5 天然气制合成油.ppt

1、第5章 天然气制合成油,5.1 概述,5.2 天然气制合成油技术,5.3世界天然气制合成油装置的总体发展概况,5.4 天然气制合成油技术研发情况,5.5 我国天然气制合成油研发状况及存在的差距,5.6 天然气制合成油成熟技术比较及其技术经济性,5.7 世界天然气制合成油发展的宏观环境分析,5.8 我国发展天然气制合成油的前景分析,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,2,5.1 概述,5.1.1 天然气制合成油的发展史,气转液GTL（Gas to Liquid）技术,装置规模,天然气资源,环保法规,5.1.2 天然气制合成油的主要产品类别及特点,GTL泛指由气体合成液体产品，一般是指通过

2、天然气合成液体燃料，也有将此过程称为GTP（Gas to Products）的，是指由气体合成产品的含义。,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,3,5.1 概述,GTL产品分类方法,C5C9,石脑油馏分,C10C16,煤油馏分,C17C22,柴油馏分,C23以上,石蜡馏分,天然气合成润滑油基础油,不含或低含硫、氮和芳烃,无色、无味、燃烧清洁并可生物降解,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,4,5.2 天然气制合成油技术,一体化三步流程,天然气转化成合成气,费托（F-T）合成,产品,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,5,5.2 天然气制合成油技术,5.2.1 天然气制合

3、成气技术概况,天然气,甲烷,少量的C2、C3、CO2、硫化氢等,合成气,甲烷蒸汽转化法,部分氧化法,自热转化法,两步转化法,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,6,5.2 天然气制合成油技术,5.2.1.1 蒸汽转化,H2O + CH4 H2 + CO -Q,800900,2MPa,镍催化剂,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,7,5.2 天然气制合成油技术,适用情况,装置处理能力低于1104桶/天,过剩H2可以用于甲醇或氨的生产,天然气中CO2含量高,当地水价格低廉,典型技术,Foster Wheller公司,Haldor Topsoe公司,动力技术国际公司,Lurgi公司,

4、伍德公司,BP公司,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,8,5.2 天然气制合成油技术,5.2.1.2 部分氧化（POX）,蒸气转化,强吸热反应,供热,可不预脱硫,不选择原料,12001500，一般为1400,14MPa以上,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,9,5.2 天然气制合成油技术,催化剂,非催化部分氧化,天然气、氧、水蒸气,3.0MPa,衬有耐火材料的转化炉内进行部分燃烧,13001400,出炉气体组成（体积分数）,CO2 5%、CO 42%、H2 52%、CH4 0.5%,自热绝热式反应器,Shell公司SGP工艺,炭效率 95%,2019/5/17,第5章 天然

5、气制合成油,10,5.2 天然气制合成油技术,催化部分氧化,原料,脱硫后的天然气,氧或富氧空气,水蒸气,镍催化剂,9001000,3.0MPa,出转化炉气体组成（体积分数）,CO2 7.5%、CO 25.5%、H2 67% CH4 0.5%,自热绝热式反应器,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,11,5.2 天然气制合成油技术,同ATR技术比，POX的缺点,工艺过程易形成烟尘，且氨和氢化氰含量高,较高的氧耗,无水汽转换反应，甲烷无法循环到转化器中,德士古公司技术,典型技术,Shell公司技术,BG公司技术,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,12,5.2 天然气制合成油技术,5

6、.2.1.3 自热转化（ATR）,POX法合SMR法,出口温度1000,S/C 1.3,优点,反应温度低,耗氧量少,H2/CO = 2：1,与POX相比,在蒸汽和O2存在下使用催化剂生成合成气,合成气中没有烟尘、氨和氢化氰。,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,13,5.2 天然气制合成油技术,ATR，保证S/C比 1.3,影响装置热效率和成本的参数,氧气和天然气的预热温度,预热温度,回收的有效热量,安全和避免烟尘形成,废热锅炉的蒸汽压力,蒸汽压力,回收的有效热量,蒸汽和水处理系统成本,相对成本和装置热量,Lurgi、Haldor Topsoe、Syntroleum ExxonMobi

