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1 甲醇制汽油（MTG）技术的应用现状 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（MTG）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。 煤制油（CTL）项目最近的升温使甲醇制汽油（MTG）技术在市场上重新受到青睐。MTG技术在新西兰于上世纪80年获得商业应用以来又有了一些发展。埃克森美孚公司在90年代所作的改进包括减少了投资和操作费用。采用MTG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10万吨/年，但预计该项目第二阶段将扩增至100万吨/年。埃克森美孚公司于2008年12月也将采用MTG技术建设美国第一套MTG型CTL项目。DKRW先进燃料公司通过其旗下的MedicineBow燃料和电力公司接受MTG技术转让，在怀俄明州MedicineBow建设1.5万桶/天CTL装置。晋城无烟煤矿公司和DKRW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10多年来的操作经验。 甲醇制汽油（MTG）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%，LPG产率约为10%，燃料气约为1%。 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（MTG）技术达15套。 SES公司已计划利用MTG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/年汽油（1美加仑=3.78541立方分米，下同）。 将埃克森美孚公司的MTG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MTG技术于20年前曾在新西兰实现商业化应用。 据埃克森美孚公司计算，460万吨煤炭进料可生产约140万吨/年（约3.6万桶/天）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UCDavis公司于2007年公布的加州低碳燃料标准所作技术分析，由MTG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（48.7g/MJ炼制产品）相当。然而，每MJ汽油的排放较高（64.69g/MJ汽油）。 相对比较，从常规石油生产的汽油总的排放为25.7g/MJ，从焦油砂或超重质石油生产的燃料为29.4~35.9g/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。于2012年投产，这是美国采用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3000吨/天煤炭。合成气用于生产约72万吨/年甲醇，甲醇再转化成1亿加仑/年辛烷值为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（1磅/平方英寸=6895.76Pa，下同）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，以有助于减小对气候的影响。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于2010年投运。 2 MTG技术介绍 MTG工艺需采用的煤炭气化和甲醇合成都是成熟的商业化技术。 2.1 MTG化学 MTG化学由美孚公司发现于上世纪70年代。然而，许多年的进一步研究对其反应化学已充分了解。 MTG化学可简述如下：2CH3OH→CH3OCH3+H2O→轻烯烃+H2O→较高级烯烃+n/i石蜡烃+芳烃+环烷烃 甲醇首先脱水生成二甲醚（DME）。甲醇、DME和水然后转化成轻烯烃（C2~C4）。最后的反应步骤生成较高级烯烃、正/异构石蜡烃、芳烃和环烷烃的混合物。阻止反应生成烯烃而代以生成汽油。 2.2 甲醇制汽油（MTG）工艺 在甲醇制汽油（MTG）工艺中，甲醇转化为烃类和水基本上是按化学计量。反应为放热反应，反应热约为1.74MJ/kg甲醇，绝热温升约600℃。在新西兰装置商业化的固定床工艺中，反应管理系通过将转化分成二个部分。第一部分，甲醇转化成甲醇、DME和水的平衡混合物。这一步释放出整个反应热的15%~20%，并通过化学平衡来控制。 在第二步，平衡混合物与循环气混合，并通过特定设计的ZSM-5催化剂以生成烃类和水。绝大部分烃类产品在汽油范围内。绝大多数气体循环至ZSM-5反应器。水相含有0.1%~0.2w%含氧化合物，可通过常规的生化处理方法使其达标排放。 