化合物作為合成原油送往煉油廠緩和加氫裂化／加氫異構(gòu)化長鏈切成短鏈正構(gòu)和異構(gòu)烷烴高質(zhì)量噴氣燃料、石腦油、柴油調(diào)和料其他石油產(chǎn)品或石化原料等2/6/202339第5章天然氣制合成油5.2天然氣制合成油技術(shù)2/6/202340第5章天然氣制合成油5.2天然氣制合成油技術(shù)2/6/202341第5章天然氣制合成油5.2天然氣制合成油技術(shù)合成油加工對合成原油進行處理加氫處理產(chǎn)品分餾市場需要的產(chǎn)品和普通油品加工工藝基本相同α費托工藝轉(zhuǎn)化程度Anderson-Schultz-Flory分配系數(shù)α↓輕烴↑α↑含蠟烴（>C20）↑2/6/202342第5章天然氣制合成油5.2天然氣制合成油技術(shù)5.2.4天然氣制合成油技術(shù)總比較2/6/202343第5章天然氣制合成油5.2天然氣制合成油技術(shù)2/6/202344第5章天然氣制合成油5.3世界天然氣制合成油裝置的總體發(fā)展概況2000年5.3.1己建天然氣制合成油裝置情況5.3.1.1Sasol莫塞爾灣合成油廠莫塞爾灣120×104t/a（萬桶/天）GTL裝置SSPD工藝HaldorTopsoe公司ATR技術(shù)生產(chǎn)合成氣天然氣→合成氣Sasol漿態(tài)床反應(yīng)器中合成氣→含蠟合成油+含烯烴石腦油Chevron公司的加氫裂解／加氫異構(gòu)化技術(shù)合成油→石腦油+柴油2/6/202345第5章天然氣制合成油5.3世界天然氣制合成油裝置的總體發(fā)展概況SSPD工藝Sasol公司提供水處理CRTC公司提供產(chǎn)品凈化Generic公司提供空氣分離與H2生產(chǎn)裝置煉制過程分餾、異構(gòu)化、烷基化、齊聚、加氫處理和鉑重整進料504×104m3/d貧天然氣3.43m3/d凝析油蒸汽轉(zhuǎn)化和自熱轉(zhuǎn)化合成氣聯(lián)合工藝三臺Synthol反應(yīng)器（每臺能力1192m3/d）低溫（200~250℃）低壓（2~2.5MPa）液體漿態(tài)狀的合成原油2/6/202346第5章天然氣制合成油5.3世界天然氣制合成油裝置的總體發(fā)展概況反應(yīng)產(chǎn)生的熱量由設(shè)置在床層內(nèi)的盤管移去，并產(chǎn)生中壓蒸汽。液體產(chǎn)物從反應(yīng)器引出，從催化劑中分出液體烴蠟。從反應(yīng)器頂部出來的氣體物流經(jīng)冷卻后回收輕質(zhì)烴與反應(yīng)水。SSPD裝置總熱效率可達63%SasolF-T合成工藝液態(tài)烴產(chǎn)品高沸點石蠟含烯烴石腦油緩和條件下進行加氫裂化加氫處理2/6/202347第5章天然氣制合成油5.3世界天然氣制合成油裝置的總體發(fā)展概況石腦油、GTL柴油產(chǎn)品、煤油、輕／重工業(yè)甲醇和燃料油。芳烴含量低，幾乎不含硫、氮與金屬，主要由烷烴組成。石腦油優(yōu)質(zhì)石化原料GTL柴油優(yōu)質(zhì)調(diào)和組分2/6/202348第5章天然氣制合成油5.3世界天然氣制合成油裝置的總體發(fā)展概況5.3.1.2Shell馬來西亞民都魯合成油廠SMDS中間餾分合成技術(shù)2/6/202349第5章天然氣制合成油5.3世界天然氣制合成油裝置的總體發(fā)展概況甲醇5.3.1.3ExxonMobil公司MTG廠無定形氧化鋁二甲醚、水及甲醇的平衡混合物ZSM-5高辛烷值汽油93.7烯烴、烷烴、環(huán)烷烴和芳烴高產(chǎn)率的優(yōu)質(zhì)汽油，熱效率高，過程簡單，工業(yè)化放大技術(shù)風險小。2/6/202350第5章天然氣制合成油5.3世界天然氣制合成油裝置的總體發(fā)展概況5.3.1.4運行裝置主要產(chǎn)品柴油性質(zhì)比較2/6/202351第5章天然氣制合成油5.3世界天然氣制合成油裝置的總體發(fā)展概況5.3.2在建天然氣制合成油裝置概況5.3.2.1SasolChevron尼日利亞GTL廠Sasol公司Chevron公司SSPD技術(shù)ISOCRACKING技術(shù)異構(gòu)裂化170×104t/aGTL工廠聯(lián)合生產(chǎn)工藝HaldorTopsoe公司合成氣工藝SSPD技術(shù)Chevron公司異構(gòu)裂解和異構(gòu)脫蠟工藝生產(chǎn)燃料油或潤滑油三相鼓泡塔式反應(yīng)器240℃含蠟合成原油烯烴加氫含氧化合物經(jīng)加氫生成石蠟烴重質(zhì)石蠟烴的加氫裂化無硫、低含氮2/6/202352第5章天然氣制合成油5.3世界天然氣制合成油裝置的總體發(fā)展概況主要產(chǎn)品清潔柴油其他液化石油產(chǎn)品石腦油液化石油氣2/6/202353第5章天然氣制合成油5.3世界天然氣制合成油裝置的總體發(fā)展概況5.3.2.2Sasol卡塔爾GTL廠Sasol石油公司卡塔爾石油OryxGTL公司Sasol公司SSPD工藝中餾分油、石腦油和LPG5.3.2.3澳大利亞SweetwaterGTL項目Sweetwater公司安然公司Sweetwater合成油廠合成潤滑油和正構(gòu)烷烴等特種產(chǎn)品III類潤滑油基礎(chǔ)油黏度為2mm2/s、4mm2/s、6mm2/s、8mm2/s2/6/202354第5章天然氣制合成油5.3世界天然氣制合成油裝置的總體發(fā)展概況Syntroleum公司第一代技術(shù)ATR反應(yīng)器驟冷并進一步冷卻不用分離空氣或脫除CO2用鉀改性的鈷基催化劑高活性高選擇性大空速單程Lyondell石化公司合成蠟異構(gòu)化工藝UOP公司許可的Molex工藝2/6/202355第5章天然氣制合成油加氫裂化、催化脫蠟或異構(gòu)脫蠟5.3世界天然氣制合成油裝置的總體發(fā)展概況5.3.3擬建天然氣制合成油裝置概況卡塔爾5.3.3.1Shell公司卡塔爾項目Shell公司卡塔爾QatarShellGTL項目RasLaffanPearlGTL石腦油、車用油、少量的石蠟和潤滑油基礎(chǔ)油凝析油、LPG第一階段生產(chǎn)GTL產(chǎn)品第二階段含蠟餾分油第二代GTL基礎(chǔ)油2/6/202356第5章天然氣制合成油5.3世界天然氣制合成油裝置的總體發(fā)展概況2/6/202357第5章天然氣制合成油5.3世界天然氣制合成油裝置的總體發(fā)展概況5.3.3.2ExxonMobile公司項目ExxonMobile公司卡塔爾石油公司RasLaffen工業(yè)城GTL聯(lián)合生產(chǎn)廠燃料和石油化工產(chǎn)品柴油50%潤滑油基礎(chǔ)油20%石腦油和化工產(chǎn)品等采用ExxonMobile公司的AGC-21工藝流化床催化部分氧化生產(chǎn)合成氣懸浮床F-T合成液體烴固定床加氫異構(gòu)改質(zhì)2/6/202358第5章天然氣制合成油5.3世界天然氣制合成油裝置的總體發(fā)展概況自熱轉(zhuǎn)化式H2/CO≈2/11.5~2.5mol蒸汽/甲烷0.4~0.6molO2/molCH4

