天然气制合成油

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2/6/20231第5章天然气制合成油5.1概述5.1.1天然气制合成油的发展史气转液GTL（GastoLiquid）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，一般是指通过天然气合成液体燃料，也有将此过程称为GTP（GastoProducts）的，是指由气体合成产品的含义。2/6/20232第5章天然气制合成油5.1概述GTL产品分类方法C5~C9石脑油馏分C10~C16煤油馏分C17~C22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2/6/20233第5章天然气制合成油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2/6/20234第5章天然气制合成油5.2天然气制合成油技术5.2.1天然气制合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2/6/20235第5章天然气制合成油5.2天然气制合成油技术5.2.1.1蒸汽转化H2O+CH4→H2+CO-Q800~900℃2MPa镍催化剂2/6/20236第5章天然气制合成油5.2天然气制合成油技术适用情况装置处理能力低于1×104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FosterWheller公司HaldorTopsoe公司动力技术国际公司Lurgi公司伍德公司BP公司2/6/20237第5章天然气制合成油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1200~1500℃，一般为1400℃14MPa以上2/6/20238第5章天然气制合成油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1300~1400℃出炉气体组成（体积分数）CO25%、CO42%、H252%、CH40.5%自热绝热式反应器Shell公司SGP工艺炭效率>95%2/6/20239第5章天然气制合成油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900~1000℃3.0MPa出转化炉气体组成（体积分数）CO27.5%、CO25.5%、H267%CH4<0.5%自热绝热式反应器2/6/202310第5章天然气制合成油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2/6/202311第5章天然气制合成油5.2天然气制合成油技术5.2.1.3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。2/6/202312第5章天然气制合成油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、HaldorTopsoe、SyntroleumExxonMobil等公司2/6/202313第5章天然气制合成油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1~2%Kaverner、林德公司2/6/202314第5章天然气制合成油5.2天然气制合成油技术5.2.1.5合成气技术比较2/6/202315第5章天然气制合成油5.2天然气制合成油技术2/6/202316第5章天然气制合成油5.2天然气制合成油技术2/6/202317第5章天然气制合成油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2/6/202318第5章天然气制合成油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200~300℃1.0~4.0MPa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2/6/202319第5章天然气制合成油5.2天然气制合成油技术F-T合成技术高温F-T合成（HTFT）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2/6/202320第5章天然气制合成油5.2天然气制合成油技术5.2.2.1Sasol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2/6/202321第5章天然气制合成油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1/7~1/3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%2/6/202322第5章天然气制合成油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2/6/202323第5章天然气制合成油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2/6/202324第5章天然气制合成油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2/6/202325第5章天然气制合成油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。2/6/202326第5章天然气制合成油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℃2.5MPa2/6/202327第5章天然气制合成油5.2天然气制合成油技术5.2.2.2Shell公司SMDS工艺2/6/202328第5章天然气制合成油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2/6/202329第5章天然气制合成油5.2天然气制合成油技术5.2.2.3ExxonMobile公司AGC-21工艺21世纪先进天然气转化工艺2/6/202330第5章天然气制合成油5.2天然气制合成油技术5.2.2.4Syntroleum公司可以用于小规模气田9×104t/a浆态鼓泡塔反应器Co基催化剂190~230℃2.0~3.5MPa均匀直链烃缓和加氢精制和加氢裂化2/6/202331第5章天然气制合成油5.2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2/6/202332第5章天然气制合成油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-Al2O30.5MPa控制链增长（C5~C6）↑（C1~C4）↓产品精制部分常规加氢裂化/分馏柴油、煤油和石脑油等产品2/6/202333第5章天然气制合成油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5.2.2.5Rentech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2/6/202334第5章天然气制合成油5.2天然气制合成油技术5.2.2.6Intevep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2/6/202335第5章天然气制合成油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2/6/202336第5章天然气制合成油5.2天然气制合成油技术（2）反应工艺比较2/6/202337第5章天然气制合成油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2/6/202338第5章天然气制合成油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α-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2/6/202339第5章天然气制合成油5.2天然气制合成油技术2/6/202340第5章天然气制合成油5.2天然气制合成油技术2/6/202341第5章天然气制合成油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α费托工艺转化程度Anderson-Schultz-Flory分配系数α↓轻烃↑α↑含蜡烃（>C20）↑2/6/202342第5章天然气制合成油5.2天然气制合成油技术5.2.4天然气制合成油技术总比较2/6/202343第5章天然气制合成油5.2天然气制合成油技术2/6/202344第5章天然气制合成油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5.3.1.1Sasol莫塞尔湾合成油厂莫塞尔湾120×104t/a（万桶/天）GTL装置SSPD工艺HaldorTopsoe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2/6/202345第5章天然气制合成油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504×104m3/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（200~250℃）低压（2~2.5MPa）液体浆态状的合成原油2/6/202346第5章天然气制合成油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%SasolF-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2/6/202347第5章天然气制合成油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2/6/202348第5章天然气制合成油5.3世界天然气制合成油装置的总体发展概况5.3.1.2Shell马来西亚民都鲁合成油厂SMDS中间馏分合成技术2/6/202349第5章天然气制合成油5.3世界天然气制合成油装置的总体发展概况甲醇5.3.1.3ExxonMobil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。2/6/202350第5章天然气制合成油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2/6/202351第5章天然气制合成油5.3世界天然气制合成油装置的总体发展概况5.3.2在建天然气制合成油装置概况5.3.2.1SasolChevron尼日利亚GTL厂Sasol公司Chevron公司SSPD技术ISOCRACKING技术异构裂化170×104t/aGTL工厂联合生产工艺HaldorTopsoe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2/6/202352第5章天然气制合成油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液化石油气2/6/202353第5章天然气制合成油5.3世界天然气制合成油装置的总体发展概况5.3.2.2Sasol卡塔尔GTL厂Sasol石油公司卡塔尔石油OryxGTL公司Sasol公司SSPD工艺中馏分油、石脑油和LPG5.3.2.3澳大利亚SweetwaterGTL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、4mm2/s、6mm2/s、8mm2/s2/6/202354第5章天然气制合成油5.3世界天然气制合成油装置的总体发展概况Syntroleum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2/6/202355第5章天然气制合成油加氢裂化、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5.3.3.1Shell公司卡塔尔项目Shell公司卡塔尔QatarShellGTL项目RasLaffanPearlGTL石脑油、车用油、少量的石蜡和润滑油基础油凝析油、LPG第一阶段生产GTL产品第二阶段含蜡馏分油第二代GTL基础油2/6/202356第5章天然气制合成油5.3世界天然气制合成油装置的总体发展概况2/6/202357第5章天然气制合成油5.3世界天然气制合成油装置的总体发展概况5.3.3.2ExxonMobile公司项目ExxonMobile公司卡塔尔石油公司RasLaffen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ExxonMobile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2/6/202358第5章天然气制合成油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/CO≈2/11.5~2.5mol蒸汽/甲烷0.4~0.6molO2/molCH4

