甲醇制汽油路线及其应用

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相对比较 ,从常规石油生产的汽油总的排放为 2517g/ MJ ,从 焦 油 砂 或 超 重 质 石 油 生 产 的 燃 料 为 2914~3519g/ MJ 。油砂燃料为 33 ~70g/ MJ 。
以 Pittsburgh 和 Houston 为基地从事合成能源系 统开发 、美国最大的沥青煤生产商 Consol 能源公司与 合成能源系统公司 ( SES) 于 2008 年 9 月组建合资企 业 ,推动通过甲醇使煤制汽油技术 ,合资企业在美国 西弗吉尼亚州 Benwood 附近 Marshall 郡工业园区建 设 煤 制 汽 油 工 厂 , 该 工 厂 邻 近 Consol 能 源 公 司 Shoemaker 煤炭生产联合企业 。计划于 2011 年投产 , 这将是美国采用 SES 公司 U - Gas 气化技术的第一 套装置 。该公司从美国气体技术研究院取得该技术 转让 。Shoemaker 煤炭生产联合企业将为转化生产 合成气供应 3 000 t/ a 煤炭 。合成气将用于生产约 72 万 t/ a 甲醇 ,甲醇再转化成 1 亿加仑/ a 辛烷值为 87 的汽油 。该合资企业与埃克森美孚研究与工程公司 签约以取得甲醇制汽油技术 。在 U - Gas 气化过程 中 ,粒状煤炭在单段 、流化床气化器中于约 1 ,850°F 和 200 磅/ 平方英寸下被气化 。U - Gas 技术也包括 以下过程 ,将使来自煤炭的二氧化碳副产品封存地 下 ,以有助于减小对影响的影响 。SES 公司在中国的 第一套商业化煤制甲醇装置于 2008 年 1 月投产 ,在 中国的第二套煤制甲醇装置将于 2010 年投运 。
在我国 ,中科院山西煤炭化学研究所具有我国自 主知识产权的甲醇转化制汽油技术向产业化迈进了 一大步 。该所与化学工业第二设计院共同开发的一 步法甲醇转化制汽油技术 ,已在其能源化工中试基地 完成中试 。与其他甲醇下游技术相比 ,甲醇转化制汽 油技术相对简单 ,在反应器技术 、油品后处理技术及 油品品质等方面都有一定优势 。特别是甲醇转化生 产的汽油经简单加工可以直接使用 ,也可以作为优质 汽油组分进行高清洁汽油 (国 Ⅲ标准) 的调和 。此外 , 以煤炭/ 天然气为原料经甲醇生产汽油的技术还可以 实现对石油路线汽油生产原料的置换 ,达到优化石油 化工资源配置的目的 。据介绍 ,此次中试规模为日处 理甲醇 500 kg ,汽油选择性为 37 %~38 % ,L P G 选择 性为 3 %~4 % ,催化剂单程寿命 22d ,每吨 (汽油 + L P G) 消耗甲醇 2148 t 。产品汽油具有低烯烃和低苯 含量 、无硫等特点 ,汽油辛烷值 ( RON) 在 93 以上 。中 试中所用 ZSM - 5 分子筛催化剂由山西煤化所独立 开发 ,工艺过程由煤化所和化学工业第二设计院合作 开发 。美孚公司开发的甲醇转化制汽油技术采用二 步法完成 。具有我国自主知识产权的一步法甲醇转 化制汽油技术与其相比有一定优势 ,其最大特点是工 艺流程短 ,汽油选择性高 ,且催化剂稳定性和单程寿 命等指标均优于已有技术 。下一步将和相关企业合 作进行万吨级一步法甲醇制汽油装置建设 。
将埃克森美孚公司的 M T G 技术与 SES 公司专 有的 U - GAS 气化技术相结合 ,可利用低成本 、丰富 的煤 炭 , 包 括 褐 煤 和 废 煤 转 化 生 产 高 价 值 的 运 输 燃料 。
埃克森美孚公司的 M T G 技术于 20a 前曾在新西
收稿日期 :2009 - 09 - 22 作者简介 :钱伯章 (1939110 - ) ,男 ,江苏南通市人 ,1963 年毕业于华东理工大学 ,主要从事技术与经济情报调研与传播工作 。
从事气化技术的美国合成能源系统公司 ( SES) 与埃克森美孚公司合作 ,加快推广通过甲醇途径的煤 制汽油技术 ,截至 2008 年 9 月底 ,在全球推行其 U GAS 煤炭气化装置 ,已转让甲醇制汽油 ( M T G) 技术 达 15 套 。
