一碳化工发展现状及展望.doc

1、一碳化工发展现状及展望1 甲烷化工甲烷是天然气的主要成分，也大量存在于煤层气、沼气和垃圾填埋气等之中。既是清洁的燃料，也是非常重要的化工原料。目前世界探明石油储采比为 40 年左右，而探明天然气储采比为 60多年，且未探明的天然气量大于石油，尚未开采的天然气水合物储量更为巨大。目前天然气已成为仅次于石油和煤炭的世界第三大能源，据专家预测，到 21 世纪中叶，世界能源消费结构中，天然气所占份额将从目前的 25%增加到 40%，而石油将从现在的 34%下降到 20%，煤炭基本维持在 27%左右，21 世纪将是以天然气为主的能源时代。随着石油资源的日益枯竭和天然气资源开发利用的加强，21 世纪天然气

2、化工将有光明的发展前景。世界煤层气（煤矿瓦斯）储量也非常巨大，我国储量估计也高达 36.7万亿立方米。煤层气资源的开发利用已受到高度重视。据估算，世界上可燃冰（天然气水合物）总资源量相当于全球已知煤、石油、天然气的 2 倍，可满足人类千年的能源需求。中国从1999 年起对可燃冰进行前瞻性研究，目前已在中国海域内发现大量可燃冰储量，仅在南海北部的可燃冰储量估计相当于中国陆上石油总量的 50%左右。生物甲烷也将逐渐成为甲烷的一个重要来源。由于环境保护的需要从沼气、垃圾填埋气等净化回收生物甲烷已越来越受重视。自然界中数量巨大的油田残余油、煤炭和油页岩，也可以通过微生物作用，为人类提供清洁能源生物甲烷

3、，这种地质有机质资源的数量巨大。有研究认为，美国本土 48 个州的油页岩有机碳大约有 2 万亿吨，而深部埋藏的煤炭则超过了 3 万亿吨，还有阿拉斯加州约 6 万亿吨的深埋煤炭，这些地质有机质只要有 3%转化为甲烷，就能生产 28.3万亿立方米甲烷气，按照当前 6500 亿立方米/年的消费水平测算可供气 40 多年。丰富的甲烷资源，不仅会使其在能源领域扮演越来越重要的角色，同样作为化工原料也将扮演十分重要的角色。目前，世界目前约有 50 多个国家不同程度地发展了甲烷化工（天然气化工） ，年耗天然气量约 1600 亿 m3，约占世界天然气消费量的5%6%，一次加工产品总产量在 2 亿 t 以上。主

4、要产品包括合成氨（尿素） 、甲醇（二甲醚） 、合成油、氢气和羰基合成气、乙炔、卤代烷烃、氢氰酸、硝基烷烃、二硫化碳、炭黑等多种一次加工产品及大量衍生物。目前，世界上近 80%的合成氨、近 90%的甲醇以天然气为原料制取。不同地区化工用天然气的比例不同。天然气化工正在向天然气资源丰富且价格相对低廉的地区转移。我国天然气化工已有 40 多年的历史，形成了定的生产规模。目前我国以天然气为原料生产的化工产品主要有合成氨、甲醇、氢气、乙炔、羰基合成化学品、光气、氰化物、甲烷氯化物、二硫化碳、炭黑等等。虽然我国化工生产目前消耗的天然气量不是很大（100 多亿 m3/a） ，但其占国内天然气消费量的比例较高

5、，目前仍达 30%左右。虽然相对用气量逐年下降，但绝对用气量不断增加。在四川、重庆等天然气丰富和开发利用较早的地区天然气化工占化工行业的比重很大，如重庆天然气化工产值已占其化工总产值的一半以上。1.1 制氢氢不仅在化工领域用途广泛，也是一种重要的新型能源载体，目前世界氢的年消费量已达到近 5000 万 t。氢的制取和来源途径较多，但甲烷是大规模制氢的最理想原料，目前世界上 80%左右的氢气是以天然气为原料生产的。氢气的主要消费领域是石油化工产品的生产，包括合成氨、甲醇、石油炼制产品和其它石化产品等，三者占总消费量的 98%以上，另外还在食用油脂、金属加工、电子、浮法玻璃、火箭等领域有较广泛的应

6、用，但用户分散、用量小，约占总消费量的 1%1.5%。目前氢的生产和消费不断增长，除了合成氨、甲醇等的发展推动外，炼油行业的需求增长迅速，由于炼油原料重质化和油品质量指标提高，氢耗增加。氢在未来的最大发展潜力是在能源领域，氢能发电、氢燃料动力汽车将引领未来的发展潮流。作为纯氢能的一种过渡，氢烷（一种氢和甲烷混合物）燃料动力汽车，因其可减少污染物排放也引起了一定程度的重视。甲烷等烃类制氢目前主要通过重整的方法，会副产大量的二氧化碳有害气体。在环境保护越来越受重视的背景下，烃类分解生成炭黑和氢气的制氢新方法渐渐受到人们的关注。该工艺的最大特点就是在生成氢气的同时副产炭黑，而不是二氧化碳。尽管通过对