重整反应+部分氧化反应950~1060℃>4MPa封闭式旋风分离器α-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C5~260℃260~371.1℃>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2/6/202359第5章天然气制合成油5.3世界天然气制合成油装置的总体发展概况5.3.3.3Syntroleum公司SyntroleumATR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2/6/202360第5章天然气制合成油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＜1μg/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）2/6/202361第5章天然气制合成油5.3世界天然气制合成油装置的总体发展概况5.3.3.4ConocoPhillips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2/6/202362第5章天然气制合成油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5.3.4.1Syntroleum中试装置美国能源部、Marathon和SyntroleumCastoosaGTL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工艺）F-T合成法SynfiningTM工艺大型工业示范装置超清洁柴油2/6/202363第5章天然气制合成油5.3世界天然气制合成油装置的总体发展概况5.3.4.2BP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1.25×104t/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2/6/202364第5章天然气制合成油5.3世界天然气制合成油装置的总体发展概况5.3.4.3ExxonMobil中试装置1000t/aFBSG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2/6/202365第5章天然气制合成油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2/6/202366第5章天然气制合成油5.3世界天然气制合成油装置的总体发展概况5.3.4.5CononcoPhillips公司中试装置美国俄克拉荷马州庞卡城11.3×104m3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5.3.4.6Rentech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2/6/202367第5章天然气制合成油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2/6/202368第5章天然气制合成油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RentechF-T合成法生产液体烃，产率提高50%2/6/202369第5章天然气制合成油5.4天然气制合成油技术研发情况5.4.2GTL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CatoosaGTL示范装置成功运行2/6/202370第5章天然气制合成油5.4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2/6/202371第5章天然气制合成油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变换高活性相对低价格低CO2选择性较高长链烷烃选择性RentechH2/CO比操作费用↓2/6/202372第5章天然气制合成油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2/6/202373第5章天然气制合成油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CO22/6/202374第5章天然气制合成油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(O2)主风二段转化催化部分氧化反应热效应低，合成气品质高2/6/202375第5章天然气制合成油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2/6/202376第5章天然气制合成油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2/6/202377第5章天然气制合成油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＝1/2.4/0.4/0.8850℃0.6~1.5MPa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合成催化剂以多产柴油馏分液态烃为主以高产固体石蜡为主2/6/202378第5章天然气制合成油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25~50%低温（350~500℃）催化燃烧>900℃第二段补充75~70%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-12/6/202379第5章天然气制合成油5.5我国天然气制合成油研发状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2/6/202380第5章天然气制合成油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C1~C4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2/6/202381第5章天然气制合成油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2/6/202382第5章天然气制合成油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、钴新工艺开发新合成油工艺传统F-T合成2/6/202383第5章天然气制合成油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2/6/202384第5章天然气制合成油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、公用工程方案2/6/202385第5章天然气制合成油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2/6/202386第5章天然气制合成油5.6天然气制合成油成熟技术比较及其技术经济性

