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1、n 当前文档档修改密密码：8836228399我国发展展C1化工的的战略陈庆龄胡胡云光白白尔铮（中国石石油化工工股份有有限公司司上海石石油化工工研究院院，2012208）摘要：世世界能源源需求和和结构状状况的矛矛盾迫使使人们开开发石油油替代品品及其衍衍生物。天然气气和煤经经合成气气等C1化工过过程合成成燃料和和衍生产产品是解解决供需需矛盾的的重要措措施之一一。文章章评述了了C1化工过过程生产产燃料和和化工产产品的发发展趋势势，并对对我国发发展C1化工的的战略提提出了建建议。关键词：C1化工发展展战略“C11化学”一词最最早来源源于Moonsaantoo公司，系指由由甲醇合合成乙酸酸工艺，即从合
2、合成气制制得甲醇醇，通过过铑-碘络合合物催化化剂体系系反应生生成乙酸酸1。广义义上讲，凡含一一个碳原原子的化化合物，如甲烷烷、COO、CO2、HCNN、甲醇醇等参与与的反应应化学，都可定定义为CC1化学。20世纪纪80年代代，日本本催化学学会C1化学委委员会将将C1化工技技术定义义为两部部分组成成：即制制造COO、H2或者COO/H22(合成气气)的技术术和利用用CO及合合成气制制造化学学品、燃燃料的技技术22。本本文所指指C1化工包包括以合合成气（天然气气、煤层层气、煤煤、重质质油等转转化而得得）和甲甲烷（来来自天然然气或煤煤层气等等）为原原料，合合成碳数数为2或2个以上上化合物物的化学学及
3、工艺艺。C1化工合合成体系系的主要要途径如如图1所示。图1 合成气气化学体体系简图图1 C11化工发发展趋势势1.11 基础础有机原原料与能能源结构构密切相相关基基础有机机原料是是化学工工业的基基础。回回顾世界界基础有有机原料料发展过过程，无无不与当当时的主主要能源源构成有有关。119世纪纪，木材材是最主主要的能能源之一一，有机机化工原原料只能能来自于于农副产产品，如如粮食发发酵制酒酒精、丙丙酮及丁丁醇，蜜蜜糖发酵酵制酒精精，动植植物油制制甘油，农作物物的皮、壳、杆杆水解制制糠醛等等。199世纪末末到200世纪初初，煤炭炭是最主主要的能能源，随随着钢铁铁工业的的发展，煤炭炼炼焦业兴兴起，推推动
4、了煤煤化工的的发展，煤的焦焦化、气气化和制制造电石石，为有有机化学学工业提提供了丰丰富的粗粗苯、焦焦油、焦焦炉气、合成气气和乙炔炔，使以以煤为原原料的有有机化学学工业得得到迅速速的发展展。200世纪400年代后后，随着着石油逐逐渐成为为主要的的能源，石油炼炼制工业业不断发发展，推推动了石石油化学学工业的的兴起，煤逐渐渐被石油油所替代代，使煤煤在有机机化工原原料中的的比重逐逐年下降降。到220世纪纪末，化化学工业业80%以上的的基础原原料来自自石油化化工。220世纪纪80年代代以来，伴随着着世界石石油资源源的增长长降低，石油价价格上涨涨；天然然气资源源不断开开发，其其供应量量越来越越大，天天然气
5、在在能源结结构中的的比例不不断增加加，以天天然气为为原料生生产基础础有机原原料越来来越受到到人们的的关注。鉴于煤煤炭资源源丰富，价格低低廉，从从长远考考虑，在在石油枯枯竭后，煤炭仍仍然将在在能源结结构中占占据较大大的比重重，而液液体燃料料是各种种形式的的燃料中中使用最最方便的的一类，其需求求会保持持较高的的增长率率，因此此，以煤煤为原料料生产液液体燃料料和化工工产品，是若干干年后能能源及化化工的必必然方向向。由于于目前大大多数情情况下天天然气和和煤为原原料均需需要经合合成气进进一步合合成，属属于C1化工的的范畴，因此，人们将将天然气气和煤为为原料合合成液体体燃料的的过程不不是简单单地看成成为燃
