我国发展C1化工的战略

1、我国发展C1化工的战略陈庆龄 胡云光 白尔铮（中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院，201208）摘要：世界界能源需需求和结结构状况况的矛盾盾迫使人人们开发发石油替替代品及及其衍生生物。天天然气和和煤经合合成气等等C1化工过过程合成成燃料和和衍生产产品是解解决供需需矛盾的的重要措措施之一一。文章章评述了了C1化工过过程生产产燃料和和化工产产品的发发展趋势势，并对对我国发发展C11化工的的战略提提出了建建议。关键词：CC1化工 发展 战略“CC1化学”一一词最早早来源于于Monnsannto公公司，系系指由甲甲醇合成成乙酸工工艺，即即从合成成气制得得甲醇，通通过铑-碘络合合物催化化剂体系系

2、反应生生成乙酸酸1。广义义上讲，凡凡含一个个碳原子子的化合合物，如如甲烷、CCO、CCO2、HCCN、甲甲醇等参参与的反反应化学学，都可可定义为为C1化学。220世纪纪80年年代，日日本催化化学会CC1化学委委员会将将C1化工技技术定义义为两部部分组成成：即制制造COO、H22或者CCO/HH2(合成成气)的的技术和和利用CCO及合合成气制制造化学学品、燃燃料的技技术22。本本文所指指C1化工包包括以合合成气（天天然气、煤煤层气、煤煤、重质质油等转转化而得得）和甲甲烷（来来自天然然气或煤煤层气等等）为原原料，合合成碳数数为2或或2个以以上化合合物的化化学及工工艺。CC1化工合合成体系系的主要要

3、途径如如图1所所示。图1 合合成气化化学体系系简图1 C1化化工发展展趋势11.1 基础有有机原料料与能源源结构密密切相关关基础础有机原原料是化化学工业业的基础础。回顾顾世界基基础有机机原料发发展过程程，无不不与当时时的主要要能源构构成有关关。199世纪，木木材是最最主要的的能源之之一，有有机化工工原料只只能来自自于农副副产品，如如粮食发发酵制酒酒精、丙丙酮及丁丁醇，蜜蜜糖发酵酵制酒精精，动植植物油制制甘油，农农作物的的皮、壳壳、杆水水解制糠糠醛等。119世纪纪末到220世纪纪初，煤煤炭是最最主要的的能源，随随着钢铁铁工业的的发展，煤煤炭炼焦焦业兴起起，推动动了煤化化工的发发展，煤煤的焦化化、

4、气化化和制造造电石，为为有机化化学工业业提供了了丰富的的粗苯、焦焦油、焦焦炉气、合合成气和和乙炔，使使以煤为为原料的的有机化化学工业业得到迅迅速的发发展。220世纪纪40年年代后，随随着石油油逐渐成成为主要要的能源源，石油油炼制工工业不断断发展，推推动了石石油化学学工业的的兴起，煤煤逐渐被被石油所所替代，使使煤在有有机化工工原料中中的比重重逐年下下降。到到20世世纪末，化化学工业业80%以上的的基础原原料来自自石油化化工。220世纪纪80年年代以来来，伴随随着世界界石油资资源的增增长降低低，石油油价格上上涨；天天然气资资源不断断开发，其其供应量量越来越越大，天天然气在在能源结结构中的的比例不不

5、断增加加，以天天然气为为原料生生产基础础有机原原料越来来越受到到人们的的关注。鉴鉴于煤炭炭资源丰丰富，价价格低廉廉，从长长远考虑虑，在石石油枯竭竭后，煤煤炭仍然然将在能能源结构构中占据据较大的的比重，而而液体燃燃料是各各种形式式的燃料料中使用用最方便便的一类类，其需需求会保保持较高高的增长长率，因因此，以以煤为原原料生产产液体燃燃料和化化工产品品，是若若干年后后能源及及化工的的必然方方向。由由于目前前大多数数情况下下天然气气和煤为为原料均均需要经经合成气气进一步步合成，属属于C11化工的的范畴，因因此，人人们将天天然气和和煤为原原料合成成液体燃燃料的过过程不是是简单地地看成为为燃料生生产过程程

6、，而看看作典型型的化工工过程，并并且认为为是211世纪值值得重视视的化工工过程。1.2 能能源的资资源结构构促使CC1化工的的发展 能源是国民民经济发发展的基基础。就就目前主主要的能能源构成成而言，石石油的储储采比为为40，天天然气为为60，煤煤2300。而目目前的消消费结构构中，石石油占440%以以上，煤煤和天然然气各占占25%3。能源源资源和和需求的的差异，迫迫使人们们不得不不接受一一个现实实，就是是石油作作为使用用最方便便的一种种不可再再生资源源，随着着开采量量的增长长，石油油资源逐逐步减少少，天然然气和煤煤将逐步步在能源源结构中中占据主主要地位位。石石油作为为一种重重要的战战略物资资，