重整反應(yīng)+部分氧化反應(yīng)950~1060℃>4MPa封閉式旋風分離器α-鋁基的鎳催化劑多相鼓泡塔懸浮相反應(yīng)器費托Co基催化劑液體烴高產(chǎn)率高選擇性C5~260℃260~371.1℃>371.1℃正構(gòu)烷烴室溫固體白蠟普通固定床加氫異構(gòu)反應(yīng)器專利催化劑高級柴油噴氣燃料特種石蠟潤滑油聚合物醇類2/6/202359第5章天然氣制合成油5.3世界天然氣制合成油裝置的總體發(fā)展概況5.3.3.3Syntroleum公司SyntroleumATR技術(shù)空氣自動加熱重整反應(yīng)過程中處理氮氣省掉控制和調(diào)節(jié)供氫功能循環(huán)回路壓縮機ATR反應(yīng)器結(jié)構(gòu)緊湊空氣取代純氧系統(tǒng)熱平衡，無需傳熱系統(tǒng)H2/CO分子比2:1可用蒸汽加入量來調(diào)節(jié)鎳基催化劑耐火襯里的碳鋼材料2/6/202360第5章天然氣制合成油5.3世界天然氣制合成油裝置的總體發(fā)展概況Syntroleum工藝所產(chǎn)S-2合成燃料基本不含硫（含硫＜1μg/g）不含芳烴飽和烴含量〉99%十六烷值73.6相對密度較低（0.7715）2/6/202361第5章天然氣制合成油5.3世界天然氣制合成油裝置的總體發(fā)展概況5.3.3.4ConocoPhillips卡塔爾項目ConocoPhillips公司卡塔爾石油公司柴油SasolChevron卡塔爾項目SSPD技術(shù)產(chǎn)品精制部分采用Chevron公司技術(shù)主要產(chǎn)品石腦油、柴油和潤滑油2/6/202362第5章天然氣制合成油5.3世界天然氣制合成油裝置的總體發(fā)展概況5.3.4大型中試裝置5.3.4.1Syntroleum中試裝置美國能源部、Marathon和SyntroleumCastoosaGTL示范裝置Syntroleum公司專有技術(shù)天然氣→3500t/a超清潔合成運輸燃料合成氣（ATR工藝）F-T合成法SynfiningTM工藝大型工業(yè)示范裝置超清潔柴油2/6/202363第5章天然氣制合成油5.3世界天然氣制合成油裝置的總體發(fā)展概況5.3.4.2BP公司中試裝置BP勘探公司Davy（戴維）工藝技術(shù)公司GTL示范裝置天然氣→5000t/a合成原油1.25×104t/a為利用天然氣轉(zhuǎn)化為液體燃料而測試一套低成本合成氣轉(zhuǎn)化爐以及檢驗費托催化劑BP低成本合成氣新工藝緊湊式蒸汽轉(zhuǎn)化器質(zhì)量為常規(guī)轉(zhuǎn)化器的30%甲烷與蒸汽在轉(zhuǎn)化裝置中生成合成氣燃燒與催化蒸汽轉(zhuǎn)化相組合使用蒸汽2/6/202364第5章天然氣制合成油5.3世界天然氣制合成油裝置的總體發(fā)展概況5.3.4.3ExxonMobil中試裝置1000t/aFBSG工藝中試裝置合成氣部分氧化和蒸汽轉(zhuǎn)化流化床反應(yīng)器合成原油F-T合成漿態(tài)床反應(yīng)器鈷較低苛刻度催化裂化原料+潤滑油基礎(chǔ)油較高苛刻度發(fā)動機燃料熱效率高、流化床反應(yīng)器適合工業(yè)放大、工藝設(shè)備尺寸小、占地少、投資低等優(yōu)點。流化床還未取得理想混合值催化劑磨損甲烷轉(zhuǎn)化率低工藝對催化劑攜帶過于敏感2/6/202365第5章天然氣制合成油5.3世界天然氣制合成油裝置的總體發(fā)展概況5.3.3.4美國合成燃料國際公司與得克薩斯