2/6/202387第5章天然气制合成油5.6天然气制合成油成熟技术比较及其技术经济性

FosterWheller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气生成2/6/202388第5章天然气制合成油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2/6/202389第5章天然气制合成油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2/6/202390第5章天然气制合成油5.6天然气制合成油成熟技术比较及其技术经济性

（2）原料气消耗量一次通过流程2/6/202391第5章天然气制合成油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）2/6/202392第5章天然气制合成油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2/6/202393第5章天然气制合成油5.6天然气制合成油成熟技术比较及其技术经济性

（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2/6/202394第5章天然气制合成油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2/6/202395第5章天然气制合成油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2/6/202396第5章天然气制合成油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）2/6/202397第5章天然气制合成油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%2/6/202398第5章天然气制合成油5.6天然气制合成油成熟技术比较及其技术经济性

（4）工业试验装置的主要技术经济指标2/6/202399第5章天然气制合成油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2/6/2023100第5章天然气制合成油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2/6/2023101第5章天然气制合成油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①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。②按基本方案计算，税前IRR为8.39%，低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）。2/6/2023102第5章天然气制合成油5.6天然气制合成油成熟技术比较及其技术经济性

③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。2/6/2023103第5章天然气制合成油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2/6/2023104第5章天然气制合成油低排放、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GTL基础油高价值的特殊产品黏度指数高和饱和烃含量高挥发性、倾点、浊点低加工工序少，加工苛刻度低，生产成本低（3）世界汽车柴油化趋势加剧了天然气制合成油的利用柴油发动机油耗和效率明显优于汽油发动机柴油车热效率>50%汽油车30~35%2/6/2023105第5章天然气制合成油5.7世界天然气制合成油发展的宏观环境分析

（4）世界大型石油公司积极投建GTL装置Shell、ExxonMobil、SasolChevron、BP等Syntroleum、Rentech等（5）不断涌现的天然气制合成油新技术经济性越来越好低成本、高效益的GTL新型技术改进的费托法合成技术新型钴催化剂浆态床反应器GTL装置投资和操作费用↓2/6/2023106第5章天然气制合成油5.7世界天然气制合成油发展的宏观环境分析