7、烃类进行热氧化即不完全燃烧法制取炭黑是较为成熟和常用的炭黑生产方法，但它不适用于制取氢气，以下两种方法则较为理想：（1）热裂解法 烃类的热裂解法本是为生产炭黑开发的，但它同样适用于制氢。该法是将烃类原料在无氧、无火焰的条件下，热分解为氢气和炭黑。可安装两台裂解炉，炉内衬耐火材料并用耐火砖砌成花格构成方型通道。在生产的过程中，先通入空气和燃料气在炉内燃烧并加热格子砖，然后停止通空气和燃料气，用格子砖蓄存的热量裂解通入的原料气，生成氢气和炭黑。两台裂解炉轮流进行蓄热裂解，周而复始循环操作。将炭黑与气相分离后，气体经提纯即可得到纯氢。（2）等离子体法 等离子体是物质存在的第四种状态。用等离子体使烃类

8、分解生成炭黑和氢气的方法早在几十年前就被提出来了。近年来，等离子体技术进步很快，同时二氧化碳排放引发的环境问题也越来越受到关注，等离子体法也因此被开发为无二氧化碳排放的制氢技术。等离子体法制氢的优点首先是成本低。如果考虑炭黑的价值，等离子体法是在包括风能制氢、水电制氢、地热制氢、生物法制氢、天然气蒸气转化制氢在内的几种制氢方法中，成本最低的。其次是原料利用效率高。在该过程中几乎所有的原料都转化为氢气和炭黑，没有其它副反应。除原料带入的杂质外，过程中没有二氧化碳的生成，其它非烃杂质也很少。再次是原料的适应性强。几乎所有的烃类，从天然气到重质油都可作为其制氢的原料。在该工艺中，原料的改变仅影响产品

9、中氢气和炭黑的比例。四是与该工艺配套的装置生产规模可大可小。烃类制氢副产炭黑工艺的优越性从能量利用的角度也可反映出来。把二氧化碳排入大气相对于留在地面上的副产物炭黑而言，本身就是一个能源浪费的过程。而热分解烃类生成炭黑和氢气，不仅减少了二氧化碳的排放，而且节省能耗。烃类制氢副产炭黑工艺伴生的炭黑用途很广泛，如用于橡胶、塑料、印刷、道路沥青等。在大量副产炭黑的情况下，上述途径所使用炭黑的量依然有限，而且不同的用途对炭黑的规格要求也不尽相同，因此，烃类制氢副产炭黑的配套工艺还有待于进一步开发。由于氢气需求量的增加甲烷制氢正在向越来越大型化发展，然而由于氢气的储运成本高，小型的现场制氢装置也得到了发

10、展。1.2 合成氨合成氨是生产尿素、磷酸铵、硝酸铵等化学肥料的主要原料，工业生产过程是以天然气或煤炭为原料通过水蒸气重整工艺制得氢气，然后与氮气进行高压合成制得合成氨。据统计，世界合成氨产能已超过 1.76 亿吨/年，主要生产能力分布情况：美国 1000 万吨/年、加拿大 520 万吨/年、墨西哥 291 万吨/年、南美地区 856 万吨/年(其中特立尼达 453 万吨/年)、西欧 1218万吨/年、东欧 3333.4 万吨/年、中东/非洲 1560.2 万吨/年、亚太地区 8720 万吨/年。合成氨按终端用途来分，约 85%90%的合成氨用作化肥：液态氨、硝酸铵、尿素或其他衍生物，仅 13%

11、用于其他商品市场。据预测，未来几年年世界合成氨产量将以 3.5%/年增速继续增长，2010 年将达到 2 亿吨。世界上将近 80%的合成氨是以天然气为原料生产的，天然气基合成氨与煤基合成氨相比，流程短、投资省，因此天然气是合成氨的最佳原料。但是，近年天然气价格的快速上涨，已使美国、欧洲等地区关闭了一批合成氨装置。合成氨生产正向天然气低价格地区转移，将集中在中东、北非和特立尼达等地区。我国由于煤资源相对较为丰富而天然气较缺乏，合成氨的发展重点以煤为原料，但在天然气相对丰富的四川、重庆、新疆、宁夏、海南等地区，天然气合成氨还是得到了发展。目前我国合成氨生产能力已超过 5000 万 t/a，其中以天

12、然气为原料的仅约占 21%，但 30 万 t/a 以上的大型合成氨装置天然气为原料的占多数。除十几套大型合成氨装置外我国还有 60 多套以天然气为原料的中、小合成氨装置。合成氨生产的发展方向是节能和大型化。1.3 合成甲醇甲醇是极其重要的一种基础有机化工原料，广泛应用于有机合成、染料、医药、涂料和国防等工业。随着科学技术的发展，甲醇又开辟了一些新的应用领域，以甲醇为原料的系列产品也越来越多，甲醇的燃料用途也越来越受重视。2005 年全球甲醇产能达 4860 万吨，产量 3600 万吨，2006 年世界甲醇总生产能力为 4965 万吨。2010 年世界甲醇生产能力预计将达到6400 万，2015