A&M大學中試裝置天然氣→乙炔（中間產(chǎn)物）→合成油400t/a汽油等燃料產(chǎn)品工藝過程天然氣和空氣混合先進行脫氮與輕循環(huán)氣混合入高溫裂解爐乙炔、氫氣、未反應(yīng)的甲烷、水蒸氣和CO水急冷分步脫水壓縮加氫乙炔→乙烯進催化反應(yīng)器，生成液體產(chǎn)品57m3/d圓筒形反應(yīng)器填充床反應(yīng)器甲烷、丙烷和丁烷2:1小氣田采用該項技術(shù)也可經(jīng)濟有效生產(chǎn)GTL產(chǎn)品2/6/202366第5章天然氣制合成油5.3世界天然氣制合成油裝置的總體發(fā)展概況5.3.4.5CononcoPhillips公司中試裝置美國俄克拉荷馬州龐卡城11.3×104m3天然氣→400桶無硫柴油或石腦油不含污染性的硫、芳烴和金屬5.3.4.6Rentech公司中試裝置天然氣制合成油規(guī)模小型化Lurgi、ICI能源工藝過程和化學工程研究所礦物與技術(shù)大學（德國弗賴貝格）高壓部分氧化合成氣中試裝置10MPa合成燃料及甲醇、肥料、氨等化工產(chǎn)品2/6/202367第5章天然氣制合成油5.4天然氣制合成油技術(shù)研發(fā)情況F-T法天然氣煉油改進和研發(fā)降低投資提高產(chǎn)品質(zhì)量提高效率合成氣提高單系列裝置能力以提高規(guī)模效益費托合成擴大規(guī)模產(chǎn)品改質(zhì)降低操作壓力5.4.1合成氣技術(shù)開發(fā)2/6/202368第5章天然氣制合成油5.4天然氣制合成油技術(shù)研發(fā)情況感應(yīng)偶合等離子體轉(zhuǎn)化特點a.采用高能感應(yīng)耦合等離子體火焰發(fā)生純

