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1、我国发展C1化工的战略陈庆龄 胡云光光 白尔尔铮（中国石油油化工股份份有限公司司上海石油油化工研究究院，20012088）摘要：世界界能源需求求和结构状状况的矛盾盾迫使人们们开发石油油替代品及及其衍生物物。天然气气和煤经合合成气等CC1化工过程程合成燃料料和衍生产产品是解决决供需矛盾盾的重要措措施之一。文文章评述了了C1化工过程程生产燃料料和化工产产品的发展展趋势，并并对我国发发展C1化工的战战略提出了了建议。关键词：CC1化工 发发展 战略略“CC1化学”一一词最早来来源于Moonsannto公司司，系指由由甲醇合成成乙酸工艺艺，即从合合成气制得得甲醇，通通过铑-碘碘络合物催催化剂体系系反应
2、生成成乙酸11。广义义上讲，凡凡含一个碳碳原子的化化合物，如如甲烷、CCO、COO2、HCNN、甲醇等等参与的反反应化学，都都可定义为为C1化学。220世纪880年代，日日本催化学学会C1化学委员员会将C11化工技术术定义为两两部分组成成：即制造造CO、HH2或者COO/H2(合成气气)的技术术和利用CCO及合成成气制造化化学品、燃燃料的技术术2。本本文所指CC1化工包括括以合成气气（天然气气、煤层气气、煤、重重质油等转转化而得）和和甲烷（来来自天然气气或煤层气气等）为原原料，合成成碳数为22或2个以以上化合物物的化学及及工艺。CC1化工合成成体系的主主要途径如如图1所示示。图1 合合成气化学
3、学体系简图图1 C1化化工发展趋趋势1.11 基础有有机原料与与能源结构构密切相关关基础有机机原料是化化学工业的的基础。回回顾世界基基础有机原原料发展过过程，无不不与当时的的主要能源源构成有关关。19世世纪，木材材是最主要要的能源之之一，有机机化工原料料只能来自自于农副产产品，如粮粮食发酵制制酒精、丙丙酮及丁醇醇，蜜糖发发酵制酒精精，动植物物油制甘油油，农作物物的皮、壳壳、杆水解解制糠醛等等。19世世纪末到220世纪初初，煤炭是是最主要的的能源，随随着钢铁工工业的发展展，煤炭炼炼焦业兴起起，推动了了煤化工的的发展，煤煤的焦化、气气化和制造造电石，为为有机化学学工业提供供了丰富的的粗苯、焦焦油、
4、焦炉炉气、合成成气和乙炔炔，使以煤煤为原料的的有机化学学工业得到到迅速的发发展。200世纪400年代后，随随着石油逐逐渐成为主主要的能源源，石油炼炼制工业不不断发展，推推动了石油油化学工业业的兴起，煤煤逐渐被石石油所替代代，使煤在在有机化工工原料中的的比重逐年年下降。到到20世纪纪末，化学学工业800%以上的的基础原料料来自石油油化工。220世纪880年代以以来，伴随随着世界石石油资源的的增长降低低，石油价价格上涨；天然气资资源不断开开发，其供供应量越来来越大，天天然气在能能源结构中中的比例不不断增加，以以天然气为为原料生产产基础有机机原料越来来越受到人人们的关注注。鉴于煤煤炭资源丰丰富，价格
5、格低廉，从从长远考虑虑，在石油油枯竭后，煤煤炭仍然将将在能源结结构中占据据较大的比比重，而液液体燃料是是各种形式式的燃料中中使用最方方便的一类类，其需求求会保持较较高的增长长率，因此此，以煤为为原料生产产液体燃料料和化工产产品，是若若干年后能能源及化工工的必然方方向。由于于目前大多多数情况下下天然气和和煤为原料料均需要经经合成气进进一步合成成，属于CC1化工的范范畴，因此此，人们将将天然气和和煤为原料料合成液体体燃料的过过程不是简简单地看成成为燃料生生产过程，而而看作典型型的化工过过程，并且且认为是221世纪值值得重视的的化工过程程。1.2 能能源的资源源结构促使使C1化工的发发展 能源是国民
6、民经济发展展的基础。就就目前主要要的能源构构成而言，石石油的储采采比为400，天然气气为60，煤煤230。而而目前的消消费结构中中，石油占占40%以以上，煤和和天然气各各占25%3。能能源资源和和需求的差差异，迫使使人们不得得不接受一一个现实，就就是石油作作为使用最最方便的一一种不可再再生资源，随随着开采量量的增长，石石油资源逐逐步减少，天天然气和煤煤将逐步在在能源结构构中占据主主要地位。石油作为一种重要的战略物资，是国计民生的基础,事关国家的安全和发展。20世纪70年代的两次石油危机致使发达国家相继制订了替代能源的发展计划。美国曾经提出一个高达880亿美元的合成燃料规划。联邦德国于1980年