13、 年达 7200 万吨。近年，我国甲醇生产和消费发展迅速，2006 年底我国甲醇产能已达 1097 万吨，2006 年产量为 762.3万吨，其中 30%左右以天然气为原料生产。目前我国在建和规划建设的天然气甲醇项目产能达 770 万吨/年。在过去的 20 多年里，甲醇生产能力的地区分布及生产状况已发生了巨大的变化，那些具有丰富天然气资源的国家尽管国内需求有限，但还是建设了世界级的大型甲醇生产装置，向美国、西欧和日本等发达国家出口大量甲醇，而工业发达国家则纷纷关闭了那些效率不高的甲醇生产装置。目前国外在建或计划建设的甲醇生产能力，多数位于中东、南美等富产天然气的地区。大型化是甲醇生产发展的另一

14、趋势。目前产能 30 万 t/a 以上的甲醇装置的生产能力已占总生产能力的 80%以上。近年国外多家公司开发了生产能力 500010000t/d 的超大型甲醇装置生产新技术，可显著降低投资和甲醇生产成本。目前，生产能力 170 万 t/a 的超大型甲醇装置已建成投产。目前几乎所有的甲醇都是经由合成气合成的，甲烷不经合成气而直接合成甲醇的新技术是当前的一个研究热门，但目前距工业应用仍有一定距离。1.4 合成油天然气合成油是利用边远地区天然气的一条重要途径，油价的长期走高使其吸引力越来越大。天然气合成油（GTL）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

15、严格要求和日益苛刻的环境法规。目前马来西亚和卡塔尔已建成投产有 GTL 装置。近年 GTL 技术经过不断改进和完善，投资和生产费用逐步降低。虽然目前 GTL 工业化产能不大，但业内人士对 GTL 未来前景保持乐观，认为未来 1015 年 GTL 项目将有较大发展。据南非 Sasol 公司预测，到 2020 年，世界 GTL 产量可达9000 万吨/年。2007 年 2 月底，中石化集团与美国合成油公司成立了一个技术合资公司，以便在中国推广商用 GTL 天然气液化和 CTL 煤炭液化技术。计划中 GTL 天然气合成油设备的年生产能力为 79 万吨。1.5 乙炔乙炔曾是世界化学工业中“有机合成之母

16、” ，早期的石油化工就始于天然气乙炔工业和天然气凝析液（NGL）制乙烯工业的兴起。天然气生产乙炔于 1940 年实现工业化，工业发达国家于 20 世纪 60、70 年代发展到顶峰。在经过廉价石油乙烯出现后的 30 多年竞争后，至今世界上仍有十多套天然气乙炔装置在运转，用于生产氯乙烯，醋酸乙烯，1,4-丁二醇等几种化工产品，占国外乙炔生产能力的 50%左右。由于石油价格上涨，乙炔化工在一定程度上又重新受到重视。我国 1978 年引进 BASF 公司技术建设 3 万 t/a 的四川维尼纶厂天然气乙炔装置，所产乙炔用于合成醋酸乙烯和维尼纶，乙炔尾气则用于合成甲醇。2003 年该厂又新建了一条 3 万

17、 t/a 的天然气乙炔生产线。该厂目前正在与新疆美克化工有限责任公司合作在库尔勒美克集团化工工业园区建设天然气乙炔装置，为美克化工 6 万 t/a 1,4丁二醇项目生产原料。我国目前乙炔生产主要采用电石法，但天然气法生产乙炔具有清洁污染少、可连续大规模生产等优点，在天然气丰富且价格相对较低的地区仍有一定发展前景。天然气制乙炔目前工业上主要采用部分氧化法。等离子体法是目前的一个研究热门，近年在研究上也取得了一些进展，但距工业化应用仍有距离。1.6 氢氰酸氢氰酸主要用于生产己二氰、丙酮氰醇和甲基丙烯酸甲酯、蛋氨酸、氰化钠、三聚氯氰和螯合剂等，在化学工业中有重要地位。氢氰酸有多种工业生产方法，其中以

18、天然气和氨为原料在贵金属催化剂下反应的生产方法占主导地位，该法以 Andrussow 工艺（安氏法）最具代表性，其后 Degussa 改良开发出 BMA 工艺。目前世界氢氰酸产能为 180 万 t/a 左右，以天然气为原料的氢氰酸占总生产能力的 60%以上。我国氢氰酸生产目前以天然气为原料的比例仍较低，而以丙烯腈副产法和轻油裂解法为主。国内以天然气为原料的几个氢氰酸生产厂家合计生产能力约 20 kt/a，用于加工成多种氢氰酸下游产品。重庆三峡英利公司目前正在建设“天然气3 万吨氢氰酸12.6 万吨羟基乙氰5 万吨甘氨酸”项目，该技术为清华紫光英利的自主技术，属于国际先进的直接 Hydantio

19、n 工艺，即：天然气氢氰酸(+甲醛)羟基乙氰(+氨和二氧化碳)氨基乙氰(脱水)氨基乙酸(即甘氨酸)。该工艺与传统的氯乙酸氨解法甘氨酸生产方法相比在产品品质、收率、成本及环保方面都具有非常显著的优势。我国无论氢氰酸的生产技术和规模，还是氢氰酸的下游开发利用都仍有较大的发展空间，不少氢氰酸的下游产品如蛋氨酸等主要依赖进口。1.7 二硫化碳二硫化碳的生产方法以原料划分主要有天然气法和木炭法两种，国外主要采用天然气法，目前世界二硫化碳年消费量估计约为 100 万t。二硫化碳是生产粘胶纤维、玻璃纸的溶剂和生产二甲基亚砜、橡胶硫化促进剂的原料，我国是粘胶纤维和二甲基亚砜的生产大国，对二硫化碳需求量大。目前

