合成石油是由氢和一氧化碳经化学合成而得的类似石油的产品。即由水煤气或用天然气转化而成的氢和一氧化碳混合气为原料,在一定的温度(180~260℃)、压力(0.1~2.53MPa)及催化剂(钴或铁)的存在下合成而得。主要成分为各种直链烃。[1]

由德国科学家费歇尔(Franz Fischer. 1877~1947年)和托普斯(Hans Tropsch)于1923年发明的烃类合成方法,因此而得名,简称“费—托合成”。即一氧化碳在镍、铑、钴等催化剂存在下进行高温高压加氢生成烃类混合物的方法。

费一托合成法可用来制备液体燃料和石蜡等。如用氢和一氧化碳的混合气体为原料,在0.1~2MPa(1~20大气压)和钴催化剂(160~225℃)或铁催化剂(220~325℃)的作用下进行合成,可得合成石油,主要成分是各种直链烃、大部分是烷烃,可经分馏为汽油、煤油和石蜡或经加工成化工产品。 1918年德国化学家费歇尔在工作

费歇尔一托普斯工艺流程经过一段时间沉寂后,近年又受到重视,经改进发展出气体制成液体的工艺流程。气体制成液体的工艺逐渐成为偏远地区天然气的另一项可行出路,更是近年世界主要跨国石油公司极力开发的工艺流程,虽然有了小型商业化工厂,但基本上仍处于研发阶段。[1]

以合成气(一氧化碳和氢的混合气体)制取合成油的工艺过程,主要包括合成气生产、费—托合成、合成油处理、反应水处理等四部分。制造合成气的原料是含碳矿物质如煤、石油、天然气以及焦炉气、炼厂气等。

在合成气制取合成油的工艺中,合成气生产过程的装置投资约占总投资的60%,其生产成本也约占总生产成本的60%,因而降低合成气生产过程的装置投资和生产成本,对于提高合成油的经济效益具有决定性的作用。

制取合成油项目可行性的因素包括原料与原油价格比、装置投资(界区内和界区外)、规模、操作费用、产品方向等。一般,投资成本可粗略地划分为:合成气生产占60%,费歇尔一托普斯合成占25%~30%,产品分离与改质占10%~15%。[1]

以天然气为原料转化成合成气,然后以合成气制取合成油。天然气制取合成油仍处于商业可行性的边缘。对于管道输送缺乏经济效益的天然气储量,天然气制取合成油是可以代替液化天然气的一种重要开发方式。

技术的进步、“闲置天然气”储量的增长和较高的石油价格,促进了天然气制取合成油项目的开发。所有已投产、正在兴建或拟建的天然气制取合成油装置,都是以20世纪20年代的费歇尔—托普斯法合成技术为基础的。这种技术可以将天然气原料转化成合成气,然后经过催化重整或合成作用制成常规石油产品。近年来包括改进催化剂在内的技术进步,已经提高了合成油产量并且降低了建造投资和经营成本。 天然气自热转化法流程图

天然气制取合成油的经济效益取决于装置建造成本、产品类型和产量及装置能源效率,同时也取决于合成油产品的市场价格和天然气原料的价格。

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