GTL基礎油飽和烴含量高，基本上不含氮和硫，無芳烴，100%為異構烷烴，氧化安定性、低溫性能優異，揮發性低，粘度指數極高。能夠用於調合高檔內燃機油、自動傳動液，滿足高標準的潤滑油產品的需要。
基本介紹
- 中文名：GTL基礎油
- 外文名：Gas to Liquid Base oil
- 簡稱：GTL
- 化學成分：以碳氫化合物
- 氧化安定性：穩
- 低溫性能：優異
- 揮發性：低
簡介,化學成分,市場前景,參考文獻,相關資料,
簡介
英文名稱：Gas to Liquid Base oil 天然氣合成油（GTL）
化學成分
GTL基礎油是以碳氫化合物（天然氣）為原料合成的基礎油。
市場前景
新一代基礎油——GTL基礎油市場前景分析
近20年來，世界潤滑油工業發生了巨大的變化，新裝置、新工藝、新技術和愈加苛刻的產品規格驅動著整個潤滑油工業進行一輪又一輪的變革，基礎油加工工藝的變革自然也成為推動潤滑油行業發展的重要因素。目前，世界著名石油石化公司正在投入大量資金進行天然氣合成油（Gas-to-Liquid，簡稱GTL）的研究，而GTL技術製備基礎油工藝的逐步商業化，將引起基礎油領域新一輪的變革。
一、GTL技術概述
GTL技術是將天然氣轉變為合成油後再進一步轉變為燃油及其他碳氫化合。通俗地說，首先是將天然氣分子撕裂，再 將它們重新組成長鏈分子。這個過程將製備純度極高、無硫、無氮、無芳烴和無金屬元素的合成型原油，其分子基本上是由直鏈烷、烯烴組成。然後，合成油經過進一步煉製，生產出對環境友好的燃料油和化學品，例如柴油、石腦油、石蠟及其特殊產物。
1. GTL加工工藝及優勢
GTL工藝包括下列兩個主要步驟：1）將天然氣轉換為合成氣。天然氣與氧氣經過部分氧化反應製備成合成氣，合成氣的成分主要包括一氧化碳（CO）和氫氣（H2），該步驟投資費用較高。2）將合成氣轉變為合成油。這是GTL技術的關鍵步驟，是經過費托（Fischer-Tropsch）合成轉換，即：將合成氣經過含有鈷基專利催化劑的固定床或漿態懸浮床的反應器，轉變為各種黏度級別的液態碳氫化合物。GTL加工工藝示意圖見圖1。
根據《油氣雜誌》近期的評估以及各**部門和石油公司的勘測，世界天然氣剩餘探明儲量為170萬億立方米以上，但由於遠離消費者、運輸困難等原因，多數儲量被擱置。GTL技術能夠為消費者提供石油產品的替代物，給擁有天然氣儲量的國家和地區帶來經濟效益，同時還可以避免在石油開採時將伴生天然氣資源放空燃燒。不僅使天然氣資源得到充分利用，而且使環境得到保護。GTL技術製備的合成型碳氫化合物性能優異，可以直接使用或與低質量原油生產的燃料進行混合使用，以滿足越來越苛刻的環保和油品性能指標的要求。
2. 費托（FT）合成的發展
將合成氣經過催化劑作用轉化為液態烴的方法是1923年由德國科學家Frans Fischer和Hans Tropsch發明的，簡稱費托（FT）合成。費托合成技術1932年首先在德國實現工業化，到1939年，德國的9套FT裝置已達到每天生產1.2萬桶產品。費托合成技術工業化生產經過幾十年的沉浮，在20世紀90年代開始步入新的發展軌道。石油資源逐漸減少與劣質化的趨勢和天然氣探明可采儲量的持續增加，使GTL再次成為大石油公司關注的焦點。1993年，殼牌在馬來西亞Bintulu的GTL工廠裝置投入運營；2002年，BP在美國阿拉斯加州Nikiski的試驗裝置投入運營；2003年，康菲公司在美國俄克拉何馬州Ponca城的試驗裝置開工；同年10月，殼牌在卡達的該公司第二套GTL項目簽約。2004年7月，埃克森美孚與卡達**簽約，在卡達北部的Ras Laffan投資70億美元，建設世界上最大的GTL項目，並計畫於2011年開始運營。
二、基礎油加工工藝的變革
1. 原油加工製備基礎油工藝的發展