CO2等離子體，用于甲烷轉(zhuǎn)化生產(chǎn)合成氣b.不用空氣和氧化，轉(zhuǎn)化率>95%c.合成氣用RentechF-T合成法生產(chǎn)液體烴，產(chǎn)率提高50%2/6/202369第5章天然氣制合成油5.4天然氣制合成油技術(shù)研發(fā)情況5.4.2GTL技術(shù)開發(fā)降低裝置的投資成本和操作成本改進的F-T合成技術(shù)新型鈷基催化劑漿態(tài)床反應(yīng)器Sasol莫塞爾灣GTL裝置16個循環(huán)流化床(CFB)反應(yīng)器→8個SAS反應(yīng)器Syntroleum公司進行GTL工藝研究多種催化劑的測試CatoosaGTL示范裝置成功運行2/6/202370第5章天然氣制合成油5.4天然氣制合成油技術(shù)研發(fā)情況ExxonMobil公司21世紀先進的天然氣轉(zhuǎn)化技術(shù)（AGC-21）專利CononcoPhillips公司GTL研發(fā)中心F-T合成催化劑試驗Rentech公司天然氣小規(guī)模的GTL技術(shù)美國得克薩斯A&M大學和合成燃料國際公司新型GTL技術(shù)天然氣→乙炔→液體燃料2/6/202371第5章天然氣制合成油5.4天然氣制合成油技術(shù)研發(fā)情況5.4.3催化劑F-T合成高C5以上產(chǎn)率、低甲烷和氣態(tài)烴選擇性Fe、Co、Ni、Ru和Rh工業(yè)價值有利于生成甲烷有利于合成大分子烴有利于生成含氧化合物金屬、氧化物或碳化物鈷催化劑低水汽變換高活性相對低價格低CO2選擇性較高長鏈烷烴選擇性RentechH2/CO比操作費用↓2/6/202372第5章天然氣制合成油5.4天然氣制合成油技術(shù)研發(fā)情況Cosmo石油公司費-托合成釕催化劑產(chǎn)品煤油+輕質(zhì)油品懸浮法催化反應(yīng)270℃3MPa更好的耐CO2性能GTL催化劑高合成氣轉(zhuǎn)化率鏈增長嚴格控制柴油產(chǎn)率良好的活性與選擇性磨耗損失、產(chǎn)品分離等方面與工藝條件價格合理產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與尾氣利用選擇性、活性和使用時間2/6/202373第5章天然氣制合成油5.4天然氣制合成油技術(shù)研發(fā)情況GTL催化劑高溫合成350℃左右鐵基催化劑改進低溫合成250℃左右鈷基催化劑改進Shell公司茂金屬催化劑性能佳價格高合成氣系統(tǒng)、F-T反應(yīng)系統(tǒng)、高效選擇性催化劑減少裝置投資取消合成氣步驟Catalytica公司直接甲烷氧化DMO工藝提高物流量和加強熱聯(lián)合利用合成水發(fā)生蒸汽利用氮氣利用弛放氣及更多循環(huán)CO22/6/202374第5章天然氣制合成油5.5我國天然氣制合成油研發(fā)狀況及存在的差距5.5.1我國天然氣制合成油研究狀況遼寧錦州石油六廠與中科院大連化物所聯(lián)合300t/a中壓鐵劑合成油研究目標合成氣造氣合成油新型催化劑F-T合成反應(yīng)器合成氨和甲醇造氣一段火管轉(zhuǎn)化，空氣(O2)主風二段轉(zhuǎn)化催化部分氧化反應(yīng)熱效應(yīng)低，合成氣品質(zhì)高2/6/202375第5章天然氣制合成油5.5我國天然氣制合成油研發(fā)狀況及存在的差距5.5.1.1山西煤化所傳統(tǒng)F-T合成擇形分子篩固定床兩段法工藝技術(shù)（MF-T法）F-T合成催化劑最大程度合成重質(zhì)烴重質(zhì)烴經(jīng)加氫裂解→柴油、煤油副產(chǎn)高附加值的微晶蠟鈷基催化劑漿態(tài)床FT/ZSM-5兩段法合成液體燃料工藝模擬試驗2/6/202376第5章天然氣制合成油5.5我國天然氣制合成油研發(fā)狀況及存在的差距5.5.1.2大連化物所氧化鋁負載的釕基催化劑合成直鏈高碳烴活性炭負載的Fe系催化劑活性高，汽柴油選擇性好，工藝簡單鈷基催化劑制取高碳烴鉭為促進劑氧化硅和氧化鈦負載反應(yīng)活性高，直鏈高碳烴選擇性好經(jīng)加氫異構(gòu)化后→高附加值潤滑油基礎(chǔ)油空氣催化部分氧化法和絕熱轉(zhuǎn)化法新型的催化劑和氣體分布器優(yōu)良選擇性、抗積炭、抗燒結(jié)2/6/202377第5章天然氣制合成油5.5我國天然氣制合成油研發(fā)狀況及存在的差距天然氣/空氣/二氧化碳/水＝1/2.4/0.4/0.8850℃0.6~1.5MPa合成氣H2/CO=2合成液體燃料、二甲醚等5.5.1.3中國石油大學F-T合成催化劑及工藝兩段法甲烷催化部分氧化制合成氣新工藝兩類性能良好的鈷基F-T合成催化劑以多產(chǎn)柴油餾分液態(tài)烴為主以高產(chǎn)固體石蠟為主2/6/202378第5章天然氣制合成油5.5我國天然氣制合成油研發(fā)狀況及存在的差距兩段法天然氣制合成氣的新工藝第一段添加總氧量的25~50%低溫（350~500℃）催化燃燒>900℃第二段補充75~70%的氧少量甲烷進行蒸汽重整和二氧化碳重整大量甲烷進行催化部分氧化操作更安全減少氮化物排放降低材質(zhì)要求鈣鈦礦型貧氧催化燃燒催化劑空速10000h-1