7、l等公司,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,14,5.2 天然气制合成油技术,5.2.1.4 两步转化,结合蒸汽转化和自热转化,更充分地利用了装置热能,装置热效率会提高12%,Kaverner、林德公司,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,15,5.2 天然气制合成油技术,5.2.1.5 合成气技术比较,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,16,5.2 天然气制合成油技术,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,17,5.2 天然气制合成油技术,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,18,5.2 天然气制合成油技术,5.2.2 天然气制合成油技术概况,是否采

8、用合成气工艺,直接转化,间接转化,天然气液体燃料,天然气合成气液体燃料,节省生产合成气的费用,甲烷分子很稳定,F-T合成路线,甲醇路线,天然气合成气甲醇液体燃料,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,19,5.2 天然气制合成油技术,F-T技术,天然气气态烃液体燃料和相关石化品,200300,1.04.0MPa,铁基或钴基催化剂,气体循环,烃类,链长,反应温度,催化剂,反应器类型,F-T反应器,固定床反应器（带有小直径外部冷却盘管）,循环床反应器,流化床反应器,浆态床反应器,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,20,5.2 天然气制合成油技术,F-T合成技术,高温F-T合成（HT

9、FT）,低温F-T合成（LTFT）,铁基催化剂,产品汽油、柴油、溶剂油和烯烃等,无硫但含芳烃,钴基催化剂,石蜡,特种蜡,经加氢裂化/异构化优质柴油、润滑油基础油石脑油馏分,无硫无芳烃,Sasol改进流化床反应器技术,浆态床反应器技术,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,21,5.2 天然气制合成油技术,5.2.2.1 Sasol公司,浆态床馏分油（SSPD）工艺,密相流化床（改进的Synthol）工艺,低温技术,高温技术,SSPD工艺,关键技术,浆态床反应器,三相鼓泡塔,合成气,熔融石蜡液,催化剂颗粒,低温喷雾干燥成型共沉淀铁基催化剂,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,22,

10、5.2 天然气制合成油技术,250,F-T合成反应,石蜡,反应热,蒸汽盘管移出,供后续的产品加氢裂化或异构化使用,装置总热效率,62%。,SSPD反应器的优点,压差仅为流化床反应器的1/71/3,成本仅为流化床应器的1/4,气液混合良好,提高了反应速率,产率较高,催化剂可在线更换,开工率易达98%,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,23,5.2 天然气制合成油技术,SSPD工艺产品,石脑油,中间馏分油,裂解原料和轻溶剂油,可配入柴油或分馏出煤油和柴油,SSPD工艺改进,反应器,催化剂,固定床（Arge）和循环床反应器,流化床,浆态床反应器,高温,低相对分子质量,低温,燃料,蒸汽盘管,

11、2019/5/17,第5章 天然气制合成油,24,5.2 天然气制合成油技术,SSPD工艺技术特点,SSPD转化反应器,ATR工艺,同时通入天然气、氧气和水蒸气,上部燃烧段,天然气部分氧化,下部固定床整齐催化转化段,蒸汽转化,取消蒸汽转化用炉管,灵活控制H2/CO比,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,25,5.2 天然气制合成油技术,SSPD费托合成部分浆态床反应器,三相共存的鼓泡反应塔,基本是等温操作,压降甚低,控制方便,操作成本较低,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,26,5.2 天然气制合成油技术,SSPD费托合成催化剂,低温喷雾成型的共沉淀铁基催化剂,钴基催化剂,提

12、高重馏分产率,磨耗损失少,从石蜡产品中分离易,合成的重油和石蜡经缓和加氢裂化/加氢异构处理，可最大限度地生产柴油。,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,27,5.2 天然气制合成油技术,SSPD工艺热效率, 62%,装置可实现能量自给,SAS工艺,天然气合成汽油和轻烃,固定流化床（FFB）技术,熔铁催化剂,340,2.5MPa,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,28,5.2 天然气制合成油技术,5.2.2.2 Shell公司,SMDS工艺,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,29,5.2 天然气制合成油技术,Shell公司合成油工艺的主要改进,SGP阶段,非催化自热部

13、分氧化加余热回收专利技术,HPS阶段,重烷烃合成,反应器能力提高、设计可靠性改进,新的HPS催化剂,较大型多管反应器,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,30,5.2 天然气制合成油技术,5.2.2.3 Exxon Mobile公司,AGC-21工艺,21世纪先进天然气转化工艺,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,31,5.2 天然气制合成油技术,5.2.2.4 Syntroleum公司,可以用于小规模气田,9104t/a,浆态鼓泡塔反应器,Co基催化剂,190230,2.03.5MPa,均匀直链烃,缓和加氢精制和加氢裂化,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,32,5.