經石油煉製工藝生產的潤滑油基礎油的質量優劣主要取決於原油品質及所採用的工藝。用來加工API Ⅰ類及其標準以下的傳統的潤滑油基礎油生產工藝包括“溶劑精製”、“溶劑脫蠟”和“白土補充精製”，其中的溶劑脫蠟是潤滑油基礎油加工過程中的主要生產工藝。此工藝通常採用甲乙酮/甲苯、甲乙酮/甲基異丁基酮作為溶劑，經溶劑稀釋溶解的含蠟基礎油冷卻到－10～－20℃時，溶液中的蠟會形成結晶、沉積，然後輔助以蒸發、汽提、過濾等工藝除去基礎油中的石蠟，以降低潤滑油基礎油的傾點，同時得到副產品——工業石蠟原料。這種生產過程基本以物理過程為主，不改變烴類結構，生產的基礎油的品質取決於原料中理想組分的含量與性質。由於這種提煉過程無法將所含的雜質清除乾淨，因此生產的基礎油傾點較高，不適合在寒冷條件下作業時使用，同時，還會由於芳烴等非理想成分含量較高而造成抗氧化性較差等特性，容易被排斥在高檔潤滑油的調配選擇之外。
為滿足新一代汽車發動機、高性能設備對潤滑油的更高要求，近二三十年出現了加氫工藝製備的API Ⅱ/Ⅲ類基礎油，這極大地提高了潤滑油產品的使用性能，而且擴展了石油煉製基礎油的使用範圍，這其中以催化脫蠟（CDW）技術和異構脫蠟（IDW）技術為代表。以雪佛龍公司為例，其異構脫蠟技術一般包括三段全加氫工藝：加氫處理、異構脫蠟和加氫後精製。加氫處理脫除原料中的硫、氮、金屬及其他雜質，再通過加氫異構脫蠟轉化過程，將低黏度指數的組分轉化為高黏度指數、低傾點的基礎油。進料經加氫處理和異構脫蠟後，由於含有殘留的少量稠環芳烴，得到的脫蠟油的穩定性往往並不理想，在光照下與空氣接觸容易變色並生成沉澱，故需經過常壓蒸餾和減壓蒸餾，進一步加氫加以清除，因此從異構脫蠟反應器出來的餾出物，經換熱後需進入後精製反應器進行加氫飽和,以改進產品的顏色和產品的氧化安定性。
與Ⅰ類相比，API Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類基礎油減少了揮發物質、硫、芳香烴的含量，並具有較高黏溫係數和較低黏度，其逐步升級的性能正在受到市場的追捧。潤滑油基礎油分類指標見表1。在美國和歐洲市場，由於受到汽車製造商和**環保部們的影響，API Ⅱ、Ⅲ類基礎油的消費正在以每年8%的速度增長。2004年北美市場API Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類等高端基礎油的市場消費總量已經超過Ⅰ類基礎油的消費總量。其間，Motiva等基礎油加工企業增加了API Ⅱ、Ⅲ類基礎油的生產加工能力，而殼牌等公司關閉了API Ⅰ類基礎油製造廠。
2. 第一代GTL基礎油
GTL裝置經過費托合成在製備超清潔燃料的同時，還可以生產清潔的合成型烷基石蠟。石蠟可以進一步被轉化為不含硫、氮、芳烴、金屬雜質的潤滑油基礎油，完全不同於石油煉製過程經過溶劑精製或加氫精制過程製備的基礎油。由於GTL基礎油的分子結構基本上完全為異構烷烴，因此GTL基礎油具有低黏度、清潔、壽命長的特點，為市場需求提供了新的選擇。
世界上投入運轉或小規模試運行的第一代GTL基礎油裝置有兩套。這兩套GTL裝置的費托合成部分均採用固定床工藝。殼牌在馬來西亞Bintulu的GTL裝置於1993年啟動，日產量為1.25萬桶，其採用的工藝是殼牌公司的SMDS（Shell Middle Distillate Synthesis）工藝，所產生的石蠟產品運往日本Yokkaichi和法國Petit-Couronne的兩處基礎油加工裝置，經過加氫裂解和加氫異構化，製備合適的含蠟油基礎油組分，再經過簡單的溶劑脫蠟工藝製備Shell XHVI(r)基礎油產品。Syntroleum公司在西澳大利亞Tulsa的試驗裝置於2000年12月投入運行，由於合作夥伴安然公司的破產，該項目也被迫終止。