20、我国二硫化碳的年生产能力已达 30 多万t，其中以天然气为原料的占三分之一左右。1.8 炭黑天然气曾经大量用于生产炭黑，但由于天然气价格的上涨使天然气制炭黑在大部分地区已失去竞争能力。国外目前天然气在炭黑生产中主要是用作燃料而不再是原料。由于油价上涨，在一些天然气外输利用比较困难、价格比较低廉的天然气产地，利用天然气生产炭黑仍然是有利可图的。国内虽然一些天然气炭黑装置已关闭或改换原料，但近年在一些天然气产地又建设了几家天然气炭黑厂。目前国内天然气炭黑年生产能力仍有数万吨。制氢联产炭黑或许会为将来受重视的天然气生产炭黑路线。1.9 合成烯烃甲烷合成乙烯、丙烯等烯烃有甲烷直接氧化偶联合成烯烃、甲烷

21、氧化氯化经氯甲烷转化合成烯烃、甲烷经甲醇合成烯烃（MTO） 、甲烷经二甲醚合成烯烃（DMTO）及由甲烷制得的合成气通过费托合成直接合成烯烃等路线。通过甲醇或通过费托合成法制烯烃，这些路线均需生成合成气作为中间步骤，而这一中间步骤投资大、能耗高。因此，对甲烷氧化偶联和甲烷氧化氯化等直接法技术也进行了大量研究。最近美国陶氏化学公司在甲烷氧化氯化制烯烃工艺研究上取得了新的进展。陶氏化学公司开发的三氯化镧催化剂在此过程中具有非凡的应用效果。借助三氯化镧催化剂在氧气存在下，使甲烷与氯化氢反应，得到的氯甲烷再转化为化学品或燃料。甲烷直接转化为烯烃虽然具有很大的吸引力，但在目前的技术条件下大规模工业应用仍存

22、在许多障碍。目前甲烷合成烯烃工业上成熟可行的路线是经过甲醇的间接合成路线，已有大型装置正在建设之中。1.10 合成芳烃甲烷脱氢芳构化可同时获得芳烃和氢气，是一条很有吸引力的生产芳烃芳烃和氢气的非石油甲烷化工新路线，因此国内外都进行了大量的研究开发，在此研究领域我国处于世界先进水平。采用单纯的甲烷进料，需要相对较高的反应温度，甲烷转化率也相对较低。最近国内有研究发现，采用甲烷、丙烷共进料，使用 Mo-Zn/HZSM-5 催化剂，可显著改进这一过程，可达 34.8%的甲烷转化率和 69.6%的丙烷转化率，芳烃总选择性大于 80%。此种用丙烷活化甲烷的过程可能为天然气和炼厂气的直接利用提供了一个新的

23、反应途径。1.11 甲烷燃料电池目前，许多大公司正在开发这种燃料电池。使用甲烷(天然气) 作为燃料电池的燃料可避免贮氢和补充氢燃料的后勤问题。燃料电池将来不止使用在汽车和大型发电装置上，小型燃料电池的开发也备受重视。韩国三星公司的研发机构三星先进技术研究所已经成功研制成功一种小型直接甲烷燃料电池(DMFC)。这种电池能将甲烷与空气和水混合，然后产生电能。这种电池未来可以取代现在笔记本电脑以及其他便携电子设备等所使用的锂离子电池。三星公司称他们的电池使用 100cm3 的甲烷所产生的电能能够供一台笔记本电脑运行 10h。MTI MicroFuel Cells 公司已经获得了一种直接甲烷燃料电池的

24、专利，它采用的简化结构可使小型手持设备为手机、笔记型计算机等电子设备供电。MIT 宣称其待机时间将可望达到一般锂电池的三到十倍。最近有报道称，日本东芝目前正在研发一种笔记本电脑使用的甲烷燃料电池，该款电池的续航时间可达到 20h 以上。目前，东芝正在测试该项技术，产品原型很快就会推动。据预计，这种燃料电池2008 年有望于全球用户见面。据悉，燃料电池的安全系数是很高的。因此，美国联邦航空局已允许在美国的航班上使用甲烷燃料电池。1.12 其他产品除了上述介绍的一些产品外，甲烷还可用于合成许多其他产品，如生产重要的化工原料甲烷氯化物，硝基甲烷，一氧化碳和 OXO 合成气，用于合成 OXO 醇，光气

25、，羰基合成醋酸、甲酸等。2 合成气化工目前甲烷化工大多数是通过合成气的间接方法合成其他化工产品，但是合成气除了由甲烷（天然气）生产外，还可通过煤、渣油、生物质等气化生产。天然气短缺及其价格上涨，已使得合成气生产更多地转向依赖煤原料，而为了保护环境和可持续发展的需要，生物质气化生产合成气也得到了越来越多的关注。2.1 煤制氢和合成氨在经济与环境保护等多重因素的促进下，煤气化制氢并进而制氨等越来越占据重要地位。中国富煤少气的能源结构，使我国的氢气生产不得不更仰赖煤。目前我国合成氨约 80%以煤为原料。其他领域所需的氢气也有不少来自煤基路线，如神华直接法煤制油装置所需的大量氢气即是通过煤气化生产。目