14、2 天然气制合成油技术,Syntroleum第二代GTL工艺特点,合成气生产部分,取消空分装置,氧气空气,ATR转化,在原料天然气中加入少量CO2,加有耐火材料衬里的碳钢转化反应器,内装具有专利权的镍基催化剂,高的活性与选择性,高空速,含N2量高,管式固定床反应器中温度的控制,提高了费托合成部分单程转化率,“一次通过”型工艺流程,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,33,5.2 天然气制合成油技术,费托合成催化剂,钴基催化剂,活性组分,钴,助剂,钾,载体,Si或Al2O3或Si-Al2O3,0.5MPa,控制链增长,（C5C6）,（C1C4 ）,产品精制部分,常规加氢裂化/分馏,柴油、

15、煤油和石脑油等产品,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,34,5.2 天然气制合成油技术,费托合成反应器,卧式固定床,操作与控制更灵活,5.2.2.5 Rentech公司,与上述工艺相同,GTL技术采用铁基催化剂,降低了GTL装置的操作成本,提高了H2/CO比,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,35,5.2 天然气制合成油技术,5.2.2.6 Intevep,流化床反应器,有浆态床反应器和列管式固定床反应器优点,反应物混合好，无返混,催化剂粒径比浆态反应器大,易于从产品石蜡中分离出来,在线装卸容易,催化剂颗粒在流化床内,取消催化剂回收系统,合成气一次通过反应器,2019/5/

16、17,第5章 天然气制合成油,36,5.2 天然气制合成油技术,5.2.2.7 费托合成技术比较,（1）催化剂,低成本、长寿命,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,37,5.2 天然气制合成油技术,（2）反应工艺比较,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,38,5.2 天然气制合成油技术,浆态床反应器,大型装置,Arge型管式固定床反应器,小规模装置,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,39,5.2 天然气制合成油技术,5.2.3 天然气合成油加工精制工艺,F-T法合成的烃类产物,直接生产中间馏分油,烷烃和正构-烯烃,含氧化合物,作为合成原油送往炼油厂,缓和加氢裂化加氢异

17、构化,长链切成短链正构和异构烷烃,高质量喷气燃料、石脑油、柴油调和料,其他石油产品或石化原料等,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,40,5.2 天然气制合成油技术,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,41,5.2 天然气制合成油技术,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,42,5.2 天然气制合成油技术,合成油加工,对合成原油进行处理,加氢处理,产品分馏,市场需要的产品,和普通油品加工工艺基本相同,费托工艺转化程度,Anderson-Schultz-Flory分配系数,轻烃,含蜡烃（C20）,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,43,5.2 天然气制合成油技术,

18、5.2.4 天然气制合成油技术总比较,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,44,5.2 天然气制合成油技术,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,45,5.3世界天然气制合成油装置的总体发展概况,2000年,5.3.1 己建天然气制合成油装置情况,5.3.1.1 Sasol莫塞尔湾合成油厂,莫塞尔湾120104t/a（万桶/天）GTL装置,SSPD工艺,Haldor Topsoe公司ATR技术生产合成气,天然气合成气,Sasol浆态床反应器中,合成气含蜡合成油+含烯烃石脑油,Chevron公司的加氢裂解加氢异构化技术,合成油石脑油+柴油,2019/5/17,第5章 天然气制合成油

19、,46,5.3世界天然气制合成油装置的总体发展概况,SSPD工艺,Sasol公司提供水处理,CRTC公司提供产品净化,Generic公司提供空气分离与H2生产装置,炼制过程,分馏、异构化、烷基化、齐聚、加氢处理和铂重整,进料,504104m3/d贫天然气,3.43m3/d凝析油,蒸汽转化和自热转化合成气联合工艺,三台Synthol反应器（每台能力1192m3/d）,低温（200250）,低压（22.5MPa）,液体浆态状的合成原油,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,47,5.3世界天然气制合成油装置的总体发展概况,反应产生的热量由设置在床层内的盘管移去，并产生中压蒸汽 。,液体产物从