（6）减少石油需求，增加国家能源保障（7）采用GTL工艺生产的可用组分比例高GTL装置热效率＝产品热值/（原料热值+燃料）2/6/2023107第5章天然气制合成油5.7世界天然气制合成油发展的宏观环境分析

（8）闲置天然气资源的最佳利用方式探明的天然气储量中约一半未能得到充分和经济的开采已开采的气田中约11%回注入气井约4%放空或烧掉与LNG相比，GTL拥有几大优势可大可小，生产更具灵活性大规模输送危险性大便于输送、储存和分配GTL可以采用不符合投建LNG标准的天然气使用前需气化无需气化GTL在运输方案上比LNG更具经济利益2/6/2023108第5章天然气制合成油5.7世界天然气制合成油发展的宏观环境分析

5.7.2不利环境分析（1）天然气制合成油发展自身存在问题投建GTL装置的必要条件较低天然气气价地区天然气并入管网成本高的偏远地区海上开发平台零散气、伴生气的利用目标市场是油品供应相对紧张地区合成油成本≦以原油为原料的油品生产成本经济性障碍才能消失2/6/2023109第5章天然气制合成油5.7世界天然气制合成油发展的宏观环境分析

规模经济天然气资源远离消费地多种天然气资源利用方式带来的冲击投资成本和操作成本还比较高现有炼厂工艺生产带来的冲击2/6/2023110第5章天然气制合成油5.7世界天然气制合成油发展的宏观环境分析

天然气合成润滑油低温性能方面比PAO差柴油润滑性低，膨胀能力差（2）天然气制合成产品市场出路问题世界清洁燃料标准还没有要求到天然气制合成油标准GTL装置的生产成本很大程度上依赖世界天然气价格和石油价格（3）技术风险工业化（4）天然气原料价格等经济效益风险（5）天然气制合成油质量自身存在一定缺陷低硫、低芳烃天然气合成石脑油PON极低2/6/2023111第5章天然气制合成油5.8我国发展天然气制合成油的前景分析5.8.1我国天然气制合成油发展前景因素分析目前我国天然气利用最广泛的是作为液化天然气燃料天然气资源有较大的开发前景已探明的大部分处于边远地区天然气制合成油输送成本资源利用清洁油品市场需求70%GTL柴油GTL石脑油裂解原料GTL润滑油基础油GTL石蜡2/6/2023112第5章天然气制合成油5.8我国发展天然气制合成油的前景分析（1）未来数年我国面临的能源危机（2）中国汽车保有量高速增长，急需汽车柴油化（3）我国油品清洁化和高档化进程加快（4）偏远地区天然气能源的有效利用5.8.2我国合成油发展建议能源综合利用天然气制合成油产品可作为特殊产品调和组分大力进行GTL技术研发工程技术开发利用一切可以利用的资源天然气一步法制合成油2/6/2023113第5章天然气制合成油5.1概述GTL石脑油富含烷烃蒸汽裂解原料质量优于石蜡基原油的石脑油生产乙烯及其他基本化学品的理想原料n-烷烃含量约相当于石蜡基原油石脑油的n烷烃＋i-烷烃含量的总和环烷烃和芳烃含量低于石蜡基原油石脑油烯烃收率提高约17%丙烯收率相当其他副产物的收率少燃料电池燃料2/6/2023114第5章天然气制合成油5.1概述炼厂汽油调和品特殊用途的白油、烃溶剂、轻质润滑油原料分离成各种高价值单体烯烃转化成高级醇、烷基苯作为裂解原料生产乙烯2/6/2023115第5章天然气制合成油5.1概述GTL煤油不含硫、氮化合物燃烧性能好炼油厂调和喷气燃料家用取暖等方面燃料符合严格环保要求的特种溶剂萃取植物油、生产聚合物和橡胶无色透明生产油墨、化妆品和其他干燥洁净产品2/6/2023116第5章天然气制合成油5.1概述GTL柴油质量优于炼厂生产的常规柴油十六烷值高硫含量低（小于10μg/g）不含或低含芳烃2/6/2023117第5章天然气制合成油5.1概述Sasol合成柴油发动机排放比较试验污染物排放大大减少未燃烃类减少59%CO