6、料料生产过过程，而而看作典典型的化化工过程程，并且且认为是是21世纪纪值得重重视的化化工过程程。1.2 能源的的资源结结构促使使C1化工的发发展能源是国国民经济济发展的的基础。就目前前主要的的能源构构成而言言，石油油的储采采比为440，天天然气为为60，煤煤2300。而目目前的消消费结构构中，石石油占440%以以上，煤煤和天然然气各占占25%3。能源源资源和和需求的的差异，迫使人人们不得得不接受受一个现现实，就就是石油油作为使使用最方方便的一一种不可可再生资资源，随随着开采采量的增增长，石石油资源源逐步减减少，天天然气和和煤将逐逐步在能能源结构构中占据据主要地地位。石油作作为一种种重要的的战略
7、物物资，是是国计民民生的基基础,事关国国家的安安全和发发展。220世纪纪70年代代的两次次石油危危机致使使发达国国家相继继制订了了替代能能源的发发展计划划。美国国曾经提提出一个个高达8800亿美元元的合成成燃料规规划。联联邦德国国于19980年年正式制制订了“促进德德意志联联邦共和和国C1化学发发展纲领领”，政府府资助110亿马马克。同同年日本本通产省省工业技技术院组组织制订订了“CC1化学规规划”，规定定在7年间投投资1550亿日日元，其其中包括括合成气气制乙二二醇、乙乙醇、乙乙酸、烯烯烃等基基本有机机化工产产品的技技术开发发4。美国国能源部部对未来来2030年美美国机动动车燃料料的来源源进
8、行了了预测,到20115年，约155%20%的机动动车燃料料将来自自天然气气和煤，而20030年年将达到到25%30%。1.3 环保要要求刺激激C1化工的的发展随着人们们对环保保的不断断强化，传统的的石油产产品已经经不能满满足日趋趋严格的的环保要要求（主主要是硫硫含量等等）。而而要使传传统的石石油产品品升级到到满足新新规格的的产品，加工费费用会大大幅度增增加。这这将大大大缩小石石油产品品对C11化工产产品的优优势，甚甚至使CC1化工产产品具有有竞争优优势。220011年6月在伦伦敦召开开的天然然气合成成油（GGTL）会议上上，Syyntrroleeum公公司业务务发展部部的副总总裁Weeick
9、k先生分分析认为为，如果果达到220066年对燃燃油的质质量要求求指标，硫含量量要从目目前的335010-6下降降到100100-6,每桶油油的加工工成本将将提高44美元以以上，总总成本将将超过88美元，成本上上升近1100%，而合合成油的的成本不不会增加加，保持持在约7美元/桶，加加之C1化工的的原料（天然气气和煤炭炭）较原原油价廉廉，使得得C1化工的的技术经经济性能能的竞争争能力大大大上升升。刺激激了人们们对石油油替代燃燃料的开开发和利利用。1.4 科技进进步推动动了C1化工的的发展经过多年年技术开开发，已已经有多多种化工工产品实实现了工工业化，如Moonsaantoo的甲醇醇羰基化化制乙
10、酸酸、Eaastmman的的甲醇制制醋酐等等。作为为C1化工最最重要的的费托（FT）合合成技术术，随着着技术的的不断进进步，制制约其发发展最重重要的因因素之一一-投资资较大的的问题逐逐步解决决，单位位投资由由10万美美元/（桶日）以以上已经经下降到到目前的的2.55万美元元/（桶日）。专家认认为，如如果投资资能够进进一步下下降到22万美元元/（桶日），而原油油价格保保持在118美元元/桶以上上，则FFT合成成油的竞竞争能力力将超过过石油产产品。过过去一些些技术经经济性能能无法解解决的衍衍生产品品，经过过30多年年的技术术开发，新的发发展路线线被开发发出来。如果说说20世纪纪70年代代C1化工发
11、发展初期期许多项项目的研研究方向向带有一一定探索索性的话话，那么么经过220多年的的技术开开发目标标就更为为明确：C1化工的的重点目目标在于于发展合合成气路路线合成成液体燃燃料、开开发以合合成气为为基础、可能与与现有生生产路线线相竞争争的基础础化学品品生产路路线，探探索天然然气（甲甲烷）直直接合成成基础化化学品等等。2 我国国发展CC1化工的的战略我国的一一次能源源构成中中，从资资源量考考虑，煤煤炭、石石油、天天然气、煤层气气分别占占96%、2%、1%和1%。在在探明的的总储量量中，煤煤炭、石石油和天天然气分分别占998.44%,11.4%和0.22%;探探明可开开采的储储量中，煤炭、石油、天
