GTL工艺技术介绍
作者： 王念兵
| (中石化中原油田设计院 河南濮阳 457001) 摘 要:随着天然气行业工艺技术和工艺设备的不断发展，天然气的利用方式呈现出多样化的局面，如CNG、LPG、LNG等。近几年来，GTL作为一种的新的天然气利用形式，正在逐步被业界认识，并得到发展和应用，本文介绍了什么是GTL、GTL工艺技术及其产品的特点。 关键词:天然气利用 GTL工艺 技术研究 天然气是宝贵的不可再生资源，通常情况下，开采出来的天然气大部分是通过管道被直接输送给工业用户或居民作为燃料来利用，将天然气处理加工成CNG、LPG和LNG等形式也是天然气储存、运输和利用的重要方式。但是，GTL工艺提供了另一种新的利用方式，可以将天然气转化为传统的石油基液体燃料来应用，由于GTL工艺技术及其产品具有鲜明的特点和发展优势，已经被一些大型跨国石油公司作为研究和发展应用的重点。 1.什么是GTL GTL是Gas to Liquid的英文缩写，通过GTL工艺可将非石油基原料，如：天然气、煤炭或生物燃料转化成液态的传统的石油基产品，如：石脑油、柴油、润滑油基础油和化工原料等，这些产品被叫做GTL非石油基燃料。 目前应用最为广泛的是将天然气转化成柴油为主要目的的GTL工艺，以缓解成品油供应紧缺的状况。也就是说，GTL提供了一种生产非石油基液态燃料的新工艺。 2.GTL工艺技术 德国人Fischer-Tropsch于1920年最先研究并发明了GTL工艺最基本的技术，并被命名为Fischer-Tropsch工艺（国内目前翻译成费-托合成），其工艺实质是将简单的有机物通过催化反应合成复杂的碳氢化合物，并且这种工艺可以将不同类型的原料转化成同一种液体。 起初，以天然气为原料基准的Fischer-Tropsch工艺技术主要包括两种理论范畴：高温工艺和低温工艺。高温工艺是以铁基催化剂为出发点的Fischer-Tropsch工艺，合成的燃料性质非常接近于常规的石油炼制产品，不含硫，但含有芳烃；低温工艺是以钴基催化剂为出发点的Fischer-Tropsch工艺，得到了非常清洁的合成燃料，不含硫和芳烃。 有多家大型石油公司致力于低温Fischer-Tropsch工艺的研究和发展，壳牌（shell）公司就是其中之一，壳牌的研究中心位于荷兰首都阿姆斯特丹。壳牌公司拥有专利技术的GTL工艺被称作SMDS（Shell Middle Distillate Synthesis ），该技术主要包括3个工艺过程，详见下面的流程框图，图-1：壳牌SMDS工艺流程框图。（图略） 第1个工艺过程的目的是为了获得合成气（CO+2H2），叫做SGP（Shell Gasification Process）。在这个工艺过程中，天然气与纯氧在反应器中混合，操作温度为1300～1500℃，操作压力为70bar（约等于7MPa），天然气（CH4）发生不完全燃烧反应被氧化成合成气（CO+2H2），反应后维持H2：CO的比值大约为2，以便使整个SMDS工艺过程获得高的转化效率，以及产出水是唯一的副产品。 第2个工艺过程是整个SMDS工艺的核心部分，叫做HPS（Heavy Paraffin Synthesis）。在这个工艺过程中，通过Fischer-Tropsch催化合成反应，将合成气转化成高价值的液态高分子碳氢化合物。在这个催化合成反应步骤中，壳牌采用的是多管固定床和专有催化剂，它的转化模型可以理解为CO和H2在特种催化剂表面上发生的链状增长反应。 第3个工艺过程是将高分子碳氢化合物转化为期望的具有特定性质的GTL产品的过程，叫做HPC（Heavy Paraffin Conversion），它的实质是高分子碳氢化合物选择性催化裂化反应。比如将第2个工艺过程里合成产物中的石蜡部分选择性的裂化为期望的柴油馏份，以及为了改进裂化产物低温流动性的异构化过程，这些过程都依赖于专有的裂化催化剂。 为了得到最终的产品，最后一个过程就是将裂化产物进行传统的分馏处理。 3.GTL产品的特点 GTL工艺之所以能够得到进一步的研究和发展，不仅仅是GTL工艺提供了一种生产非石油基液态燃料的可能，而且是GTL产品具有消费市场认可的优点。 3.1 GTL柴油具有高的十六烷值，燃烧性能更好。通常情况下，炼油厂生产出来的柴油的十六烷值大多在45～50之间，而GTL柴油的十六烷值一般在75～80之间。这样，GTL柴油不仅可以直接使用，也可以作为炼油厂柴油产品的调和料，以改进柴油的十六烷值。 3.2 GTL柴油是不含硫和芳烃的洁净燃料，汽车尾气排放的污染物更少。据有关资料报道，将GTL柴油与符合欧洲标准的柴油做燃烧对比试验，GTL柴油燃烧后排放物中的固体微粒减少26％、NOX减少6％、HC减少63％、CO减少91％。 3.3 GTL柴油可以直接用于现有的柴油发动机，不产生任何改装附加成本。 4. GTL工厂的建设 1993年，壳牌公司在马来西亚民都鲁（Bintulu）建成了世界上第一个工业规模的低温Fischer-Tropsch工艺GTL工厂，建设规模相当于一个小型炼厂，每天能够生产高质量的GTL产品12,500barrels，2005年扩建后的规模为14,700 barrels。 2006年7月，壳牌公司和卡塔尔石油公司宣布将在卡塔尔合资建立一个世界级的GTL综合性工厂，预计投资50亿美元，项目将分两期实施。项目建成后每天能够生产GTL产品140,000barrels，凝析油、LPG和乙烷约120,000barrels。这将使卡塔尔北部气田丰富的天然气资源得到充分的开发利用，也给卡塔尔的能源供应方式提供了一条新的途径。 建设GTL工厂除了需要技术和资金外，还需要另外一个前提条件，那就是大量的廉价的天然气资源，以便充分发挥GTL工厂的规模优势和GTL产品的市场竞争优势。据有关部分测算，长距离输送天然气的成本是输送油品成本的4倍，这就为偏远大型气田的开发提供了经济可行的条件。众所周知，我国的新疆和四川都勘探出大型气田，国家大型建设项目“西气东输”管道一期工程（总长3900公里）已经投产运行，“西气东输”二期工程（总长9102公里）和“川气东送”工程（干线全长1700公里）正在建设中，我们有必要做一个经济比较，在这些偏远的气田建设GTL工厂以实现多样化的能源供应方式。 5.结束语 GTL工艺为生产非石油基液态燃料提供了可能，GTL燃料具有消费市场认可的优点，建设GTL工厂可以改变能源供应方式，缓解世界范围内的成品油供应危机，减少大气污染物的排放量，研究和发展GTL工艺是一种实际需要。 |