近年來GTL工業快速發展主要受資源、戰略、市場和環境等多方麵因素的推動,其中天然氣資源開發條件與成本的增加、國際油價居高不下成為重要的推動力。有機構估計,2010年世界天然氣合成油(GTL)產能將達到45萬桶/天,2020年將達100萬桶/天。F-T合成柴油是優質柴油組分,估計2020年GTL柴油在中間餾分油消耗量比重不超過3%,由於比重較小因此不可能對全球柴油市場產生很大影響,但在某個區域,GTL柴油有可能占到市場較大比例。
中國以煤炭為原料,采用直接液化或經F-T合成製取液體燃料的在建、擬建項目已近800萬噸/年,計劃2010年左右建成。預計到2020年中國將完成總投資4000億~5000億元,形成5000萬噸/年的油品產能。
(三)生物柴油技術
生物柴油是以天然動植物油脂為原料生產的柴油,化學組成為長鏈脂肪酸甲酯。生物柴油幾乎不含硫和芳烴,十六烷值高,潤滑性能好,並且儲運方便安全,降解性能好,是一種優質清潔柴油。目前,國外已工業化的技術主要是液堿催化的生產工藝,所用的催化劑一般是氫氧化鈉、氫氧化鉀或甲醇鈉、甲醇鉀等。但這類技術對原料的酸值要求苛刻,必須通過脫酸處理,同時生物柴油粗產品也必須通過減壓蒸餾精製以達到標準要求。該項技術已經為國外不少商家掌握。此外,產品減壓蒸餾精製能耗較大,要求原料品質較高,隻生產生物柴油十分不經濟,倘若進行綜合開發則可降低生產成本。
德國魯奇公司在上述傳統工藝的基礎上已開發出兩級連續堿催化醇解工藝。德國斯科特公司也成功開發了連續脫甘油堿催化醇解工藝。這兩種技術在歐洲和美國均有大型工業化生產裝置。法國石油研究院成功開發了Esterfip-H工藝生產生物柴油。此工藝用尖晶石結構的固體堿作為催化劑,采用多相催化反應來製備生物柴油。加拿大多倫多大學開發了生產生物柴油的BIOX工藝,投資2400萬美元建立一個年生產能力約為5萬噸的生物柴油廠,2005年投產。
在生物柴油的開發和應用方麵,中國起步較晚,目前萬噸級企業主要有三家:海南正和生物能源公司、四川古杉油脂化工公司和福建卓越新能源發展公司,均采用自主開發技術。其中,四川古杉油脂化工公司的技術已申請專利(公開號:CN 1473907%A),該技術利用植物油精煉過程中所產生的下腳料及食用回收油為原料,經酸化除雜、連續脫水、酯化、回收甲醇、靜置、分出甘油相,然後連續蒸餾得到成品。這種工藝反應需6小時即可結束,酸值可降至1mgKOH/g以下,脂肪酸轉化率可達93%以上。福建卓越新能源發展公司的技術也已申請專利(公開號:CNl382762A),該技術利用廢動植物油生產生物柴油。從總體水平看,這些技術是針對廢棄地溝油開發的,原料利用率低,生產過程有汙染,產品質量按自訂的標準控製。但由於原料價格便宜,經濟效益較好。RIPP則根據中國原料供應的特點、環保要求和產品增值的要求,開發了以下兩種生產生物柴油新技術,並申請了一批專利。
1.高溫醇解工藝
高壓醇解法生物柴油生產技術,可適應不同原料油、產品方案和工廠規模,以及適應原料收集、貯存和產品市場的物流狀況等需求。其優點是:原料預處理簡單且適應性強,能加工高酸值、高水油料;采用多種原料時,切換容易;不使用催化劑,簡化了後處理工藝,無汙水;聯產甘油濃度高。這些工藝根據規模大小,可為連續式或間歇式生產。目前該技術的2000噸/年規模的中試裝置已建成,並進行了中試試驗。該技術生產的生物柴油產品質量能達到德國的B100(生物柴油含量100%)產品質量標準。
2.反應分離耦合工藝
該工藝是專門為生產生物柴油而開發的,適應采用的原料如大豆油、雙低菜籽油、棉籽油、葵花籽油以及其他脂肪酸組成近似於上述原料的油脂。反應分離耦合工藝的特點是:在反應的同時,進行甘油的連續分離,反應轉化完全,產物不需要蒸餾精製,能耗降低;進料醇油比低,催化劑消耗少,“三廢”排放少;工藝流程簡化,設備投資費用減少,操作成本降低。此技術現還處於試驗階段。此外,脂肪酶催化的醇解工藝近年國內研究也比較熱。北京化工大學、華南理工大學和清華大學都開展了大量工作,取得了較為突出的進展。
但是使用生物柴油方麵也需要注意一些問題:首先,B100不可直接作為柴油使用,隻可作為柴油的一個組分,調入石油柴油裏。目前國外比較通用的標準是B5、B20、B2.2005年歐盟規定生物柴油的加入量不得超過5%(B5)。B100的標準國家已委托RIPP編製,並已通過國家評審,但對於B5、B20、B2的調和油性能,國內尚無統一的標準。針對社會上生物柴油的熱炒,產品質量的參差不齊,加入量沒有統一標準現象,建議國家:第一,製定B5、B2或B20生物柴油標準;第二,將生物柴油的銷售統一納入中石化、中石油的銷售係統;第三,中石化、中石油係統外的其他單位,隻能生產B100的生物柴油組分,不可銷售B5、B20或B2的生物柴油。由此規範市場,保證生物柴油的質量。
(四)燃料乙醇生產
燃料乙醇通常由穀類、甘蔗和任何含澱粉或糖類的農作物及其廢棄物為原料采用生物發酵方法製成,各國根據其實際情況選擇原料生產乙醇,如巴西選擇甘蔗、糖蜜,美國采用玉米,瑞典用林業殘餘物及造紙廢液等。目前世界工業化生產燃料乙醇多采用澱粉類食物如玉米和高含糖農作物如甘蔗、甜高粱等。已工業化的技術主要是采用澱粉質和糖基的農作物為原料,采用林業殘餘物、農作物廢棄物的技術正在開展。