12、然气气分别占占97.6%,1.99%和0.55%。目目前的消消费结构构为822%，16%和2%。石石油在我我国的能能源结构构中的比比例明显显低于世世界平均均水平。随着我我国家庭庭轿车发发展和国国民经济济的发展展，对液液体燃料料和基础础化学品品的需求求越来越越多。从从19993年开开始，中中国已经经由石油油净出口口国变为为石油进进口国，20000年，石油及及油品净净进口770 MMt以上上。据有有关专家家预测，20110年和和20220年，中国石石油的需需求量分分别达到到2900 Mtt和3900 Mtt，而同同期产量量可达到到1700 Mtt和1800 Mtt，需要要进口1120 Mt和和21
13、00 Mtt。进口口石油的的依赖程程度将由由目前的的30%上升到到40%以上和和50%以上55。石石油大量量依赖于于进口，将对我我国的经经济和经经济安全全带来很很大的风风险。鉴鉴于能源源资源结结构与我我国相类类似的美美国在考考虑开发发石油替替代品，我国进进行石油油替代品品及石油油衍生产产品替代代品的开开发无论论在战略略上还是是在实际际经济发发展方面面均具有有较重要要的意义义。为为保障我我国的石石油安全全，我国国的不少少专家和和仁人志志士均表表现了极极大的关关心。其其中，重重要的措措施之一一就是发发展石油油替代品品。而石石油替代代品的开开发是一一个具有有全局战战略关系系的系统统性课题题，对于于其
14、发展展战略，需要经经过深入入的调查查研究。2.1 目标战战略2.1.1 燃燃料利用用是主途途径我们认认为，FFT合成成燃料油油技术是是C1化工发发展的主主要途径径。因为为，如果果美国能能源部（DOEE）的预测测准确，到20030年年，美国国的石油油替代品品将达到到机动车车燃料的的20%30%，其中中，主要要的途径径为天然然气和煤煤合成。以当时时美国的的石油消消费当量量计，约约10002000 Mtt/a，而合成成油技术术在全球球推广将将形成每每年数亿亿吨的规规模，远远远超过过化工产产品的总总量。天然气气和煤生生产机动动车燃料料的主要要途径有有FT合成成、生产产二甲醚醚取代柴柴油以及及生产燃燃料
15、醇。途径的的选择需需要经过过多方面面的综合合考虑。美国能能源部进进行的“超清洁洁机动车车燃油项项目”中，其其要求是是：（11）开发发较目前前石油产产品更清清洁的燃燃料；（2）可补补充机动动车对机机动车燃燃料的不不足；（3）需要要可利用用现有的的机动车车基础设设施；（4）有助助于机动动车制造造商减少少排放废废气。根根据这些些要求，我们认认为，FFT合成成油技术术是最理理想的途途径，而而二甲醚醚和燃料料醇均存存在较大大的不足足，特别别是二甲甲醚，如如果作为为柴油替替代品，其所有有的基础础设施和和燃料系系统都需需要改进进。合成油油技术发发展很快快。以煤煤为原料料的合成成油有两两种方法法，一种种是直接
16、接法，即即所谓煤煤直接液液化加氢氢，另一一种是间间接法，即通过过FT合成成。这两两种方法法的特点点比较见见表1。直接接法油收收率较高高，按照照神华集集团拟建建的5 0000 ktt/a成成品油装装置，需需耗煤115 0000 kt，即3tt煤1t油。但是直直接法反反应条件件苛刻，对设备备材质要要求高，而且迄迄今为止止国外尚尚未见大大规模商商业化工工厂。而而中科院院山西煤煤化所拟拟建的间间接法装装置大约约5t煤制制1t油。所以目目前国内内发展间间接法比比较可行行，风险险较小。表1 煤煤炭直接接法和间间接法制制合成油油的工艺艺特点比比较项目直接法间接法煤种适应应性差强反应及操操作条件件温度：443