7、是国国计民生生的基础础,事关关国家的的安全和和发展。220世纪纪70年年代的两两次石油油危机致致使发达达国家相相继制订订了替代代能源的的发展计计划。美美国曾经经提出一一个高达达8800亿美元元的合成成燃料规规划。联联邦德国国于19980年年正式制制订了“促促进德意意志联邦邦共和国国C1化学发发展纲领领”，政政府资助助10亿亿马克。同同年日本本通产省省工业技技术院组组织制订订了“CC1化学规规划”，规规定在77年间投投资1550亿日日元，其其中包括括合成气气制乙二二醇、乙乙醇、乙乙酸、烯烯烃等基基本有机机化工产产品的技技术开发发4。美国国能源部部对未来来2030年年美国机机动车燃燃料的来来源进行

8、行了预测测,到220155年，约约15%200%的机机动车燃燃料将来来自天然然气和煤煤，而220300年将达达到255%330%。1.3 环环保要求求刺激CC1化工的的发展 随着人们对对环保的的不断强强化，传传统的石石油产品品已经不不能满足足日趋严严格的环环保要求求（主要要是硫含含量等）。而而要使传传统的石石油产品品升级到到满足新新规格的的产品，加加工费用用会大幅幅度增加加。这将将大大缩缩小石油油产品对对C1化化工产品品的优势势，甚至至使C11化工产产品具有有竞争优优势。220011年6月月在伦敦敦召开的的天然气气合成油油（GTTL）会会议上，SSynttrolleumm公司业业务发展展部的副

9、副总裁WWeicck先生生分析认认为，如如果达到到20006年对对燃油的的质量要要求指标标，硫含含量要从从目前的的3500100-6下降降到100100-6,每每桶油的的加工成成本将提提高4美美元以上上，总成成本将超超过8美美元，成成本上升升近1000%，而而合成油油的成本本不会增增加，保保持在约约7美元元/桶，加加之C11化工的的原料（天天然气和和煤炭）较较原油价价廉，使使得C11化工的的技术经经济性能能的竞争争能力大大大上升升。刺激激了人们们对石油油替代燃燃料的开开发和利利用。1.4 科科技进步步推动了了C1化工的的发展经过多年技技术开发发，已经经有多种种化工产产品实现现了工业业化，如如M

10、onnsannto的的甲醇羰羰基化制制乙酸、EEasttmann的甲醇醇制醋酐酐等。作作为C11化工最最重要的的费托（FFT）合合成技术术，随着着技术的的不断进进步，制制约其发发展最重重要的因因素之一一-投投资较大大的问题题逐步解解决，单单位投资资由100万美元元/（桶桶日）以以上已经经下降到到目前的的2.55万美元元/（桶桶日）。专专家认为为，如果果投资能能够进一一步下降降到2万万美元/（桶日），而而原油价价格保持持在188美元/桶以上上，则FFT合成成油的竞竞争能力力将超过过石油产产品。过过去一些些技术经经济性能能无法解解决的衍衍生产品品，经过过30多多年的技技术开发发，新的的发展路路线被

11、开开发出来来。如果果说200世纪770年代代C1化工发发展初期期许多项项目的研研究方向向带有一一定探索索性的话话，那么么经过220多年年的技术术开发目目标就更更为明确确：C11化工的的重点目目标在于于发展合合成气路路线合成成液体燃燃料、开开发以合合成气为为基础、可可能与现现有生产产路线相相竞争的的基础化化学品生生产路线线，探索索天然气气（甲烷烷）直接接合成基基础化学学品等。2 我国发发展C11化工的的战略我国的一次次能源构构成中，从从资源量量考虑，煤煤炭、石石油、天天然气、煤煤层气分分别占996%、22%、11%和11%。在在探明的的总储量量中，煤煤炭、石石油和天天然气分分别占998.44%,