26、前的燃煤火力发电厂，排放大量的二氧化碳等对环境有害的气体，氢能发电已被考虑用于替代。不少国家正在实施“绿色煤电”发展战略，以煤气化制氢和氢能发电为主，对二氧化碳进行分离和处理，使煤炭发电符合可持续发展的要求。与现有的燃煤发电技术相比，煤气化制氢及其发电技术可以达到更高的发电效率，可实现包括二氧化碳在内的各种污染物的近零排放，这是现有燃煤发电技术无法实现的目标。但是，发展真正意义的“绿色煤电” ，还有很长的路要走。煤制氢最关键的是煤气化技术，目前国内主要仍依赖从国外引进。近年国内在煤气化技术的研究开发方面也取得了不少成果，缩小了与国外先进技术的差距。合成气制氢是通过水煤气变换反应，因此开发高性能

27、的变换催化剂也十分重要。美国俄亥俄州立大学成功开发出一种不含毒性金属 Cr的高温变换制氢催化剂，可大幅度提升制氢产率。试验结果表明，该催化剂与现有商业化催化剂相比，氢转化率可提高 25%。我国变换催化剂的开发虽然已取得相当成就，但仍有进一步提高的必要。2.2 煤和生物质合成油煤合成油（CTL） 、生物质合成油（BTL）与天然气合成油（GTL）一起，被认为是最有希望在未来替代石油用于交通的能源。煤气化经 F-T 反应合成油国外已有较长的生产历史，技术成熟，南非现有年耗煤近 4200 万吨、生产合成油品约 500 万吨和 200 万吨化学品的合成油厂。在技术方面，南非 SASOL 公司经历了固定床

28、技术（19501980） 、循环流化床（19701990） 、固定流化床（1990） 、浆态床（1993）4 个阶段。近年国内不少单位计划引进技术建设大规模生产装置。我国自行开发的技术，近年也取得了较大进展，已分别建成了设计合成产品能力为 1000 吨/年、1 万吨/年的低温浆态床合成油（间接液化）中试装置，并进行了长周期试验运行，完成了配套铁系催化剂的开发，完成了 10 万吨/年、100 万吨/年级示范工厂的工艺软件包设计和工程研究。2007 年 4 月 6 日，16 万吨/年的合成油装置已在山西潞安正式开工建设，计划 2008 年 7 月 31日正式产出合格产品。低温浆态床合成油可以获得约

29、 70的柴油，十六烷值达到 70 以上，其它产品有 LPG（约 510） 、含氧化合物等。煤间接液化技术有较宽的煤种适应性，工艺条件相对缓和，可以通过改变生产工艺条件调整产品结构，或以发动机燃料为主，或以化工品为主，因此将会成为未来煤制油产业发展的主要途径。单一以煤为原料合成油，合成气的氢碳比优化困难。南非金山大学与中国陕西金巢投资公司最近合作开发了使用煤炭和天然气（或煤矿的瓦斯废气）混合原料的新技术，使得氢碳比可以进行调整，新技术还省略了合成工艺流程中的回路环节，简化了工艺流程，降低了技术风险和运行成本。目前，煤变油同行领先者的技术改造集中在合成工艺中的反应器上，但反应器的造价不超过整个企业

30、投资的10%，而该新工艺流程的创新可节省 15%至 30%的投资。截至 2006 年底，我国在建和规划中的煤制油项目规模达到 4017 万吨/年，其中有相当一部分采用经合成气的间接合成法。其中兖矿集团规划建设 1000 万吨/年的间接法煤制油，第一期建成 100 万吨间接液化煤制油示范装置后，分别采用两种技术各建成 200 万吨间接煤液化装置，年产油品 500 万吨；第二期将煤制油能力扩大一倍，达到 1000 万吨，同时建设石脑油、烯烃和含氧化物的下游加工利用工程，形成既有低温又有高温的大型煤制油及下游煤化工的联合生产装置。据介绍，该项目的建设周期为 4 年，将在 2008 年试车投产。一期设

31、计生产液化石油气 10.21 万吨，石脑油 24.99 万吨，柴油71.46 万吨，苯酚 0.36 万吨。百万吨油品的煤炭需要量为 405 万吨/年，水需要 1952 立方米/小时，产品方案为柴油 77.2%，石脑油19.6%，液化石油气 2.3%，特种蜡为 0.9%。按照 150 元/吨的煤炭成本、3700 元/吨的柴油售价计算，总投资 101 亿元的百万吨级煤间接液化制油项目，其年均税后利润为 8.9 亿元，财务投资回收期(含建设期)小于 9 年。吨油完全成本 1986 元，可与 2528 美元/桶的石油加工过程相竞争。由于煤炭成本上升，最近兖矿集团调高了煤制油成本为 2130 元/吨（以