SES 公司已计划利用 M T G 技术与美国西弗吉 尼亚州 、密西西比州和北达科塔州的合作伙伴在其煤 气化项目中应用 。如果这些项目建成 ,将可生产约 1 亿加仑/ a 汽油 。
山西新能源煤化工技术公司首套应用国内自主 知识产权的甲醇制汽油技术万吨级试验装置于 2006 年 11 月初在山西晋城市投入建设 ,标志着焦炉煤气 转化和甲醇深加工有了一条新的途径 。该万吨级工 业化试验装置在 2007 年建成投入工业化试运行 。 2009 年 1 月 13 日 ,我国首套应用国内自主知识产权 的甲醇制汽油技术万吨级工业试验装置在山西晋城 完成甲醇合成汽油工业试验 ,得到合格汽油产品 ,标 志着焦炉煤气转化和甲醇深加工有了一条新的途径 。 据介绍 ,该装置已经获得“甲醇制汽油反应器”实用新 型技术专利证书 ,发明专利正在申报阶段 。该试验装 置每吨汽油消耗甲醇 2158 t , 循环水 343 t , 动力电 410 kW 时 ,所产轻汽油产品具有低烯烃和无苯含量 、
第 35 卷第 4 期 2009 年 12 月
化工设计通讯
Chemical Engineering Design Communications
Vol135 No14 Dec12009
甲醇制汽油路线及其应用
钱伯章
(上海擎督信息科技 ,上海 200126)
摘 要 :介绍了甲醇制汽油路线及其应用 。 关键词 :甲醇 ;汽油 ;路线
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化工设计通讯
第 35 卷
兰实现商业化应用 。 据埃克森美孚公司计算 ,460 万 t 煤炭进料可生
产约 140 万 t/ a (约 316 万桶/ d) 汽油 。产率和投资成 本取决于煤质 (灰分 、湿度 、硫含量和热值) 。
据 UC Davis 公司于 2007 年公布的加州低碳燃 料标准所作技术分析 ,由 M T G 工艺生产的全部能源 产品总的生命循环周期温室气体排放 (无碳捕集和封 存 ,CCS) ,最多可与平均的煤制油工艺的排放 (4817 g/ MJ 炼制产品) 相当 。然而 ,每 MJ 汽油的排放较高 (64169 g/ MJ 汽油) 。
中图分类号 : TQ233112 + 1 文献标识码 :A 文章编号 :1003 - 6490 (2009) 04 - 0031 - 06
1 甲醇制汽油 ( M T G) 路线的应用 现状
费托合成工艺是间接煤制油一般所选用的方案 , 当前 ,另一方案 :煤制甲醇再制汽油 ( M T G) 方案正在 成为 合 成 气 转 化 为 运 输 燃 料 的 途 径 之 一 , 并 受 到 关注 。
无硫等特点 ,经国家燃料油质量监督检验中心检验 , 符合国家 93 号车用汽油的标准 。
在煤化工技术路线中 ,甲醇合成是最为成熟的技 术之一 ,由此导致了大批甲醇项目上马 。统计资料表 明 ,到 2010 年 ,我国甲醇生产能力将达到 1 500 万 t/ a ,已经获批或者备案的甲醇装置能力达到 3 400 万 t 。我国甲醇装置的能力将大大超过市场需求 ,迫切 需要可以大规模转化甲醇的下游开发应用技术 。甲 醇制汽油 ( M T G) 试验 ,奠定了由万吨级加工能力的 工业化实验装置进一步规模放大生产装置的基础 ,将 为我国甲醇深加工提供广阔市场 ,极具市场竞争力 ; 同时为山西省丰富的高硫无烟煤利用找到切实可行 、 附加值高的路径 ,为下一步我国煤制油产业的大规模 工业化 ,提供了技术支持 。