7、正式制订了“促进德意志联邦共和国C1化学发展纲领”，政府资助10亿马克。同年日本通产省工业技术院组织制订了“C1化学规划”，规定在7年间投资150亿日元，其中包括合成气制乙二醇、乙醇、乙酸、烯烃等基本有机化工产品的技术开发4。美国能源部对未来2030年美国机动车燃料的来源进行了预测,到2015年，约15%20%的机动车燃料将来自天然气和煤，而2030年将达到25%30%。1.3 环环保要求刺刺激C1化工的发发展 随着人们对对环保的不不断强化，传传统的石油油产品已经经不能满足足日趋严格格的环保要要求（主要要是硫含量量等）。而而要使传统统的石油产产品升级到到满足新规规格的产品品，加工费费用会大幅幅
8、度增加。这这将大大缩缩小石油产产品对C11化工产品品的优势，甚甚至使C11化工产品品具有竞争争优势。22001年年6月在伦伦敦召开的的天然气合合成油（GGTL）会会议上，SSyntrroleuum公司业业务发展部部的副总裁裁Weicck先生分分析认为，如如果达到22006年年对燃油的的质量要求求指标，硫硫含量要从从目前的3350110-6下降到到10110-6,每桶桶油的加工工成本将提提高4美元元以上，总总成本将超超过8美元元，成本上上升近1000%，而而合成油的的成本不会会增加，保保持在约77美元/桶桶，加之CC1化工的原原料（天然然气和煤炭炭）较原油油价廉，使使得C1化工的技技术经济性性能
9、的竞争争能力大大大上升。刺刺激了人们们对石油替替代燃料的的开发和利利用。1.4 科科技进步推推动了C11化工的发发展经过多年技技术开发，已已经有多种种化工产品品实现了工工业化，如如Monssantoo的甲醇羰羰基化制乙乙酸、Eaastmaan的甲醇醇制醋酐等等。作为CC1化工最重重要的费托托（FT）合合成技术，随随着技术的的不断进步步，制约其其发展最重重要的因素素之一-投资较大大的问题逐逐步解决，单单位投资由由10万美美元/（桶桶日）以以上已经下下降到目前前的2.55万美元/（桶日日）。专家家认为，如如果投资能能够进一步步下降到22万美元/（桶日日），而原原油价格保保持在188美元/桶桶以上，
10、则则FT合成成油的竞争争能力将超超过石油产产品。过去去一些技术术经济性能能无法解决决的衍生产产品，经过过30多年年的技术开开发，新的的发展路线线被开发出出来。如果果说20世世纪70年年代C1化工发展展初期许多多项目的研研究方向带带有一定探探索性的话话，那么经经过20多多年的技术术开发目标标就更为明明确：C11化工的重重点目标在在于发展合合成气路线线合成液体体燃料、开开发以合成成气为基础础、可能与与现有生产产路线相竞竞争的基础础化学品生生产路线，探探索天然气气（甲烷）直直接合成基基础化学品品等。2 我国发发展C1化工的战战略我国的一次次能源构成成中，从资资源量考虑虑，煤炭、石石油、天然然气、煤层
11、层气分别占占96%、22%、1%和1%。在在探明的总总储量中，煤煤炭、石油油和天然气气分别占998.4%,1.44%和0.2%;探探明可开采采的储量中中，煤炭、石石油、天然然气分别占占97.66%,1.9%和00.5%。目目前的消费费结构为882%，116%和22%。石油油在我国的的能源结构构中的比例例明显低于于世界平均均水平。随随着我国家家庭轿车发发展和国民民经济的发发展，对液液体燃料和和基础化学学品的需求求越来越多多。从19993年开开始，中国国已经由石石油净出口口国变为石石油进口国国，20000年，石石油及油品品净进口770 Mtt以上。据据有关专家家预测，22010年年和20220年，
12、中中国石油的的需求量分分别达到2290 MMt和3990 Mtt，而同期期产量可达达到1700 Mt和和180 Mt，需需要进口1120 MMt和2110 Mtt。进口石石油的依赖赖程度将由由目前的330%上升升到40%以上和550%以上上5。石石油大量依依赖于进口口，将对我我国的经济济和经济安安全带来很很大的风险险。鉴于能能源资源结结构与我国国相类似的的美国在考考虑开发石石油替代品品，我国进进行石油替替代品及石石油衍生产产品替代品品的开发无无论在战略略上还是在在实际经济济发展方面面均具有较较重要的意意义。为保保障我国的的石油安全全，我国的的不少专家家和仁人志志士均表现现了极大的的关心。其其中
13、，重要要的措施之之一就是发发展石油替替代品。而而石油替代代品的开发发是一个具具有全局战战略关系的的系统性课课题，对于于其发展战战略，需要要经过深入入的调查研研究。2.1 目目标战略2.1.11 燃料利利用是主途途径 我我们认为，FFT合成燃燃料油技术术是C1化工发展展的主要途途径。因为为，如果美美国能源部部（DOEE）的预测测准确，到到20300年，美国国的石油替替代品将达达到机动车车燃料的220%330%，其其中，主要要的途径为为天然气和和煤合成。以以当时美国国的石油消消费当量计计，约10002000 Mtt/a，而而合成油技技术在全球球推广将形形成每年数数亿吨的规规模，远远远超过化工工产品