32、煤价 180 元/吨计） ，可与 35 美元/桶的石油加工过程相竞争。神华煤制油分为直接液化和间接液化两种方式，其三大间接法煤制油项目技术合作方是南非萨索尔公司和壳牌公司，其中萨索尔参与的是其在宁夏宁东和陕西榆林的两大项目，另一陕西项目则可能选择壳牌公司。BTL（Biomass-to-liquid）是以生物质为原料生产合成油，被成为第二代生物燃料。生产 BTL 的原料主要是可从各种生物质中获取的合成气。与从天然气或者煤炭制取的合成燃料相比，BTL 的独特优势是二氧化碳排放量较低，这是因为生物质在生长过程中吸收二氧化碳，因此可以大部分抵消其在燃烧过程中排放的二氧化碳。BTL既可以作为添加剂，也可

33、以作为纯净燃料用在柴油发动机中。生物质液化燃料具有可再生性和对环境友好特征，因此被越来越多的国家所重视。德国 Choren 公司是世界上生物质合成柴油和煤间接转化合成油生产领域的先驱者，Choren 在生物垃圾变为柴油方面效率和品质高都很高。其专利技术 Carbo-V 气化技术，即把植物和动物废料转化为合成气，在全球处于领先位置。Choren 公司计划投资 5 亿欧元在德国建成年产近 1 百万吨的 BTL 生产线，目前正在选址阶段。Choren 已经和 Shell（壳牌） 、戴姆勒-克莱斯勒、大众等公司密切合作，以推进这项计划顺利进行。Choren 目前已在德国 Freiberg 建成了一个年

34、产 15000 吨的 BTL 生产基地，预计 2007 年秋季即可投入生产。根据 Choren 的数据，5 吨生物质可以生产 1 吨燃料，每公顷土地生产的生物质可以制备 4 吨 BTL 燃料。2.3 煤和生物质合成甲醇国外甲醇主要以天然气为原料生产，由于天然气价格上涨和甲醇需求的扩大，已使煤制甲醇的吸引力增加，尤其在我国目前煤制甲醇发展迅猛，煤制甲醇在我国达 75%左右。对环境保护的关切，使得利用生物质制合成气生产甲醇也受到重视。荷兰与比利时共同投资收购了位于荷兰东北部德尔福斯港的一家甲醇制造厂，准备将其改造成世界第一家生物甲醇厂。投资方为 Bio Methanol Chemie Holdin

35、g 公司。该厂原以天然气为原料，因天然气涨价已停产。生物甲醇的初期产量预计为 10 万 t，到后期将增长10 倍达到上百万吨的产量。 ”该厂将利用新的高效技术，从甘油中提炼生物甲醇。甘油是一种生物柴油的副产品，也是从含油植物中提炼出的另一种可再生绿色燃料。由于全球生物柴油产量不断上升，甘油的价格已经骤降。2.4 煤和生物质合成二甲醚煤和生物质合成二甲醚，可用经由甲醇合成二甲醚的两步法，也可由煤或生物质制得的合成气一步合成。两步法是目前普遍采用的生产工艺。一步法技术虽然目前工业上使用得仍较少，但因其本身有不少优点，国内外都进行了大量研究，并已开发出了可供大规模生产使用的技术。煤制二甲醚是今后一段

36、时期我国二甲醚生产发展的主要方向。2.5 合成低碳混合醇低碳混合醇是指 C1C6 的醇类混合物。从性能而言，低碳混合醇是一种良好的汽油添加剂，它具有高的辛烷值以及与汽油良好的掺混性能，完全可以代替 MTBE 作为汽油添加剂。由煤炭等出发经合成气制低碳混合醇是 C1 化工技术发展的重要领域。因此，积极开发煤基合成低碳混合醇技术不仅具有重要的意义。低碳混合醇除了用作汽油添加剂外，也可以分离出各种化工用途的低碳醇。目前低碳混合醇尚无大规模生产装置，但国内外都已进行了程度相当深入的研究，目前国内亦有企业计划建设大型工业装置。2.6 合成乙醇合成气制乙醇也是 C1 化工研究的一项课题，国内外都开发了达到

37、中试程度的技术。近年乙醇燃料的迅速发展，重新引起了对该技术的关注。有预测，生物质气化合成乙醇有可能将成为乙醇燃料生产的关键工艺之一。最近美国能源部宣布，拨款 3.85 亿美元资助 6 项有关乙醇燃料开发的项目，以促进由非传统能源原料如木屑、柳枝稷和柑橘皮等生产乙醇燃料，其中 3 个项目采用煤炭行业所用的气化技术工艺。能源专家解读说，此举表明，政府重视气化技术工艺在可再生能源领域的应用。不少科学家认为，与目前的乙醇燃料发酵生产工艺相比，气化技术将能提供更高效、更经济和更环保的工艺，而且适用于多种可再生能源燃料生产。一方面，气化技术有助于降低发酵工艺的成本，解决发酵工艺中生物原料不易释放淀粉的问题