20、反应器引出，从催化剂中分出液体烃蜡。从反应器顶部出来的气体物流经冷却后回收轻质烃与反应水。,SSPD装置总热效率可达63%,Sasol F-T合成工艺液态烃产品,高沸点石蜡,含烯烃石脑油,缓和条件下进行加氢裂化,加氢处理,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,48,5.3世界天然气制合成油装置的总体发展概况,石脑油、GTL柴油产品、煤油、轻重工业甲醇和燃料油。,芳烃含量低，几乎不含硫、氮与金属，主要由烷烃组成。,石脑油,优质石化原料,GTL柴油,优质调和组分,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,49,5.3世界天然气制合成油装置的总体发展概况,5.3.1.2 Shell马来西亚民

21、都鲁合成油厂,SMDS中间馏分合成技术,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,50,5.3世界天然气制合成油装置的总体发展概况,甲醇,5.3.1.3 Exxon Mobil公司MTG厂,无定形氧化铝,二甲醚、水及甲醇的平衡混合物,ZSM-5,高辛烷值汽油,93.7,烯烃、烷烃、环烷烃和芳烃,高产率的优质汽油，热效率高，过程简单，工业化放大技术风险小。,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,51,5.3世界天然气制合成油装置的总体发展概况,5.3.1.4 运行装置主要产品柴油性质比较,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,52,5.3世界天然气制合成油装置的总体发展概况,5.3

22、.2 在建天然气制合成油装置概况,5.3.2.1 Sasol Chevron尼日利亚GTL厂,Sasol公司,Chevron公司,SSPD技术,ISOCRACKING技术,异构裂化,170104t/a GTL工厂,联合生产工艺,Haldor Topsoe公司合成气工艺,SSPD技术,Chevron公司异构裂解和异构脱蜡工艺,生产燃料油或润滑油,三相鼓泡塔式反应器,240,含蜡合成原油,烯烃加氢,含氧化合物经加氢生成石蜡烃,重质石蜡烃的加氢裂化,无硫、低含氮,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,53,5.3世界天然气制合成油装置的总体发展概况,主要产品,清洁柴油,其他液化石油产品,石脑油

23、,液化石油气,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,54,5.3世界天然气制合成油装置的总体发展概况,5.3.2.2 Sasol卡塔尔GTL厂,Sasol石油公司,卡塔尔石油,Oryx GTL公司,Sasol公司SSPD工艺,中馏分油、石脑油和LPG,5.3.2.3 澳大利亚Sweetwater GTL项目,Sweetwater公司,安然公司,Sweetwater合成油厂,合成润滑油和正构烷烃等特种产品,III类润滑油基础油,黏度为2mm2/s、4 mm2/s、6 mm2/s、8 mm2/s,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,55,5.3世界天然气制合成油装置的总体发展概况,S

24、yntroleum公司第一代技术,ATR反应器,骤冷并进一步冷却,不用分离空气或脱除CO2,用钾改性的钴基催化剂,高活性,高选择性,大空速单程,Lyondell石化公司合成蜡异构化工艺,UOP公司许可的Molex工艺,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,56,加氢裂化、催化脱蜡或异构脱蜡,5.3世界天然气制合成油装置的总体发展概况,5.3.3 拟建天然气制合成油装置概况,卡塔尔,5.3.3.1 Shell公司卡塔尔项目,Shell公司,卡塔尔,Qatar Shell GTL项目,Ras Laffan,Pearl GTL,石脑油、车用油、少量的石蜡和润滑油基础油,凝析油、LPG,第一阶段

25、,生产 GTL产品,第二阶段,含蜡馏分油,第二代GTL基础油,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,57,5.3世界天然气制合成油装置的总体发展概况,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,58,5.3世界天然气制合成油装置的总体发展概况,5.3.3.2 Exxon Mobile公司项目,Exxon Mobile公司,卡塔尔石油公司,Ras Laffen工业城GTL联合生产厂,燃料和石油化工产品,柴油 50%,润滑油基础油 20%,石脑油和化工产品等,采用Exxon Mobile公司的AGC-21工艺,流化床催化部分氧化生产合成气,悬浮床F-T合成液体烃,固定床加氢异构改质,2019