转化反应器入口温度分别通过调节反应流出物进入循环气/反应流出物换热器流量以及通过调节换热器温差来控制。过剩反应流出物（对于循环气/反应流出物换热器需用于循环气加热属于多余的）可用于预热、蒸发和过热进入DME反应器的甲醇进料。过剩反应流出物系统中的热量保持利用的灵活性，可通过利用某些反应流出物在锅炉中产生中压蒸汽。发生蒸汽可调节平衡过程所需的热量。 来自进料预热系统的过剩反应流出物与来自循环气换热器的反应流出物一起进一步冷却至25~35℃，并通过产品分离器分离出气体、液体烃类和水。含有微量含氧有机化合物的水相送去水处理。气相（大多为轻质烃类、氢气、CO和CO2）再返回循环气压缩机。 液体烃类产品（粗汽油）主要含有汽油沸程范围的物料以及被溶解的氢气、二氧化碳和轻烃（C1~C4）。通过蒸馏基本上可全部除去非烃类和轻烃，生产的汽油符合所需的挥发度规格。甲烷、乙烷和某些丙烷在脱乙烷塔除去。来自脱乙烷塔的液体产品然后送入稳定塔，在此从塔顶除去丙烷和部分丁烷组分，用作燃料气。稳定后的汽油再通过汽油分离塔，分离成轻汽油和重汽油馏份，被冷却并送入贮罐。MTG汽油含有1,2,4,5-四甲基苯（均四甲苯），尽管商业化汽油中也存在，但在MTG产品中含量较高，它可改进汽车驱动性能。均四甲苯浓缩在汽油分离塔的重汽油馏份中，将其送至重汽油处理器，藉助专有的埃克森美孚催化剂进行缓和加氢精制。在氢气存在下，均四甲苯经异构化、歧化和脱甲基。回收的产品数量接近，RON辛烷值基本不变，但均四甲苯含量可大大减少。 3 甲醇制汽油方案的优点 CTL项目开发是高度复杂的过程，公司需考虑多方面因素才能作出技术抉择。在缺乏商业化验证技术情况下，一些公司要进行广泛的可行性研究，评估投资风险以提高项目的经济性。MTG作为已经商业化验证的技术，可望成为许多CTL项目有吸引力的方案。其优点综述如下。 3.1 产品简单 MTG和费托合成工艺将煤转化成合成气作为中间步骤，再生产最终产品。然而，各自的产品模式很不相同。 （1）费托合成工艺可生产宽范围的直链石蜡烃类，需改质才能生产出汽油、柴油燃料和润滑油原料。由于产品分布的复杂性，所有产品要进一步改质/加工，对于大规模项目（5万~8万桶/天），在经济上才是合理的。此外，大型项目需要大的煤炭储量（20~40亿吨），这将需要大于一个典型的煤矿，因而会增加铁路运输费用。 （2）相对比较，MTG可选择性地将甲醇转化为基本不含硫和低含苯的高质量汽油，可与炼厂汽油总组成调合或单独出售。烃类以甲醇形式约90%被转化为汽油，作为单一的液体产品。由于采用简单的固定床工艺设计，这也易于使反应器放大和缩小。 3.2 技术风险低 MTG作为已商业化验证的工艺，拥有近10年的操作经验，是生产清洁汽油的低风险方案。相对比较，已商业化验证的费托合成技术方案尚未在市场上推广应用，一些拥有商业化验证费托合成技术的大型石油和化工公司转让其商业化验证费托合成技术还很有限。 其他也有几家费托合成技术提供商，但这些技术方案处于中型装置或验证阶段。与CTL项目相关的风险尚无商业化实例可资借鉴。卡塔尔OryxGTL项目的商业化验证可为之提供有关数据。 煤气化、甲醇合成和MTG均已商业化验证，可作为CTL技术的三个工艺过程。 3.3 过程的简易性 MTG工艺采用常规的气相法固定床反应器，固定床反应器很易于放大。新西兰第一次商业化应用就成功地将500kg/d放大到1700吨/d。而另一方面，新的费托合成技术方案大多数的技术改进依赖于浆液床反应器，浆液床反应器相对较为复杂。浆液床反应器的放大在缺乏直接商业化操作经验情况下，需进行较多的验证和模拟。 与世界规模级GTL项目靠近海域地点不同，许多煤制油项目位于运输不是很方便的地区，设备的尺寸和重量对采用这一技术受到一些限制。例如沙索Oryx费托合成反应器重量约2200吨，神华直接煤液化反应器重量2250吨，属世界最大的反应器。相对比较，新西兰MTG装置的单个反应器重量仅约为80吨。 3.4 灵活性和过程可靠性 近几年内中国的甲醇产能有了很大增长，预计在今后10年内还将有一些能力投运。MTG可望为一些公司提供产品自然延伸，开拓清洁汽油市场，汽油市场受当地商品甲醇供需变化波动的影响很小。将煤转化生产汽油的甲醇路线也潜在地可随市场条件变化，为生产甲醇或生产汽油提供灵活性。事实上，当油价于上世纪90年代下降到15美元/桶时，新西兰MTG装置就曾转化成化学级甲醇生产装置。另外，80年代所作的大量开发工作已验证可从甲醇生产汽油和柴油。 甲醇制汽油路线的另一工艺优点是甲醇合成工艺和MTG工艺通过液体甲醇相联系，液体甲醇可很容易地贮存在一个甲醇贮罐内。两套装置可单独地操作，无需整个装置完全停工。相对比较，费托合成装置通过合成气与煤气化过程相联系，如果那一套装置发生问题，要维持操作就很困难。 |
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