C1化工技术新进展（上）
白尔铮
以天然气和煤制得的合成油和二甲醚等都是清洁燃料，而且两者又都可进一步加工成燃料油、乙烯和丙烯等
低碳烯烃。因而人们对基于天然气和煤的C1化工在缓解石油资源短缺和绿色工艺等方面寄予厚望。
甲醇及其下游产品是C1化工的主产品
据统计，目前全球基于天然气的一次加工化工产品的年总产量约1.6亿t，主要产品为合成氨和甲醇，全球85%
的合成氨和90%的甲醇以天然气为原料。年产能上百万吨的C1化工产品除甲醇下游产品甲醛、醋酸、甲基叔丁基
醚（MTBE）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）外，还有甲烷氯化物、二硫化碳、氢氰酸等。
美国因禁用MTBE而导致甲醇消费量逐年下降，但全球甲醇及其下游产品消费量仍呈持续增长趋势。2003年全
球甲醇产能和产量分别为3975.0万t/a和2938.0万t，预计到2010年全球甲醇产能和消费量仍将以2%～3%的速
率递增。
全球甲醇消费的持续增长，促使天然气生产国加速了甲醇装置的建设，而装置大型化已成为当前甲醇工业的最
重要发展动向。2004～2008年在建和拟建的甲醇装置产能为1769.0万t/a，几乎全为百万吨级，其中卡塔尔甲醇
装置产能高达230.0万t/a。甲醇装置大型化可降低单位投资费用和生产成本。例如鲁奇公司开发的Mega-甲醇技
术，由于采用气冷和水冷两种甲醇合成反应器，合成气转化效率明显提高，并降低了循环比，从而使合成回路基建
费用节省40%左右，甲醇生产成本下降至80美元/t以下。
乙炔曾是重要基础有机原料，但基于石油乙烯的工业发展，乙炔工业开始萎缩。然而，油价节节上升，加之巴
斯夫开发的天然气部分氧化制乙炔工艺，其生产成本仅为电石乙炔法的40%，因而乙炔化工有望出现新的转机。
合成气经甲醇制烯烃的大规模产业化正在形成
UOP/Hydro开发的甲醇制烯烃（MTO）工艺以SAPO-34为催化剂，主要组成为(ELxAly P2)O2，其中EL由硅、
锰、铁、锌、钴、镍、铬及混合物组成。在甲醇/水摩尔比为1:044、空速（WHSV）1h-1、400℃和5psig（1psig=6.89476kPa）
下反应，当甲醇转化率为99%时，C2和C3烯烃收率为83.7%，C4为12.1%，C2/C3烯烃摩尔比为1.36。
UOP/Hydro的甲醇制烯烃（MTO）有灵活性，可根据催化剂或工艺条件调节C2和C3烯烃的生成比率。
全球首套MTO工业装置可望于2006年在尼日利亚建成投产。为该MTO装置配套的7500t/d（相当于248万t/a）
甲醇装置已经启动。下游聚乙烯和聚丙烯产能均为40万t/a，投资费用约25亿美元。
鲁奇的甲醇制丙烯（MTP）工艺采用由Süd Chemie提供的沸石催化剂，其碱含量低于380×10-6，ZnO和CdO
含量也分别小于0.1%（wt），催化剂比表面积为300～600m2/g，由压汞仪测得的孔容为0.3～0.8m2/g。反应在带
盐浴间接冷却的列管式反应器中进行。为获得高收率丙烯又采用了3台串联反应器。
MTP工艺各产物选择性（mol，以甲醇计）：乙烯4.6、丙烯46.6、丁烯21.1、戊烯8.9、己烯4.9、庚烯0.6、
C8以上烯烃0.3、正构烷烃7.9、萘1.7、芳烃2.8。副产汽油中各组分比例（wt%）：C4～C8正构烷烃32～36、C4～
C8烯烃27～30、环化饱和烃8～10、环化不饱和烃0.2～0.4、苯2～3、甲苯2～4、二甲苯20～25。2003年9月
MTP工艺已在Statoil公司挪威Tjeldbergodden甲醇工厂的1套示范装置上得到验证。如将鲁奇的Mega甲醇工艺
与MTP结合在一起，当甲醇进料量为5000t/d（相当于167万t/a）时，可生产51.9万t/a丙烯、6.9万t/a液化
石油气（LPG）和14.3万t/a汽油。首套10万t/a MTP装置可望于2009年在伊朗建成投产。
中石化洛阳石化工程公司对100万t/a MTO生产成本作了分析，当甲醇价格为1300元/t，乙烯和丙烯生产成
本分别为4761元/t和4531元/t。所以MTO和MTP是否具有竞争力，除原油价格外，甲醇价格是关键因素。为积
极稳妥发展拥有我国自主知识产权的MTO工艺，洛阳石化工程公司、中科院大连化物所、陕西新兴煤化工有限公司
决定先建1套1.8万t/a工业试验装置，然后再建设100万～150万t/a大型MTO装置。
合成气经费托合成制燃料油廉价天然气是关键