12、11.4%和0.2%;探明可可开采的的储量中中，煤炭炭、石油油、天然然气分别别占977.6%,1.9%和和0.55%。目目前的消消费结构构为822%，116%和和2%。石石油在我我国的能能源结构构中的比比例明显显低于世世界平均均水平。随随着我国国家庭轿轿车发展展和国民民经济的的发展，对对液体燃燃料和基基础化学学品的需需求越来来越多。从从19993年开开始，中中国已经经由石油油净出口口国变为为石油进进口国，220000年，石石油及油油品净进进口700 Mtt以上。据据有关专专家预测测，20010年年和20020年年，中国国石油的的需求量量分别达达到2990 MMt和3390 Mt，而而同期产产量

13、可达达到1770 MMt和1180 Mt，需需要进口口1200 Mtt和2110 MMt。进进口石油油的依赖赖程度将将由目前前的300%上升升到400%以上上和500%以上上5。石油油大量依依赖于进进口，将将对我国国的经济济和经济济安全带带来很大大的风险险。鉴于于能源资资源结构构与我国国相类似似的美国国在考虑虑开发石石油替代代品，我我国进行行石油替替代品及及石油衍衍生产品品替代品品的开发发无论在在战略上上还是在在实际经经济发展展方面均均具有较较重要的的意义。为保障我国的石油安全，我国的不少专家和仁人志士均表现了极大的关心。其中，重要的措施之一就是发展石油替代品。而石油替代品的开发是一个具有全局

14、战略关系的系统性课题，对于其发展战略，需要经过深入的调查研究。2.1 目目标战略略2.1.11 燃料料利用是是主途径径 我我们认为为，FTT合成燃燃料油技技术是CC1化工发发展的主主要途径径。因为为，如果果美国能能源部（DDOE）的的预测准准确，到到20330年，美美国的石石油替代代品将达达到机动动车燃料料的200%330%，其其中，主主要的途途径为天天然气和和煤合成成。以当当时美国国的石油油消费当当量计，约约10002000 MMt/aa，而合合成油技技术在全全球推广广将形成成每年数数亿吨的的规模，远远远超过过化工产产品的总总量。天然气气和煤生生产机动动车燃料料的主要要途径有有FT合合成、生

15、生产二甲甲醚取代代柴油以以及生产产燃料醇醇。途径径的选择择需要经经过多方方面的综综合考虑虑。美国国能源部部进行的的“超清清洁机动动车燃油油项目”中中，其要要求是：（1）开开发较目目前石油油产品更更清洁的的燃料；（2）可可补充机机动车对对机动车车燃料的的不足；（3）需需要可利利用现有有的机动动车基础础设施；（4）有有助于机机动车制制造商减减少排放放废气。根根据这些些要求，我我们认为为，FTT合成油油技术是是最理想想的途径径，而二二甲醚和和燃料醇醇均存在在较大的的不足，特特别是二二甲醚，如如果作为为柴油替替代品，其其所有的的基础设设施和燃燃料系统统都需要要改进。合成油技术发展很快。以煤为原料的合成

16、油有两种方法，一种是直接法，即所谓煤直接液化加氢，另一种是间接法，即通过FT合成。这两种方法的特点比较见表1。直接法油收率较高，按照神华集团拟建的5 000 kt/a成品油装置，需耗煤15 000 kt，即3t煤1t油。但是直接法反应条件苛刻，对设备材质要求高，而且迄今为止国外尚未见大规模商业化工厂。而中科院山西煤化所拟建的间接法装置大约5t煤制1t油。所以目前国内发展间接法比较可行，风险较小。表1 煤炭炭直接法法和间接接法制合合成油的的工艺特特点比较较 项目 直接法 间接法煤种适应性性 差 强反应及操作作条件 温度：43354445压力：1230 MPaa反应条条件苛刻刻 温度：277033

17、50压力：2.55 MPPa反应应条件适适度油收率 较高一般设备材质要要求 材料要求高高部分设设备要进进口 材料要求低低设备可可全部国国产化技术成熟程程度小规模试验验比较成成熟工业化技术术相当成成熟商业化应用用国内外均无无商业化化工厂, 只建建有中小小试验装装置国外已建有有大规模模商业化化工厂, 国内内只有中中试装置置FFT合成成新工艺艺的开发发降低了了生产成成本和投投资费用用，更重重要的是是下游产产品的改改质可生生产润滑滑基础油油、烷基基苯原料料，以及及石化裂裂解原料料石脑油油等。采用间间接法也也有合理理选用原原料问题题。技术术经济评评价表明明，采用用复合原原料，如如天然气气和煤，由由于它们