26、/5/17,第5章 天然气制合成油,59,5.3世界天然气制合成油装置的总体发展概况,自热转化式,H2/CO2/1,1.52.5mol蒸汽/甲烷,0.40.6mol O2/mol CH4,重整反应+部分氧化反应,9501060,4MPa,封闭式旋风分离器,-铝基的镍催化剂,多相鼓泡塔悬浮相反应器,费托Co基催化剂,液体烃,高产率,高选择性,C5260,260371.1,371.1,正构烷烃,室温固体白蜡,普通固定床加氢异构反应器,专利催化剂,高级柴油,喷气燃料,特种石蜡,润滑油,聚合物,醇类,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,60,5.3世界天然气制合成油装置的总体发展概况,5.3.

27、3.3 Syntroleum公司,Syntroleum ATR技术,空气自动加热重整,反应过程中处理氮气,省掉控制和调节供氢功能循环回路压缩机,ATR反应器,结构紧凑,空气取代纯氧,系统热平衡，无需传热系统,H2/CO分子比 2:1,可用蒸汽加入量来调节,镍基催化剂,耐火衬里的碳钢材料,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,61,5.3世界天然气制合成油装置的总体发展概况,Syntroleum工艺所产S-2合成燃料,基本不含硫（含硫1g/g）,不含芳烃,饱和烃含量99%,十六烷值 73.6,相对密度较低（0.7715）,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,62,5.3世界天然气制

28、合成油装置的总体发展概况,5.3.3.4 ConocoPhillips卡塔尔项目,ConocoPhillips公司,卡塔尔石油公司,柴油,SasolChevron卡塔尔项目,SSPD技术,产品精制部分采用Chevron公司技术,主要产品,石脑油、柴油和润滑油,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,63,5.3世界天然气制合成油装置的总体发展概况,5.3.4 大型中试装置,5.3.4.1 Syntroleum中试装置,美国能源部、Marathon和Syntroleum,Castoosa GTL示范装置,Syntroleum公司专有技术,天然气3500t/a超清洁合成运输燃料,合成气（ATR

29、工艺）,F-T合成法,SynfiningTM工艺,大型工业示范装置,超清洁柴油,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,64,5.3世界天然气制合成油装置的总体发展概况,5.3.4.2 BP公司中试装置,BP勘探公司,Davy（戴维）工艺技术公司,GTL示范装置,天然气5000t/a合成原油,1.25104t/a,为利用天然气转化为液体燃料而测试一套低成本合成气转化炉以及检验费托催化剂,BP低成本合成气新工艺,紧凑式蒸汽转化器,质量为常规转化器的30%,甲烷与蒸汽在转化装置中生成合成气,燃烧与催化蒸汽转化相组合,使用蒸汽,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,65,5.3世界天然气制

30、合成油装置的总体发展概况,5.3.4.3 Exxon Mobil中试装置,1000t/a FBSG工艺中试装置,合成气,部分氧化和蒸汽转化,流化床反应器,合成原油,F-T合成,浆态床反应器,钴,较低苛刻度,催化裂化原料+润滑油基础油,较高苛刻度,发动机燃料,热效率高、流化床反应器适合工业放大、工艺设备尺寸小、占地少、投资低等优点。,流化床还未取得理想混合值,催化剂磨损,甲烷转化率低,工艺对催化剂携带过于敏感,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,66,5.3世界天然气制合成油装置的总体发展概况,5.3.3.4 美国合成燃料国际公司与得克萨斯A&M大学中试装置,天然气乙炔（中间产物）合成油

31、,400t/a,汽油等燃料产品,工艺过程,天然气和空气混合先进行脱氮,与轻循环气混合,入高温裂解炉,乙炔、氢气、未反应的甲烷、水蒸气和CO,水急冷,分步脱水,压缩,加氢,乙炔乙烯,进催化反应器，生成液体产品,57m3/d,圆筒形反应器,填充床反应器,甲烷、丙烷和丁烷,2:1,小气田采用该项技术也可经济有效生产GTL产品,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,67,5.3世界天然气制合成油装置的总体发展概况,5.3.4.5 CononcoPhillips公司中试装置,美国俄克拉荷马州庞卡城,11.3104m3天然气400桶无硫柴油或石脑油,不含污染性的硫、芳烃和金属,5.3.4.6 Ren