17、54455压力：1230 MPaa反应条条件苛刻刻温度：22703500压力：2.55 MPPa反应应条件适适度油收率较高一般设备材质质要求材料要求求高部分分设备要要进口材料要求求低设备备可全部部国产化化技术成熟熟程度小规模试试验比较较成熟工业化技技术相当当成熟商业化应应用国内外均均无商业业化工厂厂, 只建建有中小小试验装装置国外已建建有大规规模商业业化工厂厂, 国内内只有中中试装置置FT合合成新工工艺的开开发降低低了生产产成本和和投资费费用，更更重要的的是下游游产品的的改质可可生产润润滑基础础油、烷烷基苯原原料，以以及石化化裂解原原料石脑脑油等。采用用间接法法也有合合理选用用原料问问题。技技
18、术经济济评价表表明，采采用复合合原料，如天然然气和煤煤，由于于它们产产生的合合成气中中H2/COO比更合合理，设设备投资资费用较较低。表表2列举了了天然气气、煤以以及以天天然气/煤为原原料的FFT柴油油制造价价格比较较。表2 各各种原料料生产FFT柴油油的制造造价格比比较美元/桶桶原料价格格天然气煤ABCD0.155元/m30.300元/m320美元元/t30美元元/t美国海湾湾地区设备备投资/百万美美元1 31101 31101 31101 31101 16621 16621 16621 1662制造造价格26.77931.88031.88536.88825.22126.44428.0052
19、9.227等价价原油价价格18.77322.22422.22725.77917.66318.44919.66220.447与单单独天然然气比-1.558-0.335-3.775-2.553边远地区区设备备投资/百万美美元1 70031 70031 70031 700315111151111511115111制造造价格31.77436.77436.88041.88329.66130.88232.44433.667等价价原油价价格22.22025.66925.77329.22520.77121.55522.66923.555与单单独天然然气比-2.113-0.992-4.330-3.770注：A，
20、天然气气价格为为0.115元/m3，煤价价格为220美元元/t； B，天天然气价价格为00.155元/m3，煤价价格为330美元元/t；C，天然气气价格为为0.330元/m3，煤价价格为220美元元/t； D，天天然气价价格为00.300元/m3，煤价价格为330美元元/t。我国天天然气价价格远高高于0.5美元元/MMMBu（约相当当于0.15元元/m3），产产地至少少为0.60元元/m3。而煤煤价格相相对较低低（约6601200元/t）。经理论论估算，采用天天然气和和煤混合合使用的的原料成成本见表表3。表3 天天然气和和煤炭混混合使用用的经济济性能天然气HH2/C每kg油油耗天然然气/mm3
21、每kg油油耗煤/kg原料油价价格/元.t-11ABCD70.2441.96636641456065850.3771.81138345762271140.5001.65539549868176330.8001.322438598824890天然气2.0556151 02251 43351 4335煤3.688552736920注：A，天然气气价格为为0.33元/m3，煤价价格为1150元元/t； B，天天然气价价格为00.5元元/m3，煤价价格为1150元元/t；C，天然气气价格为为0.77元/m3，煤价价格为2200元元/t； D，天天然气价价格为00.7元元/m3，煤价价格为2250元元/t
22、。2.1.2 大大宗化学学品是竞竞争的主主战场C1化学的的开发，对目前前常规的的基本有有机原料料生产可可能构成成革命性性的变化化。以天天然气为为起始原原料进而而生产基基本有机机原料的的途径见见图26。从图图2可见，目前由由石油烯烯烃生产产的基本本有机原原料品种种中的-烯烃烃、乙二二醇、乙乙酸、醋醋酐、醋醋酸乙烯烯、乙醇醇等均可可能受到到挑战。特别使使人感兴兴趣的是是，以往往乙酸是是经过乙乙烯氧化化为乙醛醛、再氧氧化为乙乙酸，或或乙醇一一步或两两步合成成乙酸，而图22显示了了截然相相反的过过程。乙乙烯水合合制乙醇醇被颠倒倒过来，过去被被认为是是落后的的乙醇脱脱水制乙乙烯重新新出现生生机。这这主要
