天然气制合成油教材

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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 *1第5章 天然气制合成油 天然气综合利用技术 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

2、通过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。 Date 2第5章 天然气制合成油 天然气综合利用技术 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 Date 3第5章 天然气制合成油 天然气综合利用技术 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 Date 4第5章 天然气制合成油 天然气综合利用技术 5.2 天然气制合

3、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 Date 5第5章 天然气制合成油 天然气综合利用技术 5.2 天然气制合成油技术 5.2.1.1 蒸汽转化 H2O + CH4 H2 + CO -Q 8009002MPa镍催化剂 Date 6第5章 天然气制合成油 天然气综合利用技术 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 Tops

4、oe公司 动力技术国际公司 Lurgi公司 伍德公司 BP公司 Date 7第5章 天然气制合成油 天然气综合利用技术 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 Date 8第5章 天然气制合成油 天然气综合利用技术 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

5、SGP工艺 炭效率 95% Date 9第5章 天然气制合成油 天然气综合利用技术 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 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。 Date 12第5章 天然气制合成油 天然气综合利用技术 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

6、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 ExxonMobil等公司 Date 13第5章 天然气制合成油 天然气综合利用技术 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 Date 14第5章 天然气制合成油 天然气综合利用技术 5.2 天然气制合成油技术 5.2.1.5 合成气技术比较 Date 15第5章 天然气制合成油 天

7、然气综合利用技术 5.2 天然气制合成油技术 Date 16第5章 天然气制合成油 天然气综合利用技术 5.2 天然气制合成油技术 Date 17第5章 天然气制合成油 天然气综合利用技术 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 Date 18第5章 天然气制合成油 天然气综合利用技术 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

8、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 Date 19第5章 天然气制合成油 天然气综合利用技术 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 Date 20第5章 天然气制合成油 天然气综合利用技术 5.2 天然气制合成油技术

9、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 Date21第5章 天然气制合成油 天然气综合利用技术 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% Date

10、 22第5章 天然气制合成油 天然气综合利用技术 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 Date 23第5章 天然气制合成油 天然气综合利用技术 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 Date 24第5章 天然

11、气制合成油 天然气综合利用技术 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 Date 25第5章 天然气制合成油 天然气综合利用技术 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。 Date 26第5章 天然气制合成油 天然气综合利用技术 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

12、和轻烃 固定流化床（FFB）技术 熔铁催化剂 340 2.5MPa Date 27第5章 天然气制合成油 天然气综合利用技术 5.2 天然气制合成油技术 5.2.2.2 Shell公司SMDS工艺 Date 28第5章 天然气制合成油 天然气综合利用技术 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 Date 29第5章 天然气制合成油 天然气综合利用技术 5.2 天然气制合成油技术 5.2.2.3 Exxon Mobile公司 AGC

13、-21工艺 21世纪先进天然气转化工艺 Date 30第5章 天然气制合成油 天然气综合利用技术 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 Date 31第5章 天然气制合成油 天然气综合利用技术 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

14、 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 Date 32第5章 天然气制合成油 天然气综合利用技术 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、煤油和石脑油等产品 Date 33第5章 天然气制合成油 天然气综合利用技术 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

15、 降低了GTL装置的操作成本 提高了H2/CO比 Date 34第5章 天然气制合成油 天然气综合利用技术 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 Date 35第5章 天然气制合成油 天然气综合利用技术 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 Date 36第5章 天然气制合成油 天然气综合利用技术 5.2 天然气制合

16、成油技术 （2）反应工艺比较 Date 37第5章 天然气制合成油 天然气综合利用技术 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 Date 38第5章 天然气制合成油 天然气综合利用技术 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 Date 39第5章 天然气制合成油 天然气综合利用技术 5.2 天然气制合成油技术 Date 40第5章 天然气制合成油 天然气综合利用技术 5.2 天然气制合成油技术 Date 41第5章 天然气制合成油 天然气综合利用技术 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