3．第二代GTL基礎油加工工藝
基於市場對超清潔柴油燃料的需求，世界許多著名石油石化公司紛紛加大對GTL技術的投資，而所計畫大規模生產GTL基礎油的裝置均位於卡達半島的北部。埃克森美孚公司在卡達的GTL裝置投資接近70億美元，投產後的裝置將是世界最大的GTL裝置。該裝置將採用埃克森美孚公司的AGC-21專利技術，其總產能的20%將用來生產高性能的基礎油，並且還將採用該公司專有的MWI(tm)（蠟異構化工藝），將含蠟油、軟蠟等蠟含量高的原料送進裝填擇型分子篩的固定床反應器，轉變成高黏度指數基礎油（見圖2）。該裝置預計年產150萬噸的基礎油，其產量約為埃克森美孚現有的全球基礎油產量的17%。雪佛龍公司與南非的Sasol公司合資在卡達建設的Oryx GTL基礎油裝置，將於2008年上半年投入生產。殼牌在卡達的GTL裝置被稱為Pearl GTL項目，該項目將依託殼牌在馬來西亞GTL裝置上的SMDS工藝。第一階段工程預計於2009年投入運行，計畫年產50萬噸GTL基礎油；待第二階段工程竣工後，產能將達到100萬噸/年，約占目前殼牌全球基礎油產能的25%。預計到2010～2012年，GTL基礎油的潛在日產量將達到3萬～5萬桶。屆時，將會對高檔基礎油市場產生一定的影響。三大主要GTL基礎油生產商的產量計畫與出產日期見表2。
三、 GTL基礎油的性能
正在制定或實施的內燃機油規格，如API SL/SM，ILSAC GF-4，需要較低的黏度以滿足燃油經濟性的標準。同時，環保法規要求減少重負荷柴油機的顆粒污染物（PM）、氮氧化合物（NOX）的排放，以及低NOX內燃機設計所產生的額外煙炱。要提高重負荷柴油機油的操作性能，就必須使所用基礎油的性能提高，避免發動機過早磨損。汽車製造商正在為他們的乘用轎車和卡車裝填長壽命的自動傳動液或液力傳動液，以減少質保維修成本。GTL基礎油基於其幾乎零硫、氮、芳烴含量，以及幾乎完全為異構烷烴的結構特點，表現出優異的氧化安定性、低溫性能，較低的NOACK蒸發損失和高的黏度指數，能夠滿足市場對於更高性能基礎油的增長要求。目前，GTL基礎油的生產工藝已發展到能夠製備從2cSt到大於9cSt的較大跨度的黏度級別（100℃），甚至可以生產高黏度級別的光亮油。突破了加氫工藝只能生產幾乎9cSt以下級別的API Ⅱ/Ⅲ類基礎油的較窄範圍局限，也擴展了業界對高黏度級別高性能基礎油的需求。API 分類不同等級基礎油性能比較見表3。
第一代GTL基礎油產品的試驗數據是人們評論新一代基礎油產品的依據。目前，殼牌公司在日本的GTL基礎油裝置XHVI(r)基礎油產品的日產量大約為100桶，該產品已經用在乘用車機油（PCMO）和自動傳動液（ATF）的產品調合上。Syntroleum公司對其試驗裝置生產的GTL基礎油產品進行了發動機台架試驗，其結果表明產品的性能不僅能夠滿足當前的ILSAC GF-4的規格要求，在考察發動機的油耗和磨損的程式ⅢF試驗和考察燃油經濟性的ⅥB試驗中，還顯示出了產品在性能方面的競爭力（見表4）。
第二代GTL基礎油製造工藝試驗裝置的工作還表現出產品含有很少量的單環環烷烴分子，並且裝置可以生產出GTL光亮油。一些GTL基礎油的製造商已經開始向添加劑公司和獨立的潤滑油調合廠，如福斯（Fuchs）和嘉實多（Castrol）等供應其試驗產品。
四、GTL基礎油的市場前景分析
為了減少尾氣排放，增加內燃機能效，汽車製造商需要高性能的基礎油，如API Ⅲ和API Ⅳ類基礎油。由GTL技術製備的潤滑油基礎油是API Ⅲ/Ⅳ類基礎油的重要替代產品，具有很好的黏溫性能、抗氧化性能和低溫冷啟動性能，用此類基礎油調配的潤滑油能夠滿足現代內燃機的操作需要。