23、是是由于天天然气价价廉、使使得大规规模合成成甲醇的的成本降降到1000美元元/t以下下所致。目前EEasttmann 化学学公司等等正在开开发由乙乙酸生产产乙醛、乙醇作作燃料利利用的工工艺。C1化学的的重点中中间产品品为甲醇醇。目前前，世界界规模的的甲醇装装置生产产能力为为2 5500tt/d。包括日日本东洋洋工程、Lurrgi AG、Kvaaernner和和ICII在内的的公司正正将甲醇醇能力翻翻番，使使单套装装置的生生产规模模达到55 0000 tt/d。甲醇装装置的大大型化是是解决下下游甲醇醇转换成成烯烃（MTOO）、甲甲醇转换换成丙烯烯（MTTP）等工艺艺产业化化的基础础。MMTO和和
24、MTPP取得了了良好的的进展。埃及将将采用UUOP/Norrsk Hyddro的的MTOO工艺建建成天然然气制烯烯烃工业业化装置置，项目目原预定定于20001年年7月底完完成初步步规划时时间表，于20002年年1月初签签定工程程、采购购和建设设合同。建设工工作定于于20002年9月份开开始，于于20004年完完工并启启动。图2 合成气气生产基基本有机机原料途途径Lurggi在挪挪威 TTjelldbeergooddeen地区区Staatoiil公司司的甲醇醇基地建建一套MMTP中中试装置置。该装装置属于于Lurrgi公公司，由由Staatoiil提供供原料并并负责运运行。该该MTPP工艺采采用
25、固定定床反应应器，选选用了SSd-Cheemiee开发的的高选择择性丙烯烯专有催催化剂，在蒸汽汽存在下下将甲醇醇转化成成丙烯。副产物物包括液液化石油油气、汽汽油和燃燃料气。Lurrgi称称该工艺艺具有经经济可行行性，可可从天然然气出发发制取丙丙烯，且且反应中中的丙烯烯选择性性优于其其它的甲甲醇制烯烯烃路线线。该工工艺在略略高于常常压的压压力下(0.1130.116 MMPa)和较低低的温度度(38804800 )下操作作，丙烯烯通过产产品分离离工序获获得。20世世纪700年代末末和800年代初初，受高高油价的的驱动，一些工工业实验验室研究究工作的的重点将将煤衍生生的“合成气气”（H2和CO混合
26、合物）转转化成乙乙酸、乙乙二醇和和醋酸乙乙烯一类类的化学学品，但但一直没没有出现现工业化化技术，也没有有开发出出可使合合成气直直接高收收率转化化成化学学品的催催化剂。目前低低成本天天然气以以及大规规模生产产合成气气和甲醇醇新工艺艺技术的的利用，使人们们重新关关注C11化学。美国联联碳公司司正在开开发采用用单个反反应器和和多组分分催化剂剂体系使使合成气气转化成成乙酸。美国国DuPPontt公司于于20世纪纪40年代代就开发发出由合合成气经经甲醛合合成乙二二醇的间间接工艺艺，并投投入工业业化生产产。由于于此工艺艺的技术术经济性性问题，于19963年年关闭。20世纪纪50年代代DuPPontt开发合
27、合成气直直接合成成乙二醇醇工艺，然而在在开发高高性能催催化剂及及缓和反反应条件件的研究究上受阻阻。自119711以来美美国UCCC公司司披露了了研究用用铑催化化剂由合合成气制制乙二醇醇技术，但压力力较高(3400 MPPa)，而且催催化剂活活性低和和稳定性性差。880年代代，该公公司开发发了两种种催化剂剂：一种种是用三三烷基膦膦和胺改改性的铑铑催化剂剂；另一一种是用用咪唑改改性的钌钌催化剂剂，使乙乙二醇选选择性提提高到770%以以上，但但存在着着催化剂剂的连续续循环使使用及与与产品的的分离问问题，试试验尚在在进行之之中。2.2 政策战战略C1化工工替代石石油是一一项关系系到国家家经济安安全的全