14、的总总量。天然然气和煤生生产机动车车燃料的主主要途径有有FT合成成、生产二二甲醚取代代柴油以及及生产燃料料醇。途径径的选择需需要经过多多方面的综综合考虑。美美国能源部部进行的“超超清洁机动动车燃油项项目”中，其其要求是：（1）开开发较目前前石油产品品更清洁的的燃料；（22）可补充充机动车对对机动车燃燃料的不足足；（3）需需要可利用用现有的机机动车基础础设施；（44）有助于于机动车制制造商减少少排放废气气。根据这这些要求，我我们认为，FFT合成油油技术是最最理想的途途径，而二二甲醚和燃燃料醇均存存在较大的的不足，特特别是二甲甲醚，如果果作为柴油油替代品，其其所有的基基础设施和和燃料系统统都需要改
15、改进。合成成油技术发发展很快。以以煤为原料料的合成油油有两种方方法，一种种是直接法法，即所谓谓煤直接液液化加氢，另另一种是间间接法，即即通过FTT合成。这这两种方法法的特点比比较见表11。直接法法油收率较较高，按照照神华集团团拟建的55 0000 kt/a成品油油装置，需需耗煤155 0000 kt，即即3t煤11t油。但但是直接法法反应条件件苛刻，对对设备材质质要求高，而而且迄今为为止国外尚尚未见大规规模商业化化工厂。而而中科院山山西煤化所所拟建的间间接法装置置大约5tt煤制1tt油。所以以目前国内内发展间接接法比较可可行，风险险较小。表1 煤炭炭直接法和和间接法制制合成油的的工艺特点点比较
16、 项目 直接法 间接法煤种适应性性 差 强反应及操作作条件 温度：43354445压力力：1230 MMPa反应应条件苛刻刻 温度：27703550压力力：2.55 MPaa反应条件件适度油收率 较高一般设备材质要要求 材料要求高高部分设备备要进口 材料要求低低设备可全全部国产化化技术成熟程程度小规模试验验比较成熟熟工业化技术术相当成熟熟商业化应用用国内外均无无商业化工工厂, 只只建有中小小试验装置置国外已建有有大规模商商业化工厂厂, 国内内只有中试试装置FFT合成新新工艺的开开发降低了了生产成本本和投资费费用，更重重要的是下下游产品的的改质可生生产润滑基基础油、烷烷基苯原料料，以及石石化裂解
17、原原料石脑油油等。采用用间接法也也有合理选选用原料问问题。技术术经济评价价表明，采采用复合原原料，如天天然气和煤煤，由于它它们产生的的合成气中中H2/CO比比更合理，设设备投资费费用较低。表表2列举了了天然气、煤煤以及以天天然气/煤煤为原料的的FT柴油油制造价格格比较。表2 各种种原料生产产FT柴油油的制造价价格比较 美元/桶 原料价格天然气煤ABCD0.15元元/m30.30元元/m320美元/t30美元/t美国海湾地地区设备投投资/百万万美元1 31001 31001 31001 31001 16221 16221 16221 1622制造价价格26.79931.80031.85536.8
18、8825.21126.44428.05529.277等价原原油价格18.73322.24422.27725.79917.63318.49919.62220.477与单独独天然气比比-1.588-0.355-3.755-2.533边远地区设备投投资/百万万美元1 70331 70331 70331 70331511151115111511制造价价格31.74436.74436.80041.83329.61130.82232.44433.677等价原原油价格22.20025.69925.73329.25520.71121.55522.69923.555与单独独天然气比比-2.133-0.922-4
19、.300-3.700注：A，天天然气价格格为0.115元/mm3，煤价格格为20美美元/t； B，天天然气价格格为0.115元/mm3，煤价格格为30美美元/t；C，天然然气价格为为0.300元/m33，煤价格格为20美美元/t； D，天天然气价格格为0.330元/mm3，煤价格格为30美美元/t。 我我国天然气气价格远高高于0.55美元/MMMBu（约约相当于00.15元元/m3），产地地至少为00.60元元/m3。而煤价价格相对较较低（约6601220元/tt）。经理理论估算，采采用天然气气和煤混合合使用的原原料成本见见表3。表3 天然然气和煤炭炭混合使用用的经济性性能天然气H22/C每k