GTL裝置大多是為了生產高清潔燃油、石腦油和特殊化學產品而建的，只有少部分的裝置為了實現加工產品的構成價值最大化而製備部分基礎油，其份額一般為10%～20%。雖然潤滑油和石蠟的市場規模只有燃油市場的5%，但是專家們預測GTL工藝製備的高純度基礎油將會對市場產生重要影響。
Kline公司的分析顯示，合成型聚α－烯烴的價格一般在4.5～8美元/加侖，API Ⅲ類基礎油的價格為1.6～2.5美元/加侖。GTL基礎油的價格比上述兩種價格均有優勢，它不僅會對現在的API Ⅱ類的基礎油市場產生影響，還能以其優異的低溫性能和抗氧化性能，不可避免地在低黏度、燃油經濟性（特別是SAE 0W）方面直接成為聚α－烯烴的競爭對手。在發動機和齒輪變速箱用潤滑油方面，由於GTL基礎油蒸發損失很少，與API Ⅲ/Ⅳ類基礎油也將展開市場競爭。如果文中所述的大型GTL基礎油裝置能正常生產，GTL基礎油的產量將大大增加，那么GTL基礎油與API Ⅲ/Ⅳ類基礎油，甚至Ⅱ類基礎油爭奪市場將為期不再遙遠。可以預見，GTL基礎油將首先在高檔內燃機油、自動傳動液等配方中得到套用，並從歐洲、北美市場向日本市場延伸，最後在亞太地區得到套用。隨著殼牌、埃克森美孚、雪佛龍Sasol等幾家公司的大規模GTL裝置投入運營，GTL基礎油將會取代傳統類型的基礎油，在液壓油、鐵路內燃機油、工業齒輪油等領域得到大規模套用。Ⅰ類基礎油製造商將會受到新型基礎油供應帶來的更大壓力。
但是市場對於API Ⅲ和API Ⅳ類基礎油的偏愛，以及API Ⅱ類基礎油生產的較大利潤空間，會迫使GTL製造商考慮其產品是通過降低價格與API Ⅱ類基礎油爭奪市場，還是犧牲產量以保持API III/IV類的價格優勢。基於上述經濟因素的考慮，GTL基礎油的生產還將在小規模的試驗裝置上進行，而目前 GTL基礎油仍是使用在上述幾家大公司自有潤滑油品牌的產品上，大規模的GTL基礎油裝置的前景一時還難以定奪。
五、總結與思考
為了提高燃油經濟性，需要更多的低黏度的潤滑油，例如SAE 0W/20的內燃機油限定了發動機的高低溫黏度，這類油品目前只能用聚α－烯烴和酯類油的混合物才能調合出來，而用API Ⅲ類基礎油很難同時滿足低黏度和低揮發性的要求。GTL基礎油則能夠滿足此類新規格的要求。
作為生產潤滑油的重要原料，GTL基礎油是否能夠在市場上獲得成功，還取決於許多其他因素。製造企業如果想在滿足自身需求以外獲得市場的成功，必須使GTL的裝置工藝和質量控制能夠不斷地滿足生產高質量GTL基礎油的需要。由於計畫中的GTL基礎油大型裝置均位於較為偏遠的地區，即離終端消費市場較遠，其物流供應環節的可靠性非常重要。此外，潤滑油調合廠和經銷商還應考慮怎樣共同提高GTL基礎油的價格競爭力，以打開更大的市場。GTL類基礎油作為新一代基礎油，要替代其他產品進入市場，還需要進行大量的、必要的測試，其中包括發動機台架試驗，添加劑適配性，產品互溶性，產品的OEM認證等工作，這需要投入大量資金進行相關研究和配套服務。
參考文獻
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隨著全球油價屢創新高，天然氣制合成油（GTL）正在重新燃起全球投資者和消費者的希望。SRI諮詢公司的最新研究報告顯示，GTL將逐漸成為全球能源供應中的重要一員。
儘管目前在已開發國家的天然氣消費構成中，真正用於GTL的天然氣所占比例還較小，但早在第二次世界大戰前，人們就已經開始尋找一種較為經濟的技術，將合成氣（來自於煤或天然氣）轉化成中間餾分燃料。特別是在近期油價超過60美元/桶的情況下，一些位置偏遠管道無法到達地區的天然氣價格優勢明顯顯現出來，再加上各國**對清潔燃料項目的大力支持，人們有理由相信，GTL項目將成為未來全球能源界的一個投資熱點。