38、，目前在发酵工艺中需要较为昂贵的反应器来解决这一问题。另一方面，气化工艺直接产生的合成气很容易被转变成其他燃料、化学品和材料。此外，气化技术长期在煤炭行业的应用表明，它也是环保型技术。让美国能源部更感兴趣的是，气化技术可以解决目前美国过于依赖玉米生产乙醇燃料的问题，扩大生物燃料除玉米以外的多种来源。气化技术在可再生能源领域的应用研究已显示出较好的可行性。2001年，美国一家以木屑为原料生产乙醇燃料的工厂，就已具备了日产200 兆瓦电力的能力。不过，为了促进气化工艺的竞争力，还需要加大对其中催化剂的优化研究，以更好地降低工艺的生产成本。2.7 合成烯烃合成气一步反应可制低碳烯烃是 C1 化工中具

39、有挑战性的一个课题，由于产品分布受 Andorson-Sohulz-Flory 规律（链增长依批数递减的摩尔分布）的限制，想要高选择性地得到低碳烯烃有相当的难度。中国科学院沈阳分院开发了 Si-2 分子筛担载的新型 K-Fe-MnO 催化剂，提高金属活性组分的分散度和催化剂稳定性；开发以盐浴加热、以熔盐为热载体的列管式反应器单管扩大实验装置，以控制强反应热及床层飞温现象，控制反应床层温差，确保单管扩大实验攻关研究的成功完成；解决了催化剂放大及反应规模放大的难题，催化剂制备重复性好，反应性能稳定好，达到 CO 转化率70%，烯烃选择性大于 70%，低碳烯烃时空产率为 0.1140.12g/g-c

40、ath.，在单管扩大实验装置上单程连续运转寿命超过 1000h。反应在中常压下进行，具有工艺流程简单、工业操作方便、投资省的优点。在 F-T 合成油工艺中，采用钴基催化剂，也可制得相当比例的高附加值的 C4C20 -烯烃。2.8 OXO 合成烯烃与合成气（CO+H2）反应可合成很多醛类产品，后者经加氢可合成相应的醇。该反应工业上已被大规模应用于合成丙醛、丁醛和丁、辛醇等。该反应的新近的一个重要应用是以环氧乙烷和合成气为原料生产1,3-丙二醇，以 1,3-丙二醇为原料生产的 PTT 聚酯，性能优异，被认为极有发展前景。2.9 合成天然气煤经合成气转化为合成天然气是一个早已工业化应用的技术，197

41、8年，美国“大平原煤气化协会”联合几家公司，开始建造世界上第一座合成天然气工厂，1984 年建成投产，但长期以来因天然气价格低廉而亏损，从而使其发展受阻。随着天然气价格的大幅提升和减排二氧化碳的压力，这一技术又重新引起了重视。美国北达科他州 Beulah 煤气化厂，每日将 1.8 万吨褐煤转化成 480万 m3 合成天然气。虽然就目前的技术、经济而言，合成天然气不能同天然气相竞争，但自从该厂 2000 年 9 月建造了一条输送管道向加拿大出售二氧化碳用于石油开采后，不仅使该厂扭亏为盈，而且也让工厂甩掉了煤气化厂排放二氧化碳污染物的包袱。Topsoe 公司最近重新启动了其 TREMPTM 煤制天

42、然气技术项目，该技术通过一种专利技术的催化剂将煤或生物质气化制得的合成气转化为管道质量的天然气。该技术已被美国伊利诺斯州 Jefferson 县的电力控股公司的煤气化厂选用，总投资 10 亿美元，每年将 400 万 t煤转化为管道质量的天然气。最近 5 年美国的天然气价格翻了一番，这都使从煤或生物质中合成天然气技术在经济上具有吸引力。美能源部正推行一项 10 年期、称为“未来煤发电计划”（FutureGen） 。该计划设想利用煤合成天然气，再将所产生的二氧化碳存储到地下，从而使煤发电站既能发电、又达到零排放的目标。3 甲醇化工甲醇是一种重要的有机化工原料，用于合成甲醛、醋酸、甲胺、对苯二甲酸二

43、甲酯、甲基丙烯酸甲酯、氯甲烷、甲基叔丁基醚、乙烯、丙烯、二甲醚等一系列有机化工产品，而且还可以加入汽油掺烧或代替汽油作为动力燃料以及用来合成甲醇蛋白。在世界基础有机化工原料中，甲醇消费量仅次于乙烯、丙烯、苯，居第四位。甲醇可转化为汽油，也可与异丁烯反应得到高辛烷值无铅汽油添加剂甲基叔丁基醚（MTBE） ；甲醇的衍生产品二甲醚被誉为 21 世纪极具潜力的新型燃料；甲醇羰基化合成醋酸已取代传统技术成为醋酸生产的主要路线；甲醇制烯烃正越来越受重视。同时甲醇是富氢液体，可通过水蒸气重整制氢用于燃料电池的氢源，也可直接作为燃料电池的燃料使用，是最有希望成为燃料电池汽车的燃料。甲醇直接用作发电燃料也受关注

