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天然气合成油的发展及技术经济分析
天然气合成油(GTL)技术是21世纪的绿色技术。GTL工业是21世纪的朝阳工业。上世纪90年代初,南非为了打破石油封锁,Shell公司为了实施多元化战略,分别在南非和马来西亚建设GTL厂并投入了生产。然而,由于建厂投资太大和生产成本太高等原因,当时GTL工业并没有得到迅速发展。近10年来,为了使远离消费市场和港口、建长输管道又不经济的偏远气田的天然气(stranded gas,以下简称“闲置天然气”)发挥经济效益,减少油田伴生气放空燃烧,促进环境保护和清洁燃料的生产与使用,许多大公司致力于GTL的技术创新。目前,第二代GTL技术已取得了突破性进展,GTL厂的建设投资已由6万美元/桶/日以上降到与常规炼油厂(2万美元/桶/日)相近的水平,GTL厂的产品生产成本已接近常规炼油厂,而GTL厂的利润已接近或略高于液化天然气(LNG)厂,第一批新建的现代GTL厂今年底或明年初即将投产。可以认为,GTL工业已开始进入快速发展期。
一、GTL工业的发展现状
现代GTL厂的生产流程如图1所示。第一步把在气田经过分离和净化以后的天然气(甲烷)通过水蒸气转化和/或部分氧化变为合成气H2和CO,第二步把合成气通过低温费托合成转化为合成油和水,第三步把合成油通过常规的炼油过程变为石油产品。
目前已经通过中型试验、可以或即将工业应用的第二代GTL技术主要有:1)Sasol/ChevronTexaco公司的固定床自热转化—悬浮床合成—缓和加氢裂化技术;2)Shell公司的非催化部分氧化—固定床合成—加氢和/或缓和加氢裂化技术;3)ConocoPhillips公司的催化部分氧化—悬浮床合成—缓和加氢裂化技术;4)ExxonMobil公司的流化床自热转化—悬浮床合成—加氢异构化技术;5)BP/Davy公司的紧凑式水蒸气转化—固定床合成—缓和加氢裂化技术。
目前已建、在建和拟建的GTL厂如表1所列。今年底或明年初投产的GTL厂有两座,一座建在卡塔尔的Ras Laffan,另一座建在尼日利亚的Escravos。这两座GTL厂所采用的技术都比较成熟。天然气转化生产合成气采用的是Haldor Topsoe公司的自热转化技术,其特点是反应温度低、氧气消耗少,生产的合成气H2/CO摩尔比为2∶1,正好符合合成油的需要,∶1,比其他自热转化技术低得多;而且单炉生产能力大,因而投资省、效率高。合成气生产合成油采用的是Sasol公司开发的低温悬浮床合成技术,。业内专家认为,Sasol公司开发成功的悬浮床合成反应器和钴基新催化剂是近10年来GTL技术最重要的进展。新开发的钴基催化剂(2002年已在Engelhard公司的荷兰De Meern催化剂厂正式生产)特别适用于多产柴油的合成油,不仅活性高、稳定性好,而且加氢活性高,合成油中含氧化合物少,H2和CO的转化率接近100%,可以大大减少甚至取消循环,热效率和碳效率都远高于铁催化剂,操作费用大大降低。合成油加工生产石油产品采用的是Chevron公司的加氢裂化(Isocracking)技术,这是炼油工业最先进成熟的技术之一,已有近50年的工业应用经验。由表1可见,目前在卡塔尔和尼日利亚建设的GTL厂,到2011年全部投产后,,其中卡塔