18、们产生的的合成气气中H22/COO比更合合理，设设备投资资费用较较低。表表2列举举了天然然气、煤煤以及以以天然气气/煤为为原料的的FT柴柴油制造造价格比比较。表2 各种种原料生生产FTT柴油的的制造价价格比较较 美元/桶 原料价格天然气煤ABCD0.15元元/m330.30元元/m3320美元/t30美元/t美国海湾地地区设备投投资/百百万美元元1 31001 31001 31001 31001 16221 16221 16221 1622制造价价格26.79931.80031.85536.88825.21126.44428.05529.277等价原原油价格格18.73322.24422.27

19、725.79917.63318.49919.62220.477与单独独天然气气比-1.588-0.355-3.755-2.533边远地区设备投投资/百百万美元元1 70331 70331 70331 70331511151115111511制造价价格31.74436.74436.80041.83329.61130.82232.44433.677等价原原油价格格22.20025.69925.73329.25520.71121.55522.69923.555与单独独天然气气比-2.133-0.922-4.300-3.700注：A，天天然气价价格为00.155元/mm3，煤价价格为220美元元/t；

20、 B，天天然气价价格为00.155元/mm3，煤价价格为330美元元/t；C，天天然气价价格为00.300元/mm3，煤价价格为220美元元/t； D，天天然气价价格为00.300元/mm3，煤价价格为330美元元/t。 我我国天然然气价格格远高于于0.55美元/MMBBu（约约相当于于0.115元/m3），产产地至少少为0.60元元/m33。而煤煤价格相相对较低低（约6601120元元/t）。经经理论估估算，采采用天然然气和煤煤混合使使用的原原料成本本见表33。表3 天然然气和煤煤炭混合合使用的的经济性性能天然气H22/C每kg油耗耗天然气气/m33每kg油耗耗煤/kkg原料油价格格/元.t

21、-11ABCD70.241.9636641456065850.371.8138345762271140.501.6539549868176330.801.32438598824890天然气2.056151 02551 43551 4355煤3.68552736920注：A，天天然气价价格为00.3元元/m33，煤价价格为1150元元/t； B，天天然气价价格为00.5元元/m33，煤价价格为1150元元/t；C，天天然气价价格为00.7元元/m33，煤价价格为2200元元/t； D，天天然气价价格为00.7元元/m33，煤价价格为2250元元/t。 2.1.22 大宗宗化学品品是竞争争的主战战

22、场CC1化学的的开发，对对目前常常规的基基本有机机原料生生产可能能构成革革命性的的变化。以以天然气气为起始始原料进进而生产产基本有有机原料料的途径径见图226。从图图2可见见，目前前由石油油烯烃生生产的基基本有机机原料品品种中的的-烯烯烃、乙乙二醇、乙乙酸、醋醋酐、醋醋酸乙烯烯、乙醇醇等均可可能受到到挑战。特特别使人人感兴趣趣的是，以以往乙酸酸是经过过乙烯氧氧化为乙乙醛、再再氧化为为乙酸，或或乙醇一一步或两两步合成成乙酸，而而图2显显示了截截然相反反的过程程。乙烯烯水合制制乙醇被被颠倒过过来，过过去被认认为是落落后的乙乙醇脱水水制乙烯烯重新出出现生机机。这主主要是由由于天然然气价廉廉、使得得大

23、规模模合成甲甲醇的成成本降到到1000美元/t以下下所致。目目前Eaastmman 化学公公司等正正在开发发由乙酸酸生产乙乙醛、乙乙醇作燃燃料利用用的工艺艺。CC1化学的的重点中中间产品品为甲醇醇。目前前，世界界规模的的甲醇装装置生产产能力为为2 5500tt/d。包包括日本本东洋工工程、LLurggi AAG、KKvaeerneer和IICI在在内的公公司正将将甲醇能能力翻番番，使单单套装置置的生产产规模达达到5 0000 t/d。甲甲醇装置置的大型型化是解解决下游游甲醇转转换成烯烯烃（MMTO）、甲甲醇转换换成丙烯烯（MTTP）等等工艺产产业化的的基础。MTO和MTP取得了良好的进展。埃及

24、将采用UOP/Norsk Hydro的MTO工艺建成天然气制烯烃工业化装置，项目原预定于2001年7月底完成初步规划时间表，于2002年1月初签定工程、采购和建设合同。建设工作定于2002年9月份开始，于2004年完工并启动。图2 合合成气生生产基本本有机原原料途径径Lurgii在挪威威 Tjjelddberrgodddenn地区SStattoill公司的的甲醇基基地建一一套MTTP中试试装置。该该装置属属于Luurgii公司，由由Staatoiil提供供原料并并负责运运行。该该MTPP工艺采采用固定定床反应应器，选选用了SSd-Cheemiee开发的的高选择择性丙烯烯专有催催化剂，在在蒸汽存