28、全局性课课题。需需要国家家大力支支持。为为了能源源安全，世界上上石油进进口国在在替代能能源的开开发上均均开展了了一些工工作。美美国DOOE资助助了合成成油技术术的开发发，并预预测20030年后后，石油油替代产产品将达达到200%30%。由于于我国的的原油资资源有限限，进口口依赖度度日益增增高，国国家需要要以战略略的高度度，解决决替代燃燃料的问问题，将将其纳入入国家的的事业发发展规划划。政府府在石油油替代产产品的开开发上应应给予经经费和政政策上的的支持，使其尽尽快产业业化。生生产中，在税收收上给予予补贴，以便替替代能源源能够具具有竞争争能力。2.3 技术开开发战略略由于国际际油价的的起伏波波动导
29、致致了C1化工的的开发工工作时断断时续。鉴于我我国的能能源中煤煤炭和天天然气储储量较石石油丰富富，应当当发展符符合我国国国情的的能源策策略。在在技术战战略上，要以尽尽快实现现产业化化为目标标，突出出重点，特别要要重视合合成油成成套技术术的开发发。根根据中国国能源的的实际情情况，为为了充分分利用能能源，在在进一步步做好技技术经济济评价的的基础上上，决定定是否采采用煤气气和天然然气连用用技术。C11化工，特别是是合成油油技术的的开发和和应用，是一个个系统工工程。应应该充分分利用各各单位的的技术基基础，加加速C1化工技技术的产产业化。3 结语语C1化工是是21世纪纪值得重重视的能能源和化化工领域域，
30、它有有可能改改变目前前的能源源和化工工结构。为此，我国应应当从长长远考虑虑出发，结合中中国的具具体实际际，加强强C1化工技技术的产产业化。在发展展目标中中，将重重点放在在合成油油和大宗宗有机化化工原料料生产领领域。联联合国内内的研究究开发和和工程设设计单位位，尽快快使我国国的C1化工技技术水平平达到国国际当代代水平。参考文献献1 (日日)CEEER 19779,111(55)：152 陈国权权等合合成气化化学化工工百科全全书（第第6卷）北京：化学工工业出版版社，1199773 PPaull Teempeest世界石石油工业业，20002，9（1/22）：694 日加藤顺顺等编着着金革革等译C1
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32、88)ABSTTRACCTThe conntraadicctioon oof ssuppply andd deemannd sstruuctuure of eneergyy reesouurcees iin tthe worrld commpellledd peeoplle tto ddeveelopp suubsttituute of pettrolleumm annd iits rammifiicattionns. It is onee off thhe iimpoortaant meaasurres of ressolvvingg thhe cconttraddicttionn too
33、syynthhesiize fueels andd raamifficaatioons froom nnatuurall gaas aand coaal tthrooughh C11 syynthhesiizinng pproccessses succh aas ssyntthettic gass. TThiss paaperr reevieewedd thhe ddeveeloppingg trrendd off prroduucinng ffuells aand cheemiccal prooduccts thrrouggh CC1 chhemiicall prroceessees, andd raaiseed ssomee prropoosalls oon tthe strrateegiees oof ddeveeloppingg C11 chhemiistrry iin CChinna.Keywwordds: C1 chhemiicall inndusstryy, ddeveeloppmennt, strrateegy收稿日期期：20004-04-01。作者简简介：陈陈庆龄，男，119422年出生生，大学学，教授授（博士士生导师师）。