20、g油耗耗天然气/m3每kg油耗耗煤/kgg原料油价格格/元.tt-1ABCD70.241.9636641456065850.371.8138345762271140.501.6539549868176330.801.32438598824890天然气2.056151 02551 43551 4355煤3.68552736920注：A，天天然气价格格为0.33元/m33，煤价格格为1500元/t； B，天天然气价格格为0.55元/m33，煤价格格为1500元/t；C，天然然气价格为为0.7元元/m3，煤价格格为2000元/t； D，天天然气价格格为0.77元/m33，煤价格格为2500元/t。
21、2.1.22 大宗化化学品是竞竞争的主战战场CC1化学的开开发，对目目前常规的的基本有机机原料生产产可能构成成革命性的的变化。以以天然气为为起始原料料进而生产产基本有机机原料的途途径见图226。从图2可可见，目前前由石油烯烯烃生产的的基本有机机原料品种种中的-烯烃、乙乙二醇、乙乙酸、醋酐酐、醋酸乙乙烯、乙醇醇等均可能能受到挑战战。特别使使人感兴趣趣的是，以以往乙酸是是经过乙烯烯氧化为乙乙醛、再氧氧化为乙酸酸，或乙醇醇一步或两两步合成乙乙酸，而图图2显示了了截然相反反的过程。乙乙烯水合制制乙醇被颠颠倒过来，过过去被认为为是落后的的乙醇脱水水制乙烯重重新出现生生机。这主主要是由于于天然气价价廉、使
22、得得大规模合合成甲醇的的成本降到到100美美元/t以以下所致。目目前Easstmann 化学公公司等正在在开发由乙乙酸生产乙乙醛、乙醇醇作燃料利利用的工艺艺。C1化学的重重点中间产产品为甲醇醇。目前，世世界规模的的甲醇装置置生产能力力为2 5500t/d。包括括日本东洋洋工程、LLurgii AG、KKvaerrner和和ICI在在内的公司司正将甲醇醇能力翻番番，使单套套装置的生生产规模达达到5 0000 tt/d。甲甲醇装置的的大型化是是解决下游游甲醇转换换成烯烃（MMTO）、甲甲醇转换成成丙烯（MMTP）等等工艺产业业化的基础础。MTOO和MTPP取得了良良好的进展展。埃及将将采用UOOP
23、/Noorsk Hydrro的MTTO工艺建建成天然气气制烯烃工工业化装置置，项目原原预定于22001年年7月底完完成初步规规划时间表表，于20002年11月初签定定工程、采采购和建设设合同。建建设工作定定于20002年9月月份开始，于于20044年完工并并启动。图2 合合成气生产产基本有机机原料途径径Lurgii在挪威 Tjelldberrgoddden地区区Stattoil公公司的甲醇醇基地建一一套MTPP中试装置置。该装置置属于Luurgi公公司，由SStatooil提供供原料并负负责运行。该该MTP工工艺采用固固定床反应应器，选用用了Sdd-Cheemie开开发的高选选择性丙烯烯专有催
24、化化剂，在蒸蒸汽存在下下将甲醇转转化成丙烯烯。副产物物包括液化化石油气、汽汽油和燃料料气。Luurgi称称该工艺具具有经济可可行性，可可从天然气气出发制取取丙烯，且且反应中的的丙烯选择择性优于其其它的甲醇醇制烯烃路路线。该工工艺在略高高于常压的的压力下(0.1330.116 MPPa)和较较低的温度度(38004800 )下下操作，丙丙烯通过产产品分离工工序获得。20世纪70年代末和80年代初，受高油价的驱动，一些工业实验室研究工作的重点将煤衍生的“合成气”（H2和CO混合物）转化成乙酸、乙二醇和醋酸乙烯一类的化学品，但一直没有出现工业化技术，也没有开发出可使合成气直接高收率转化成化学品的催化
25、剂。目前低成本天然气以及大规模生产合成气和甲醇新工艺技术的利用，使人们重新关注C1化学。美国联碳公司正在开发采用单个反应器和多组分催化剂体系使合成气转化成乙酸。美国DuPont公司于20世纪40年代就开发出由合成气经甲醛合成乙二醇的间接工艺，并投入工业化生产。由于此工艺的技术经济性问题，于1963年关闭。20世纪50年代DuPont开发合成气直接合成乙二醇工艺，然而在开发高性能催化剂及缓和反应条件的研究上受阻。自1971以来美国UCC公司披露了研究用铑催化剂由合成气制乙二醇技术，但压力较高(340 MPa)，而且催化剂活性低和稳定性差。80年代，该公司开发了两种催化剂：一种是用三烷基膦和胺改性