800℃CO2重整、蒸汽重整、部分氧化多功能催化劑抗積炭、抗燒結(jié)空速10000h-12/6/202379第5章天然氣制合成油5.5我國天然氣制合成油研發(fā)狀況及存在的差距流程較短、投資和操作費用較低的F-T新工藝天然氣→優(yōu)質(zhì)的石蠟基液態(tài)產(chǎn)品產(chǎn)品經(jīng)輕度加氫改質(zhì)→高品質(zhì)高附加值產(chǎn)品柴油摻和組分潤滑油基礎(chǔ)油航空煤油高級石蠟副產(chǎn)尾氣用作燃料氣→電能或熱能2/6/202380第5章天然氣制合成油5.5我國天然氣制合成油研發(fā)狀況及存在的差距費-托合成反應(yīng)器出口大量氮氣未轉(zhuǎn)化的甲烷、CO、H2

副產(chǎn)的氣態(tài)烴無尾氣循環(huán)回路的高單程轉(zhuǎn)化的費-托合成工藝（CO轉(zhuǎn)化率＞95%）尾氣部分費-托合成副產(chǎn)的C1~C4氣態(tài)烴、少量CO2

未轉(zhuǎn)化的少量甲烷、氫氣、CO大量氮氣催化燃燒后用煙氣輪機發(fā)電2/6/202381第5章天然氣制合成油5.5我國天然氣制合成油研發(fā)狀況及存在的差距兩段法天然氣制合成氣空氣法兩段氧化制合成氣一般的水冷壁碳鋼固定床反應(yīng)器無需制氧和耐高溫合金鋼管式蒸汽重整爐關(guān)鍵設(shè)備a.甲烷氧化制合成氣二段反應(yīng)器出口高溫熱交換器高溫合金鋼b.用于尾氣燃燒發(fā)電的燃氣輪機蘭煉生產(chǎn)的煙氣輪機發(fā)電c.列管式恒溫固定床合成反應(yīng)器2/6/202382第5章天然氣制合成油5.5我國天然氣制合成油研發(fā)狀況及存在的差距5.5.2我國GTL技術(shù)與國外差距生產(chǎn)規(guī)模國外工業(yè)化國內(nèi)小試→中試反應(yīng)器類型固定床流化床漿態(tài)床固定床催化劑制備鐵、鈷鎳、釕鐵、鈷新工藝開發(fā)新合成油工藝傳統(tǒng)F-T合成2/6/202383第5章天然氣制合成油5.6天然氣制合成油成熟技術(shù)比較及其技術(shù)經(jīng)濟性

5.6.1工藝比較漿態(tài)床工藝大型的合成油裝置列管式工藝小型的合成油裝置催化劑的選用目標產(chǎn)物汽油和輕烴鐵基催化劑柴油等重質(zhì)烴和高檔潤滑油基礎(chǔ)油鈷基催化劑2/6/202384第5章天然氣制合成油5.6天然氣制合成油成熟技術(shù)比較及其技術(shù)經(jīng)濟性