32、tech公司中试装置,天然气制合成油规模小型化,Lurgi、ICI能源工艺过程和化学工程研究所,矿物与技术大学（德国弗赖贝格）,高压部分氧化合成气中试装置,10MPa,合成燃料及甲醇、肥料、氨等化工产品,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,68,5.4 天然气制合成油技术研发情况,F-T法天然气炼油改进和研发,降低投资,提高产品质量,提高效率,合成气,提高单系列装置能力以提高规模效益,费托合成,扩大规模,产品改质,降低操作压力,5.4.1 合成气技术开发,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,69,5.4 天然气制合成油技术研发情况,感应偶合等离子体转化特点,a. 采用高能感应耦

33、合等离子体火焰发生纯CO2等离子体，用于甲烷转化生产合成气,b. 不用空气和氧化，转化率95%,c. 合成气用Rentech F-T合成法生产液体烃，产率提高50%,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,70,5.4 天然气制合成油技术研发情况,5.4.2 GTL技术开发,降低装置的投资成本和操作成本,改进的F-T合成技术,新型钴基催化剂,浆态床反应器,Sasol莫塞尔湾GTL装置,16个循环流化床(CFB)反应器 8个SAS反应器,Syntroleum公司进行GTL工艺研究,多种催化剂的测试,Catoosa GTL示范装置成功运行,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,71,5.

34、4 天然气制合成油技术研发情况,ExxonMobil公司,21世纪先进的天然气转化技术（AGC-21）,专利,CononcoPhillips公司GTL研发中心,F-T合成催化剂试验,Rentech公司,天然气小规模的GTL技术,美国得克萨斯A&M大学和合成燃料国际公司,新型GTL技术,天然气乙炔 液体燃料,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,72,5.4 天然气制合成油技术研发情况,5.4.3 催化剂,F-T合成,高C5以上产率、低甲烷和气态烃选择性,Fe、Co、Ni、Ru和Rh,工业价值,有利于生成甲烷,有利于合成大分子烃,有利于生成含氧化合物,金属、氧化物或碳化物,钴催化剂,低水汽

35、变换,高活性,相对低价格,低CO2选择性,较高长链烷烃选择性,Rentech H2/CO比 操作费用,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,73,5.4 天然气制合成油技术研发情况,Cosmo石油公司,费-托合成,钌催化剂,产品 煤油+轻质油品,悬浮法催化反应,270,3MPa,更好的耐CO2性能,GTL催化剂,高合成气转化率,链增长严格控制,柴油产率,良好的活性与选择性,磨耗损失、产品分离等方面与工艺条件,价格合理,产品结构与尾气利用,选择性、活性和使用时间,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,74,5.4 天然气制合成油技术研发情况,GTL催化剂,高温合成,350左右,铁基催

36、化剂改进,低温合成,250左右,钴基催化剂改进,Shell公司茂金属催化剂性能佳价格高,合成气系统、F-T反应系统、高效选择性催化剂,减少装置投资,取消合成气步骤,Catalytica公司直接甲烷氧化DMO工艺,提高物流量和加强热联合,利用合成水发生蒸汽,利用氮气,利用弛放气及更多循环CO2,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,75,5.5 我国天然气制合成油研发状况及存在的差距,5.5.1 我国天然气制合成油研究状况,辽宁锦州石油六厂与中科院大连化物所联合,300t/a 中压铁剂合成油,研究目标,合成气造气,合成油新型催化剂,F-T合成反应器,合成氨和甲醇造气,一段火管转化，空气(O

37、2)主风二段转化,催化部分氧化,反应热效应低，合成气品质高,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,76,5.5 我国天然气制合成油研发状况及存在的差距,5.5.1.1 山西煤化所,传统F-T合成,择形分子筛,固定床两段法工艺技术（MF-T法）,F-T合成催化剂,最大程度合成重质烃,重质烃经加氢裂解柴油、煤油,副产高附加值的微晶蜡,钴基催化剂,浆态床FT/ZSM-5两段法合成液体燃料工艺模拟试验,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,77,5.5 我国天然气制合成油研发状况及存在的差距,5.5.1.2 大连化物所,氧化铝负载的钌基催化剂,合成直链高碳烃,活性炭负载的Fe系催化剂,活性