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前已投运的 、规模最大的煤变油中试装置 ,意味着对 我国西南地区储量丰富的褐煤资源进行有续开发将 成为现实 。云南省煤炭保有储量 237 亿 t ,其中褐煤 储量居全国第一 。由于褐煤的碳含量和放热量较低 、 燃烧时烟雾大 ,其应用仅限于火力发电厂和民用等 。 但是 ,褐煤的氢含量相对高 ,比其他煤种更容易液化 。 利用这一特点 ,解化公司采用三家共同开发的固定床 绝热反应器一步法甲醇转化制汽油技术及装置 ,以甲 醇为原料制取合格的汽油产品 。该工艺的主要特征 是 :甲醇逐步脱水转化生成汽油的全部过程 ,在同一 个反应器和触媒上完成 。所得油品具有良好的蒸发 性和抗腐蚀性 ,达到 GB17930 - 2006 车用汽油 ( Ⅲ) 的要求 ,符合欧 Ⅲ排放标准 ;油品成分仅有 27 种 ,比 现行的 93 # 汽油成分 (有 128 种) 少许多 ,杂质品种 少 、品质高 ,属优质汽油 ;并且它的抗爆能力好 ,辛烷 值合乎 93 # 汽油要求 。经检测 ,油品的安定性好 、诱 导期长 、实际胶质小 ,完全可以替代传统的 93 # 汽 油 。我国已经发现的褐煤资源量为 1 291132 亿 t ,约 占我国煤炭保有资源量的 1217 % , 开发潜力巨大 。 云南煤化集团装置的主反应器是直径为 1 m 的固定 床绝热反应器 ,在此基础上可直接放大到单台反应器 年产 10 万 t 汽油的规模 。该项目的开发成功 ,将有 力推动我国能源结构的变革 ,同时为云南省丰富的低 热值褐煤利用找到切实可行 、附加值高的路径 ,为下 一步我国煤制油产业的大规模工业化 ,提供了技术支 持和生产经验 。
先进燃料公司的装置都将比新西兰原有装置有很大 改进 ,并积累了 10a பைடு நூலகம்来的操作经验 。
甲醇制汽油 (M T G) 技术可使粗甲醇直接转化为 低硫 、低苯含量 、辛烷值为 87 的汽油 ,它可直接销售 或与常规的炼油厂汽油相调合 。由该工艺过程生产 的汽油产率约为 89 % ,L P G 产率约为 10 % ,燃料气约 为 1 %。
煤炭制取甲醇 ,由甲醇再制汽油 ( M T G) 路线正 在我国山西省跃跃欲试 。
山西晋城无烟煤矿公司与德国伍德公司于 2006 年 12 月签署了建设甲醇制汽油 ( M T G) 装置的工程 和技术供应合同 。该装置是晋城公司建设的中型规 模联合装置的一部分 ,包括流化床 、硬煤气化装置和
甲醇装置 。计划生产 10 万 t/ a 汽油 , 2009 年投产 。 该甲醇制汽油 (M T G) 装置将采用埃克森美孚研究工 程公司专利的专有工艺 ,采用 ZSM - 5 沸石催化剂将 甲醇转化为辛烷值 92 的汽油 ,不产生费 - 托工艺的 蜡副产物 。该工艺由美孚公司第一次开发于上世纪 70 年 代 后 期 , 由 伍 德 公 司 和 其 合 作 伙 伴 在 德 国 Wesseling 建设了第一套 100 桶/ d 的验证装置 。该 M TG 工 艺 于 1986 年 首 次 推 向 工 业 化 , 在 新 西 兰 Motunui 投运了 1145 万桶/ d 装置 ,该装置己运转了 10a 。
我国一步法甲醇制汽油技术取得突破 。由云南 煤化集团解化公司 、中科院山西煤炭化学研究所 、化 学工业第二设计院等共同设计开发的 3 500 t/ a 合成 汽油工业示范装置 ,于 2007 年 12 月中旬在解化公司 投产以来 ,已批量生产出合格汽油产品 。这是国内目
第4期
钱伯章 :甲醇制汽油路线及其应用
煤制油 ( CTL ) 项目最近的升温使 甲 醇 制 汽 油 (M T G) 技术在市场上重新受到青睐 。M T G 技术在 新西兰于上世纪 1980 年获得商业应用以来又有了一 些发展 。埃克森美孚公司在 1990 年代所作的改进包 括减少了投资和操作费用 。采用 M T G 技术的第一 套煤制汽油工艺设计和建设已在中国山西晋城无烟 煤矿公司进行之中 。该装置初期阶段设计能力为 10 万 t/ a ,但预计该项目第二阶段将扩增至 100 万 t/ a 。 埃克森美孚公司于 2008 年 12 月也将采用 M T G 技术 建设美国第一套 M T G 型 CTL 项目 。D KRW 先进燃 料公司通过其旗下的 Medicine Bow 燃料和电力公司 接受 M T G 技术转让 ,在怀俄明州 Medicine Bow 建设 115 万桶/ d CTL 装置 。晋城无烟煤矿公司和 D KRW
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