5.6.2投資成本及操作成本等經(jīng)濟性比較經(jīng)濟因素原油、成品油價格天然氣價格產(chǎn)品分布投資與市場需求一致高附加值后續(xù)產(chǎn)品工藝技術(shù)工程設(shè)計水平、工程建設(shè)管理基礎(chǔ)設(shè)施的利用、公用工程方案2/6/202385第5章天然氣制合成油5.6天然氣制合成油成熟技術(shù)比較及其技術(shù)經(jīng)濟性

經(jīng)濟上的競爭能力合成氣制備工藝與設(shè)備F-T合成反應(yīng)設(shè)備及催化劑原料綜合利用及合成油的加工技術(shù)2/6/202386第5章天然氣制合成油5.6天然氣制合成油成熟技術(shù)比較及其技術(shù)經(jīng)濟性

2/6/202387第5章天然氣制合成油5.6天然氣制合成油成熟技術(shù)比較及其技術(shù)經(jīng)濟性

FosterWheller公司估算，GTL廠費用分布合成氣工藝部分設(shè)備材質(zhì)選擇、除塵合成氣冷卻、凈化合成氣轉(zhuǎn)化為液體裝置熱效率轉(zhuǎn)化器、制氧裝置和費托部分的投資成本能量平衡合成氣生成2/6/202388第5章天然氣制合成油5.6天然氣制合成油成熟技術(shù)比較及其技術(shù)經(jīng)濟性

GTL的建設(shè)投資分布合成氣生產(chǎn)裝置30%F-T合成裝置15%產(chǎn)品后加工10%其他加工單元10%公用設(shè)施15%界區(qū)外20%天然氣價低價原料、造氣成本↓、催化劑效率↑近氣田移動床三相系統(tǒng)鈷基微球催化劑空氣代替氧2/6/202389第5章天然氣制合成油5.6天然氣制合成油成熟技術(shù)比較及其技術(shù)經(jīng)濟性

5.6.2.1四種裝置的估算（1）投資估算2/6/202390第5章天然氣制合成油5.6天然氣制合成油成熟技術(shù)比較及其技術(shù)經(jīng)濟性

（2）原料氣消耗量一次通過流程2/6/202391第5章天然氣制合成油5.6天然氣制合成油成熟技術(shù)比較及其技術(shù)經(jīng)濟性

（3）化學品和公用工程消耗GTL裝置的可變操作費用原材料消耗公用工程消耗天然氣化學品（含催化劑）2/6/202392第5章天然氣制合成油5.6天然氣制合成油成熟技術(shù)比較及其技術(shù)經(jīng)濟性

SSPD工藝主要消耗燃料氣冷卻水用量甚少漿態(tài)床工藝氣價低廉的地區(qū)SMDS和Syntroleum固定床工藝主要消耗冷卻水燃料氣用量較少氣價高的地區(qū)2/6/202393第5章天然氣制合成油5.6天然氣制合成油成熟技術(shù)比較及其技術(shù)經(jīng)濟性

（4）固定操作費用直接固定費用分攤固定費用人員工資、維修費用及管理費等保險費、財產(chǎn)稅、環(huán)保費等2/6/202394第5章天然氣制合成油5.6天然氣制合成油成熟技術(shù)比較及其技術(shù)經(jīng)濟性

（5）GTL工藝技術(shù)經(jīng)濟比較2/6/202395第5章天然氣制合成油5.6天然氣制合成油成熟技術(shù)比較及其技術(shù)經(jīng)濟性

5.6.2.2工業(yè)試驗裝置技術(shù)經(jīng)濟評價（1）工藝方案一次通過式流程ATR（空氣）工藝生產(chǎn)合成氣漿態(tài)床反應(yīng)器進行F-T合成產(chǎn)品不進行加氫處理，只作簡單分餾產(chǎn)品方案柴油為主靈活設(shè)計，必要時石蠟產(chǎn)品為主2/6/202396第5章天然氣制合成油5.6天然氣制合成油成熟技術(shù)比較及其技術(shù)經(jīng)濟性

（2）裝置規(guī)模試驗裝置進行ATR反應(yīng)器漿態(tài)床F-T合成反應(yīng)器工程開發(fā)兼顧閑置天然氣資源的開發(fā)利用裝置規(guī)模不宜太小303t/d（2500桶/天）2/6/202397第5章天然氣制合成油5.6天然氣制合成油成熟技術(shù)比較及其技術(shù)經(jīng)濟性