44、，卡塔尔石油公司（QPC）与南非世界石油（PetroWorld）公司合约，在卡塔尔拉斯拉法建设 1.5 万 t/d 燃料级甲醇装置，QPC 持股 51%，PetroWorld 公司持股 49%，该装置定于2008 年投产，所产甲醇将用作发电燃料。截至 2006 年，在世界甲醇消费结构中，占居第一位的是甲醛，约占35%；第二位为 MTBE（甲基叔丁基醚） ，约占 23%；第三为醋酸，约占 12%。其他衍生物包括对苯二甲酸二甲酯、甲基丙烯酸甲酯（MMA） 、甲胺、溶剂和防冻剂，甲醇用于反酯化生产生物柴油用量也在增多。甲醇化工的发展主要仰赖两个方面，一是充足而廉价的甲醇供应，而是先进的甲醇加工利用技

45、术的开发。目前驱动甲醇化工发展的这两个车轮正在加速运转。2005 年全球甲醇产能 4860 万吨，产量 3600 万吨；2010 年甲醇生产能力将达到 6400 万，2015 年达 7200 万吨。2006 年底，我国甲醇产能已达 1097 万吨/年，2006 年全国甲醇表观消费量为 892.9 万吨，国内产量为 762.3 万吨，净进口 130.6 万吨。而 2007 年一季度我国精甲醇产量 235.6 万吨，同比增长 48.2%，增幅较去年同期上升29.8 个百分点，其中 3 月份产量 79.8 万吨，同比增长 43.1%，超过国内甲醇消化能力的增长，导致我国甲醇的出口量出现猛增，而进口大

46、幅缩减。预计 2010 年我国甲醇总产能将达到 2000 万2500 万吨/年，而消费量仅有 1250 万吨/年。如何消化国内外大量的过剩甲醇产能，对甲醇化工提出了挑战，同时也为发展甲醇化工提供了一个前所未有的机遇。3.1 甲醇制二甲醚二甲醚可由合成气一步合成，也可从合成气出发经由甲醇两步合成。虽然两种方法都已有工业成熟技术，但目前两步法仍占主导地位。两步法有液相法和气相法两种工艺，国内都已开发有先进的生产技术，前者以久泰为代表，后者以西南化工研究设计院为代表。西南院开发的气相法技术，各项指标都达到了较为先进的水平，占领了国内的大部分市场，已转让了 30 多套生产装置。除了采用国内技术外，也有

47、个别厂家采用了国外技术。如泸天化采用日本技术，赤天化采用 Topose 技术。3.2 甲醇制烯烃甲醇生产乙烯（MTO） 、甲醇生产丙烯（MTP）是以煤、天然气、生物质等代替石油生产化工产品的极富前景的 C1 化工路线。MTO、MTP 现已有成熟的可供工业应用的技术，前者以 UOP/Hydro 技术为代表，后者以 Lurgi 技术为代表。在当前油价较高的条件下，在天然气或煤资源丰富且价格较低的地区，MTO 和 MTP 在经济上也已具有较高的吸引力。我国中科院大连化物所开发的甲醇经二甲醚合成烯烃技术最近也已取得突破性进展，完成了 1 万吨/年的工业示范，即将建设大型工业装置。国外已有在建的以天然气

48、为原料的大型甲醇制烯烃生产装置，而国内则规划了大量的以煤为原料的甲醇制烯烃项目。3.3 甲醇合成汽油20 世纪 70 年代初期发现独特的“形状选择”催化原理，应用该原理的一个重大挑战是从甲醇制汽油（MTG） 。70 年代开展对各种工艺方案的研究，在美国中试装置规模为 4 桶/日，在德国中试装置规模为 100 桶/日。1979 年新西兰政府决定在新西兰新普利茅斯建设一套 14500 桶/日工业装置。装置的所有权 75%归新西兰政府，25%归埃克森美孚公司。装置于 1985 年投产并成功地运行了大约 10 年，后由于经济上的原因改为化学级甲醇生产装置。最近中科院山西煤化所与化二院共同开发的一步法甲

49、醇转化制汽油技术在煤化所能源化工中试基地完成中试。中试规模为日处理甲醇500kg。汽油选择性为 37%38%（质量分数） ，LPG 选择性为3%4%（质量分数） ，催化剂单程寿命 22 天，每 t 产品(汽油+LPG)消耗甲醇 2.48t。产品汽油具有低烯烃含量(5%15%)、低苯含量、无硫等特点，汽油辛烷值为 93-99(RON)。ZSM-5 分子筛催化剂由山西煤化所独立开发，工艺过程由煤化所和化二院合作开发，催化剂和工艺均具有自主知识产权。一步法甲醇转化制汽油技术与国外MTG 技术的区别是，一步法技术省略了甲醇转化制二甲醚的步骤，甲醇在 ZSM-5 分子筛催化剂的作用下一步转化为汽油和少量 LPG 产品，其显著优点是工艺流程短，汽油选择性高，催化剂稳定性和单程寿命等指标均优于已有技术。目前，万吨级工业化试验装置已经在山西晋城市开工建设，预计在 2007 年上半年建成投入工业化试验运行。山西晋城无烟煤集团公司与德国 Uhde 公司签署了一份利用甲醇生产汽油的 MTG 设备设计和生产制造合同。Uhde 公司的设备是位于北京西南 600km 左右的山西晋城项目中的一部分。整个项目包括硬煤的涡流层气化设备和甲醇生产设备。从 2008 年开始，将每年生产 10万吨汽油。在这一合同的框架内，Uhde 公司负责设计、生产和提