38、高，汽柴油选择性好，工艺简单,钴基催化剂,制取高碳烃,钽为促进剂,氧化硅和氧化钛负载,反应活性高，直链高碳烃选择性好,经加氢异构化后高附加值润滑油基础油,空气催化部分氧化法和绝热转化法,新型的催化剂和气体分布器,优良选择性、抗积炭、抗烧结,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,78,5.5 我国天然气制合成油研发状况及存在的差距,天然气/空气/二氧化碳/水1/2.4/0.4/0.8,850,0.61.5MPa,合成气 H2/CO=2,合成液体燃料、二甲醚等,5.5.1.3 中国石油大学,F-T合成,催化剂及工艺,两段法甲烷催化部分氧化制合成气新工艺,两类性能良好的钴基F-T合成催化剂,以

39、多产柴油馏分液态烃为主,以高产固体石蜡为主,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,79,5.5 我国天然气制合成油研发状况及存在的差距,两段法天然气制合成气的新工艺,第一段,添加总氧量的2550%,低温（350500）催化燃烧,900,第二段,补充7570%的氧,少量甲烷进行蒸汽重整和二氧化碳重整,大量甲烷进行催化部分氧化,操作更安全,减少氮化物排放,降低材质要求,钙钛矿型贫氧催化燃烧催化剂,空速 10000h-1,800,CO2重整、蒸汽重整、部分氧化多功能催化剂,抗积炭、抗烧结,空速 10000h-1,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,80,5.5 我国天然气制合成油研发状

40、况及存在的差距,流程较短、投资和操作费用较低的F-T新工艺,天然气优质的石蜡基液态产品,产品经轻度加氢改质高品质高附加值产品,柴油掺和组分,润滑油基础油,航空煤油,高级石蜡,副产尾气用作燃料气电能或热能,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,81,5.5 我国天然气制合成油研发状况及存在的差距,费-托合成反应器出口,大量氮气,未转化的甲烷、 CO、H2,副产的气态烃,无尾气循环回路的高单程转化的费-托合成工艺,（CO转化率95%）,尾气部分,费-托合成副产的C1C4气态烃、少量CO2,未转化的少量甲烷、氢气、CO,大量氮气,催化燃烧后用烟气轮机发电,2019/5/17,第5章 天然气制合

41、成油,82,5.5 我国天然气制合成油研发状况及存在的差距,两段法天然气制合成气,空气法两段氧化制合成气,一般的水冷壁碳钢固定床反应器,无需制氧和耐高温合金钢管式蒸汽重整炉,关键设备,a.甲烷氧化制合成气二段反应器出口高温热交换器,高温合金钢,b. 用于尾气燃烧发电的燃气轮机,兰炼生产的烟气轮机发电,c. 列管式恒温固定床合成反应器,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,83,5.5 我国天然气制合成油研发状况及存在的差距,5.5.2我国GTL技术与国外差距,生产规模,国外,工业化,国内,小试中试,反应器类型,固定床,流化床,浆态床,固定床,催化剂制备,铁、钴,镍、钌,铁、钴,新工艺开发

42、,新合成油工艺,传统F-T合成,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,84,5.6 天然气制合成油成熟技术比较及其技术经济性,5.6.1 工艺比较,浆态床工艺,大型的合成油装置,列管式工艺,小型的合成油装置,催化剂的选用,目标产物,汽油和轻烃,铁基催化剂,柴油等重质烃和高档润滑油基础油,钴基催化剂,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,85,5.6 天然气制合成油成熟技术比较及其技术经济性,5.6.2 投资成本及操作成本等经济性比较,经济因素,原油、成品油价格,天然气价格,产品分布,投资,与市场需求一致,高附加值后续产品,工艺技术,工程设计水平、工程建设管理,基础设施的利用、公用工

43、程方案,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,86,5.6 天然气制合成油成熟技术比较及其技术经济性,经济上的竞争能力,合成气制备工艺与设备,F-T合成反应设备及催化剂,原料综合利用及合成油的加工技术,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,87,5.6 天然气制合成油成熟技术比较及其技术经济性,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,88,5.6 天然气制合成油成熟技术比较及其技术经济性,Foster Wheller公司估算，GTL厂费用分布,合成气工艺部分,设备材质选择、除尘,合成气冷却、净化,合成气转化为液体,装置热效率,转化器、制氧装置和费托部分的投资成本,能量平衡,合成