26、的铑催化剂；另一种是用咪唑改性的钌催化剂，使乙二醇选择性提高到70%以上，但存在着催化剂的连续循环使用及与产品的分离问题，试验尚在进行之中。2.2 政政策战略C1化工替替代石油是是一项关系系到国家经经济安全的的全局性课课题。需要要国家大力力支持。为为了能源安安全，世界界上石油进进口国在替替代能源的的开发上均均开展了一一些工作。美美国DOEE资助了合合成油技术术的开发，并并预测20030年年后，石油油替代产品品将达到220%330%。由由于我国的的原油资源源有限，进进口依赖度度日益增高高，国家需需要以战略略的高度，解解决替代燃燃料的问题题，将其纳纳入国家的的事业发展展规划。政政府在石油油替代产品
27、品的开发上上应给予经经费和政策策上的支持持，使其尽尽快产业化化。生产中中，在税收收上给予补补贴，以便便替代能源源能够具有有竞争能力力。2.3 技技术开发战战略由于国际油油价的起伏伏波动导致致了C1化工的开开发工作时时断时续。鉴鉴于我国的的能源中煤煤炭和天然然气储量较较石油丰富富，应当发发展符合我我国国情的的能源策略略。在技术术战略上，要要以尽快实实现产业化化为目标，突突出重点，特特别要重视视合成油成成套技术的的开发。根根据中国能能源的实际际情况，为为了充分利利用能源，在在进一步做做好技术经经济评价的的基础上，决决定是否采采用煤气和和天然气连连用技术。C1化工，特别是合成油技术的开发和应用，是一
28、个系统工程。应该充分利用各单位的技术基础，加速C1化工技术的产业化。3 结语CC1化工是221世纪值值得重视的的能源和化化工领域，它它有可能改改变目前的的能源和化化工结构。为为此，我国国应当从长长远考虑出出发，结合合中国的具具体实际，加加强C1化工技术术的产业化化。在发展展目标中，将将重点放在在合成油和和大宗有机机化工原料料生产领域域。联合国国内的研究究开发和工工程设计单单位，尽快快使我国的的C1化工技术术水平达到到国际当代代水平。参 考考 文文 献献1 (日)CEERR 19779,111(5)：152 陈国权等等合成气气化学化工工百科全书书（第6卷卷）北京京：化学工工业出版社社，19997
29、3 PPaul Temppest世界石油油工业，22002，99（1/22）：694 日加藤藤顺等编著著金革等等译C11化学工业业生产技术术北京：化学工业业出版社，1199055 王忠明明.世界石石油工业，22002，99(1/22)：1001366 胡云光光等.石油油化工.22001，330（100，增刊）：74880Strattegy of DDevellopinng C11 Cheemicaal Inndusttry iin ChhinaChen Qingglingg Huu Xunnguanng Bai Erzhheng(SINOOPEC Shannghaii Pettroleeum
30、aand CChemiical Reseearchh Insstituute, 2012208)ABSTRRACTThe ccontrradicctionn of suppply aand ddemannd sttructture of eenerggy reesourrces in tthe wworldd commpellled ppeoplle too devvelopp subbstittute of ppetrooleumm andd itss rammificcatioons. It iis onne off thee impportaant mmeasuures of rreso
31、llvingg thee conntraddictiion tto syyntheesizee fueels aand rramifficattionss froom naaturaal gaas annd cooal tthrouugh CC1 synnthessizinng prrocessses suchh as syntthetiic gaas. TThis papeer reeviewwed tthe ddevellopinng trrend of pproduucingg fueels aand cchemiical prodductss thrroughh C1 cheemicaal prrocessses, andd raiised somee prooposaals oon thhe sttrateegiess of deveelopiing CC1 cheemisttry iin Chhina.Keywoords: C1 cheemicaal inndusttry, deveelopmment, strrateggy收稿日期：20044-04-01。作作者简介：陈庆龄，男男，19442年出生生，大学，教教授（博士士生导师）。