（3）原料天然氣消耗取決于裝置的能量轉(zhuǎn)化效率Syntroleum工藝一次通過流程ATR（空氣）生產(chǎn)合成氣固定床F-T合成反應(yīng)器能量轉(zhuǎn)化效率50.8%漿態(tài)床反應(yīng)器能量轉(zhuǎn)化效率56.4%2/6/202398第5章天然氣制合成油5.6天然氣制合成油成熟技術(shù)比較及其技術(shù)經(jīng)濟性

（4）工業(yè)試驗裝置的主要技術(shù)經(jīng)濟指標2/6/202399第5章天然氣制合成油5.6天然氣制合成油成熟技術(shù)比較及其技術(shù)經(jīng)濟性

（5）主要經(jīng)濟評價計算指標2/6/2023100第5章天然氣制合成油5.6天然氣制合成油成熟技術(shù)比較及其技術(shù)經(jīng)濟性

（6）敏感性分析2/6/2023101第5章天然氣制合成油5.6天然氣制合成油成熟技術(shù)比較及其技術(shù)經(jīng)濟性

（7）結(jié)論①如果全部使用自有資金，試驗裝置的建設(shè)投資為62250萬元，其中包括不可預(yù)見費6000萬元和流動資金6000萬元。年銷售收入為32000萬元。②按基本方案計算，稅前IRR為8.39%，低于石油工業(yè)規(guī)定的基準收益率（12%）；如果裝置折舊以15年計算，投資回收期為10.42年（含建設(shè)期），接近規(guī)定的基準投資回收期（年）。2/6/2023102第5章天然氣制合成油5.6天然氣制合成油成熟技術(shù)比較及其技術(shù)經(jīng)濟性

③敏感性分析結(jié)果表明，敏感程度最大的因素是產(chǎn)品銷售收入。2/6/2023103第5章天然氣制合成油5.7世界天然氣制合成油發(fā)展的宏觀環(huán)境分析

（1）日益苛刻的環(huán)保法規(guī)為GTL產(chǎn)品發(fā)展提供了施展機會。GTL柴油滿足美國、歐盟以及日本新標準（2）高品質(zhì)石油產(chǎn)品和石化原料需求日益高漲中間餾分油在煉制產(chǎn)品需求中將占更大比例輕質(zhì)運輸燃料需求將增多全球清潔柴油的需求將呈現(xiàn)強增長勢頭天然氣合成石腦油是烯烴裂解最佳原料GTL基礎(chǔ)油高價值的特殊產(chǎn)品2/6/2023104第5章天然氣制合成油低排放、耐久性、可靠性摩擦損失小和燃料安全性高5.7世界天然氣制合成油發(fā)展的宏觀環(huán)境分析

烯烴含量低，不含硫、氮和芳烴GTL基礎(chǔ)油高價值的特殊產(chǎn)品黏度指數(shù)高和飽和烴含量高揮發(fā)性、傾點、濁點低加工工序少，加工苛刻度低，生產(chǎn)成本低（3）世界汽車柴油化趨勢加劇了天然氣制合成油的利用柴油發(fā)動機油耗和效率明顯優(yōu)于汽油發(fā)動機柴油車熱效率>50%汽油車30~35%2/6/2023105第5章天然氣制合成油5.7世界天然氣制合成油發(fā)展的宏觀環(huán)境分析

（4）世界大型石油公司積極投建GTL裝置Shell、ExxonMobil、SasolChevron、BP等Syntroleum、Rentech等（5）不斷涌現(xiàn)的天然氣制合成油新技術(shù)經(jīng)濟性越來越好低成本、高效益的GTL新型技術(shù)改進的費托法合成技術(shù)新型鈷催化劑漿態(tài)床反應(yīng)器GTL裝置投資和操作費用↓2/6/2023106第5章天然氣制合成油5.7世界天然氣制合成油發(fā)展的宏觀環(huán)境分析

（6）減少石油需求，增加國家能源保障（7）采用GTL工藝生產(chǎn)的可用組分比例高GTL裝置熱效率＝產(chǎn)品熱值/（原料熱值+燃料）2/6/2023107第5章天然氣制合成油5.7世界天然氣制合成油發(fā)展的宏觀環(huán)境分析

（8）閑置天然氣資源的最佳利用方式探明的天然氣儲量中約一半未能得到充分和經(jīng)濟的開采已開采的氣田中約11%回注入氣井約4%放空或燒掉與LNG相比，GTL擁有幾大優(yōu)勢可大可小，生產(chǎn)更具靈活性大規(guī)模輸送危險性大便于輸送、儲存和分配GTL可以采用不符合投建LNG標準的天然氣使用前需氣化無需氣化GTL在運輸方案上比LNG更具經(jīng)濟利益2/6/2023108第5章天然氣制合成油5.7世界天然氣制合成油發(fā)展的宏觀環(huán)境分析