44、气生成,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,89,5.6 天然气制合成油成熟技术比较及其技术经济性,GTL的建设投资分布,合成气生产装置,30%,F-T合成装置,15%,产品后加工,10%,其他加工单元,10%,公用设施,15%,界区外,20%,天然气价,低价原料、造气成本、催化剂效率,近气田,移动床三相系统钴基微球催化剂,空气代替氧,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,90,5.6 天然气制合成油成熟技术比较及其技术经济性,5.6.2.1 四种装置的估算,（1）投资估算,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,91,5.6 天然气制合成油成熟技术比较及其技术经济性,（2）

45、原料气消耗量,一次通过流程,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,92,5.6 天然气制合成油成熟技术比较及其技术经济性,（3）化学品和公用工程消耗,GTL装置的可变操作费用,原材料消耗,公用工程消耗,天然气,化学品（含催化剂）,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,93,5.6 天然气制合成油成熟技术比较及其技术经济性,SSPD工艺,主要消耗燃料气,冷却水用量甚少,浆态床工艺,气价低廉的地区,SMDS和Syntroleum,固定床工艺,主要消耗冷却水,燃料气用量较少,气价高的地区,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,94,5.6 天然气制合成油成熟技术比较及其技术经济性,

46、（4）固定操作费用,直接固定费用,分摊固定费用,人员工资、维修费用及管理费等,保险费、财产税、环保费等,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,95,5.6 天然气制合成油成熟技术比较及其技术经济性,（5）GTL工艺技术经济比较,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,96,5.6 天然气制合成油成熟技术比较及其技术经济性,5.6.2.2 工业试验装置技术经济评价,（1）工艺方案,一次通过式流程,ATR（空气）工艺生产合成气,浆态床反应器进行F-T合成,产品不进行加氢处理，只作简单分馏,产品方案,柴油为主,灵活设计，必要时石蜡产品为主,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,97,

47、5.6 天然气制合成油成熟技术比较及其技术经济性,（2）装置规模,试验装置,进行,ATR反应器,浆态床F-T合成反应器,工程开发,兼顾闲置天然气资源的开发利用,装置规模不宜太小,303t/d（2500桶/天）,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,98,5.6 天然气制合成油成熟技术比较及其技术经济性,（3）原料天然气消耗,取决于装置的能量转化效率,Syntroleum工艺,一次通过流程,ATR（空气）生产合成气,固定床F-T合成反应器,能量转化效率 50.8%,浆态床反应器,能量转化效率 56.4%,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,99,5.6 天然气制合成油成熟技术比较及

48、其技术经济性,（4）工业试验装置的主要技术经济指标,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,100,5.6 天然气制合成油成熟技术比较及其技术经济性,（5）主要经济评价计算指标,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,101,5.6 天然气制合成油成熟技术比较及其技术经济性,（6）敏感性分析,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,102,5.6 天然气制合成油成熟技术比较及其技术经济性,（7）结论,如果全部使用自有资金，试验装置的建设投资为62250万元，其中包括不可预见费6000万元和流动资金6000万元。年销售收入为32000万元。,按基本方案计算，税前IRR为8.39%，低

49、于石油工业规定的基准收益率（12%）；如果装置折旧以15年计算，投资回收期为10.42年（含建设期），接近规定的基准投资回收期（年）。,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,103,5.6 天然气制合成油成熟技术比较及其技术经济性,敏感性分析结果表明，敏感程度最大的因素是产品销售收入。,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,104,5.7 世界天然气制合成油发展的宏观环境分析,（1）日益苛刻的环保法规为GTL产品发展提供了施展机会。,GTL柴油,满足美国、欧盟以及日本新标准,（2）高品质石油产品和石化原料需求日益高涨,中间馏分油在炼制产品需求中将占更大比例,轻质运输燃料需求将增多,全球清洁柴油的需求将呈现强增长势头,天然气合成石脑油是烯烃裂解最佳原料,GTL基础油,高价值的特殊产品,2019/5/17,第5章 天然气制合成油,105,低排放、耐久性、可靠性 摩擦损失小和燃料安全性高,5.7 世界天然气制合成油发展的宏观环境分析,烯烃含量低，不含硫、氮和芳烃,