25、存在下将将甲醇转转化成丙丙烯。副副产物包包括液化化石油气气、汽油油和燃料料气。LLurggi称该该工艺具具有经济济可行性性，可从从天然气气出发制制取丙烯烯，且反反应中的的丙烯选选择性优优于其它它的甲醇醇制烯烃烃路线。该该工艺在在略高于于常压的的压力下下(0.130.116 MMPa)和较低低的温度度(38804480 )下下操作，丙丙烯通过过产品分分离工序序获得。20世纪70年代末和80年代初，受高油价的驱动，一些工业实验室研究工作的重点将煤衍生的“合成气”（H2和CO混合物）转化成乙酸、乙二醇和醋酸乙烯一类的化学品，但一直没有出现工业化技术，也没有开发出可使合成气直接高收率转化成化学品的催化

26、剂。目前低成本天然气以及大规模生产合成气和甲醇新工艺技术的利用，使人们重新关注C1化学。美国联碳公司正在开发采用单个反应器和多组分催化剂体系使合成气转化成乙酸。美国DuPont公司于20世纪40年代就开发出由合成气经甲醛合成乙二醇的间接工艺，并投入工业化生产。由于此工艺的技术经济性问题，于1963年关闭。20世纪50年代DuPont开发合成气直接合成乙二醇工艺，然而在开发高性能催化剂及缓和反应条件的研究上受阻。自1971以来美国UCC公司披露了研究用铑催化剂由合成气制乙二醇技术，但压力较高(340 MPa)，而且催化剂活性低和稳定性差。80年代，该公司开发了两种催化剂：一种是用三烷基膦和胺改性

27、的铑催化剂；另一种是用咪唑改性的钌催化剂，使乙二醇选择性提高到70%以上，但存在着催化剂的连续循环使用及与产品的分离问题，试验尚在进行之中。2.2 政政策战略略C1化工替替代石油油是一项项关系到到国家经经济安全全的全局局性课题题。需要要国家大大力支持持。为了了能源安安全，世世界上石石油进口口国在替替代能源源的开发发上均开开展了一一些工作作。美国国DOEE资助了了合成油油技术的的开发，并并预测220330年后后，石油油替代产产品将达达到200%330%。由由于我国国的原油油资源有有限，进进口依赖赖度日益益增高，国国家需要要以战略略的高度度，解决决替代燃燃料的问问题，将将其纳入入国家的的事业发发展

28、规划划。政府府在石油油替代产产品的开开发上应应给予经经费和政政策上的的支持，使使其尽快快产业化化。生产产中，在在税收上上给予补补贴，以以便替代代能源能能够具有有竞争能能力。2.3 技技术开发发战略由于国际油油价的起起伏波动动导致了了C1化工的的开发工工作时断断时续。鉴鉴于我国国的能源源中煤炭炭和天然然气储量量较石油油丰富，应应当发展展符合我我国国情情的能源源策略。在在技术战战略上，要要以尽快快实现产产业化为为目标，突突出重点点，特别别要重视视合成油油成套技技术的开开发。根据中中国能源源的实际际情况，为为了充分分利用能能源，在在进一步步做好技技术经济济评价的的基础上上，决定定是否采采用煤气气和天

29、然然气连用用技术。C1化工，特别是合成油技术的开发和应用，是一个系统工程。应该充分利用各单位的技术基础，加速C1化工技术的产业化。3 结语CC1化工是是21世世纪值得得重视的的能源和和化工领领域，它它有可能能改变目目前的能能源和化化工结构构。为此此，我国国应当从从长远考考虑出发发，结合合中国的的具体实实际，加加强C11化工技技术的产产业化。在在发展目目标中，将将重点放放在合成成油和大大宗有机机化工原原料生产产领域。联联合国内内的研究究开发和和工程设设计单位位，尽快快使我国国的C11化工技技术水平平达到国国际当代代水平。参 考考 文 献1 (日)CEEER 119799,111(5)：1552 陈陈国权等等合成成气化学学化工百百科全书书（第66卷）北京：化学工工业出版版社，1199773 PPaull Teempeest世界石石油工业业，20002，99（1/2）：6994 日加加藤顺等等编著金革等等译CC1化学学工业生生产技术术北京京：化学学工业出出版社，1199005 王王忠明.世界石石油工业业，20002，99(1/2)：101366 胡云云光等.石油化化工.220011，300（100，增刊刊）：774880Strattegyy off Deevellopiing C1 Chhemiic