有关资料分析表明，全球约有1.13×1014m3天然气分布在1300个油气田中，相当于已探明储量的80%。有些
天然气地处偏远地区，不具备管输或液化条件，通过费托合成技术将其转化为液体燃料（GTL）则是一条有效的利
用途径。
目前国外GTL的主要开发商及基本情况见表1。以Co为催化剂的淤浆床工艺（SPD-Co），单位投资费用比Sasol
先进循环流化床工艺（SAS）低24%，而产品收入、现金利润分别高出2美元/桶和4美元/桶，税前投资回报率高
出8%，所以SPD-Co具较好发展前景。
表1主要GTL开发商及技术概况
专利商 Sasol（南非） Shell（荷兰） Exxon Syntroleum Rentec
工艺名称 SSPD SMDS AGC-21 空气法ATR 铁基催化转化
重整工艺
使用技术
合成气 Topsoe的ATR 全为 与其它公司合作 自身技术 其它公司技术
FT合成 自身技术 自身技术 自身技术 自身技术 自身技术
产品升级 Chevron 自身技术 其它公司技术 其它公司技术
催化剂 Fe系、Co系 Co系 Co系 Co系 Fe系
反应器型式 固定床，循环流化床， 固定床 淤浆床 固定床， 淤浆床
固定流化床，淤浆床 淤浆床
主要产品 流化床反应器（轻质 石脑油、煤柴 石脑油， 石脑油，煤柴 石脑油，
烯烃，石脑油等）淤浆床 油、正构烷 煤柴油等 油，正构烷 煤柴油等
（石脑油，煤柴油等） 烃，石蜡等 烃，石蜡等
工业化情况 总规15万桶/d， 1.25万桶/d 200桶/d 70桶/d 235桶/d
淤浆床2500桶/d
近年来在GTL技术开发方面还取得了许多重要进展，投资费用占60%的合成气发生部分就有许多新技术可望工
业化。BP和Davy公司共同设计的紧凑式转化炉，其尺寸是常规转化炉的1/4，热效可从60%～70%提升至90%。通
常为1.7万桶/d GTL装置配套的常规转化炉重量达1.2万t，炉管数最多为1100根。而BP转化炉仅重4000t，另
外BP转化炉使用的是蒸汽，因不使用氧气，所以不必建造空分装置，从而使GTL总投资费用降低20%。美国空气
产品公司（APC）和ARCO共同开发的陶瓷膜分离-转化技术，可将从空气中分离出的氧气与天然气氧化制得合成气，
从而使投资费用降低25%～50%。
在费托合成部分，Exxon推出高性能“薄层钴”催化体系，薄层钴载于改质TiO2载体上可克服与催化剂粒子
间传质相关的扩散极限，改善H2和CO的扩散速率，避免催化剂粒子过热。因而使产品收率比传统铁系催化剂的淤
浆床反应工艺高出3倍，从而可减少反应器台数。而Sasol开发的牌号为SAC2-100SB改进型Co系GTL催化剂最近
也用在荷兰的生产装置上。
采用催化蒸馏技术的费托合成也在研发之中。康菲公司推出的新技术由5个串联反应段组成，每段都装有钴系
催化剂，其优点是：每个反应蒸馏段的温度和压力都很容易控制；产品以煤油和柴油馏分为主。
BP公司推出在淤浆床反应器中导入C5～C9石脑油或甲醇等一类低沸点溶剂，既改善反应器内物料的混和性能，
又可通过溶剂蒸发将反应热迅速撤除。
针对淤浆床反应技术中催化剂过滤分离过程中管道堵塞的不足之处，BP公司推出了一种新型的磁性微粒分离
器，将浆液中的20%～25%催化剂分离出来。当磁通密度为0.2T时，流出物灰分含量可从18.95%下降到0.58%。
技术进步使GTL装置投资费用和生产成本明显下降。1993年莫斯天然气公司在莫塞尔湾建设的2.75万桶/d装
置，其单位投资费用（美元/桶/d）高达12.7万美元，Shell在马来西亚建设的1.2万桶/d装置，其单位投资费用
为12.5万美元。现Sasol和Shell在卡塔尔建设中的2套3.4万桶/d和7.0万桶/d装置，单位投资费用分别为
2.79万美元和2.0万美元。此外，热效又从45%～50%提升至60%～65%，建设周期从36～42个月下降到30～33个
月。
目前拟建的合成燃料产能已达4500万t/a，包括在建和拟建装置在内总产能将达7500万t/a。我国于80年代
中期使用铁系催化剂完成2000t/a规模的煤基合成汽油工业试验，90年代开发出3种类型的合成柴油钴基催化剂，
并对浆床合成工艺、催化剂、反应器进行了半工业化试验。近期又完成了工业级煤基合成油工艺软件包。目前平顶
山煤业集团、宁夏太西集团已就建设间接法商业化示范工厂进行了煤种评价试验和建厂的可行性研究。近期将完成
以引进技术为主的1～2个工业化示范装置。2010年基本完成自主开发技术工业示范装置。