5.7.2不利環(huán)境分析（1）天然氣制合成油發(fā)展自身存在問題投建GTL裝置的必要條件較低天然氣氣價地區(qū)天然氣并入管網(wǎng)成本高的偏遠地區(qū)海上開發(fā)平臺零散氣、伴生氣的利用目標市場是油品供應(yīng)相對緊張地區(qū)合成油成本≦以原油為原料的油品生產(chǎn)成本經(jīng)濟性障礙才能消失2/6/2023109第5章天然氣制合成油5.7世界天然氣制合成油發(fā)展的宏觀環(huán)境分析

規(guī)模經(jīng)濟天然氣資源遠離消費地多種天然氣資源利用方式帶來的沖擊投資成本和操作成本還比較高現(xiàn)有煉廠工藝生產(chǎn)帶來的沖擊2/6/2023110第5章天然氣制合成油5.7世界天然氣制合成油發(fā)展的宏觀環(huán)境分析

天然氣合成潤滑油低溫性能方面比PAO差柴油潤滑性低，膨脹能力差（2）天然氣制合成產(chǎn)品市場出路問題世界清潔燃料標準還沒有要求到天然氣制合成油標準GTL裝置的生產(chǎn)成本很大程度上依賴世界天然氣價格和石油價格（3）技術(shù)風險工業(yè)化（4）天然氣原料價格等經(jīng)濟效益風險（5）天然氣制合成油質(zhì)量自身存在一定缺陷低硫、低芳烴天然氣合成石腦油PON極低2/6/2023111第5章天然氣制合成油5.8我國發(fā)展天然氣制合成油的前景分析5.8.1我國天然氣制合成油發(fā)展前景因素分析目前我國天然氣利用最廣泛的是作為液化天然氣燃料天然氣資源有較大的開發(fā)前景已探明的大部分處于邊遠地區(qū)天然氣制合成油輸送成本資源利用清潔油品市場需求70%GTL柴油GTL石腦油裂解原料GTL潤滑油基礎(chǔ)油GTL石蠟2/6/2023112第5章天然氣制合成油5.8我國發(fā)展天然氣制合成油的前景分析（1）未來數(shù)年我國面臨的能源危機（2）中國汽車保有量高速增長，急需汽車柴油化（3）我國油品清潔化和高檔化進程加快（4）偏遠地區(qū)天然氣能源的有效利用5.8.2我國合成油發(fā)展建議能源綜合利用天然氣制合成油產(chǎn)品可作為特殊產(chǎn)品調(diào)和組分大力進行GTL技術(shù)研發(fā)工程技術(shù)開發(fā)利用一切可以利用的資源天然氣一步法制合成油2/6/2023113第5章天然氣制合成油5.1概述GTL石腦油富含烷烴蒸汽裂解原料質(zhì)量優(yōu)于石蠟基原油的石腦油生產(chǎn)乙烯及其他基本化學品的理想原料n-烷烴含量約相當于石蠟基原油石腦油的n烷烴＋i-烷烴含量的總和環(huán)烷烴和芳烴含量低于石蠟基原油石腦油烯烴收率提高約17%丙烯收率相當其他副產(chǎn)物的收率少燃料電池燃料2/6/2023114第5章天然氣制合成油5.1概述煉廠汽油調(diào)和品特殊用途的白油、烴溶劑、輕質(zhì)潤滑油原料分離成各種高價值單體烯烴轉(zhuǎn)化成高級醇、烷基苯作為裂解原料生產(chǎn)乙烯2/6/2023115第5章天然氣制合成油5.1概述GTL煤油不含硫、氮化合物燃燒性能好煉油廠調(diào)和噴氣燃料家用取暖等方面燃料符合嚴格環(huán)保要求的特種溶劑萃取植物油、生產(chǎn)聚合物和橡膠無色透明生產(chǎn)油墨、化妝品和其他干燥潔凈產(chǎn)品2/6/2023116第5章天然氣制合成油5.1概述GTL柴油質(zhì)量優(yōu)于煉廠生產(chǎn)的常規(guī)柴油十六烷值高硫含量低（小于10μg/g）不含或低含芳烴2/6/2023117第5章天然氣制合成油5.1概述Sasol合成柴油發(fā)動機排放比較試驗污染物排放大大減少未燃烴類減少59%CO