費－托GTL裝置生產出來的產品為15%～25%的正構烷烴輕油、50%～75%的中間餾分油、20%～30%的潤滑油/石蠟。這種產品的構成與常規煉油廠的產品構成完全不同，費－托GTL裝置生產出的產品100%是輕質油品，沒有殘餘燃料油。在其中間餾分油產品中，柴油是主導產品，潛在的經濟效益顯而易見。此外，其產品構成中所包含的潤滑油基礎油和石蠟產品也是高附加值產品，這充分顯示出GTL工藝與常規煉油工藝相比所具有的優越性。
隨著全球對運輸燃料類石油產品需求的日益增加，以及各國採取的更為嚴格的燃料質量標準，從非石油類資源生產的運輸燃料正在逐步成為對消費者具有吸引力的一個選擇。SRI指出，在當前全球油價持續高漲、GTL技術不斷改進以及GTL裝置投資成本降低的情況下，利用費－托GTL技術將偏遠地區的天然氣資源轉換成合成油的項目引起了投資者的興趣。
目前全球有兩個小型費－托GTL裝置已投入運行，分別是南非石油公司位於南非的MosselBay裝置和殼牌位於馬來西亞的Bintulu裝置。此外，還有一大批大型的GTL項目當前正處於計畫或建設之中，如南非薩索爾公司和卡達石油公司合資在卡達建設的3．4萬桶/天的GTL裝置；雪佛龍德士古公司在奈及利亞建設3．4萬桶/天的EscravosGTL裝置；殼牌公司正在與卡達石油公司商談擬在卡達合資建設GTL裝置；埃克森美孚公司已經與卡達簽署了在卡達建設15．4萬桶/天 的GTL裝置協定；薩索爾雪佛龍公司已與卡達石油公司簽署了兩項備忘錄，一項是建設第二套GTL裝置（稱為OryxII），生產6．6萬桶/天的合成油，另一項是在OryxI裝置基礎上建設生產8500桶/天高質量潤滑油基礎油裝置。
儘管費－托技術正在不斷發展，但目前投資成本仍較高，如一套3．4萬桶/天中等規模完全集成又留有擴能餘地的新建GTL裝置的投資高達10億美元。為減少投資成本提高競爭能力，各大公司正在開發新一代費－托GTL技術，研發的重點包括：突破GTL工藝中的瓶頸，如合成氣裝置中的熱轉移和熱平衡系統，採用活性更高的費－托催化劑，減少二氧化碳的排放等。
未來5年擬有8萬桶/天GTL基礎油衝擊市場
據近期克萊恩(Kline)調研機構數據顯示，近幾年西歐地區基礎油市場需求萎縮較大，整個西歐地區基礎油需求量將從2004年8.6萬桶/天下降到2015年的7.6萬桶/天。API I類基礎油仍有進一步增長，III類基礎油將增長較大。 從目前市場上看，到2010-2015年期間，全球市場上的GTL基礎油有望突破8萬桶/天;其中有30-35%的量將衝擊西歐基礎油市場，該地區GTL基礎油將主要是極高粘度指數/低粘度指數系列。全球煉油廠商在未來市場情況下，應儘早定製合理的產品生產結構及內外供需比例。
目前，全球GTL基礎油項目有：埃克森美孚(Exxonmobil)卡達-Ras Laffansn煉廠，產能30,800桶/天;殼牌(Shell)卡達-Ras Laffansn煉廠及馬來西亞煉廠約48,400桶/天，目前已投產的產能有28,950桶/天;Sasol Chevron(雪佛龍)公司在卡達-Ras Laffansn基礎油廠，GTL基礎油產能為8000桶/天。
相關資料
全球最大GTL基礎油裝置將在卡達投產
據悉，殼牌全球解決方案旗下基礎油技術經理David Wedlock日前表示殼牌和卡達石油公司當前正在卡達合作興建的全球最大的天然氣制液體（GTL）基礎油裝置將在2011年初投產。
這個被命名為Pearl GTL的項目將在今年底完成建設工作。該裝置將生產約3萬桶/天或超過100萬噸/年的III類基礎油。
該裝置的投產對全球基礎油市場的意義深遠，這是全球首套採用這種技術大規模生產高質量基礎油的裝置。
GTL基礎油的粘度指數達到135至145，同時改善了低溫和揮發性能，這將是這種基礎油產品的核心競爭力。
