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气转液（GTL）技术经历了多个长期且相对成功的发展阶段，并且为其应用提供了相当发达的基础设施。一方面，卡塔尔、南非、马来西亚和尼日利亚大型 GTL 工厂的长期运营历史证明了该技术的吸引力，但另一方面，高昂的资本成本和对不断变化的自由条件的依赖也带来了麻烦。市场制约其规模化发展。
最初，将一种化石燃料转化为另一种化石燃料的技术是在大约一百年前在德国开发的，它使得从煤中获取液体燃料成为可能（煤制油 - CTL）。该技术以其作者的名字命名——费托工艺。它基于两阶段过程——合成气（即氢气和一氧化碳）的生产，以及随后转化为各种长链分子碳氢化合物。上世纪五十年代，这些成果在南非得到了改编和补充，CTL和稍后的GTL技术在南非实现了真正的工业规模。在这两种情况下，开发该工艺的真正原因是液体燃料短缺和石油资源不可用。各国实施 GTL 和 CTL 的其他原因包括一种原料比其他原料更普遍、不愿依赖昂贵的某些类型化石燃料进口以及试图占领碳氢化合物产品的主要市场利基。此前，合成燃料的环境效益也经常被提及，但由于费托合成涉及高温过程，所用原料的碳足迹明显，并且伴随着二氧化碳排放，因此该指标最近已很少被提及。近年来实施的大型GTL项目中，土库曼斯坦和乌兹别克斯坦的工厂值得一提。但与此同时，多个项目被终止。根据美国能源信息署《2017年国际能源展望》，未来二十年，世界上不应期望引入新的大型GTL项目，但南非可能建设这些项目，但目前仍只是一种意向。
因此，大规模GTL的发展前景似乎并不令人信服。
 


然而，在过去十年中，小型、迷你和微型GTL（以下简称小型GTL）的开发商提出了GTL技术发展的新视野。与传统的大型 GTL（其运行量超过 100 MMscfd）不同，小型 GTL 的容量范围在 0.1–10 MMscfd 之间。新技术有许多显着的好处。特别是对天然气储备的要求较低，资金成本较低，建设时间也缩短。考虑到小型 GTL 工厂可以模块化并使用伴生石油气作为原料，其规模化的前景似乎是无限的。此外，在小型GTL工厂中使用微通道结构可以通过提高传热效率和催化剂活性来显着强化费托化学过程。

Simplified GTL microchannel technology
 


1. Gas treatment; 2. Desulfurization; 3. SMR microchannel reactor; 4. Compressor station; 5. Boiler & Cooling Water Unit; 6. Hydrogen membranes; 7. F-T microchannel reactor; 8. Product separation unit; 9. Stock of liquid hydrocarbons; S – Syngas(H2+CO); L – Liquid hydrocarbons; V – Vapor; W – Water cooling; M – Methane+Steam; H – Hydrogen; A – Air; E - Exhaust

施小型 GTL 工厂的主要想法是实现在偏远油田使用伴生气的能力，而无需传统的天然气运输基础设施。在这种情况下，小型 GTL 工厂可以获得合成油甚至有价值的产品，包括柴油，这些产品可以在现场用于工艺需求，泵入石油管道（对于合成油），或发送例如，通过公路到达消费者。鉴于全球几乎所有产油国每年都会燃烧数十亿立方米伴生石油气（2021 年为1,440 亿立方米） ，因此小型 GTL 工厂的资源基础无需担心。此外，垃圾填埋气、煤层气、各种炼油厂气体混合物和生物质合成气（BTL）都可以用作这些技术的原料。全球天然气火炬减少伙伴关系编写的技术概述 -小规模伴生气的利用中详细介绍了拟议设备、工艺技术参数、原料要求以及示范和商业项目的描述.
在该领域的主要参与者中，值得一提的是： CompactGTL、 Calvert Energy Group、 Velocys、 Emerging Fuels Technology、  GasTechno Energy & Fuels、 Greyrock、 MET Gas Process Technologies SpA、 Primus Green Energy、 INFRA Technology Group、 BgtL和落基山 GTL 公司。

然而，今天我们可以说，这个方向还没有得到适当的发展。尽管人们对小规模 GTL 很感兴趣，但目前世界上只有少数商业成功的项目。项目实施拖延、技术故障甚至破产的情况时有发生。小型 GTL 技术的领先开发商之一 Velocys 的股价在 2014 年达到顶峰后的多次下跌可以清楚地反映这一点。因此，在过去十年中，小规模GTL技术并未对减少伴生气燃烧量或将其重新注入油藏产生重大影响。



PetroSA, GTL Refinery, Mossel Bay, South Africa. Credit Creamer Media

造成这种情况的原因有很多，主要是经济和技术方面的原因。首先，很明显，小型GTL工厂的产品在价格上根本没有竞争力，因此市场上没有需求。这是由于生产成本高、技术不完善、缺乏长期操作设备的经验以及与外部环境有关的普遍运气不好造成的。由于小规模GTL的经济表现最终很大程度上取决于天然气和石油的市场价格比例，近年来其过度波动成为其商业化失败的主要原因之一。确实，2014-2016年油价的暴跌、2020年3月石油期货合约的负值、2021年下半年开始天然气成本的倍增，都不能不给小微企业的发展带来不利影响。规模 GTL。可再生能源的快速发展、COVID-19的限制以及石油和天然气生产投资的减少进一步加剧了这种情况。基于通过该技术减少伴生气燃烧量的潜在可能性，将小规模 GTL 与气候变化问题联系起来也无济于事。

在考虑技术问题时，还需要考虑到与小规模GTL几乎同时出现在市场上的具有许多显着差异和一定优势的相关技术。主要是液化天然气小型技术（小型LNG）、压缩天然气小型技术（小型CNG）和发电技术。与小型 GTL 的情况一样，这些供应商提供各种商业安装，包括模块化设计的安装。该设备制造商的详细概述可以在前面提到的GGFR技术概述-小规模伴生气的利用中找到。大多数小型液化天然气和压缩天然气技术旨在生产即用型产品并直接销售。当然，为此目的，技术链包括伴生气的预处理操作，甚至去除不需要的碳氢化合物和其他气体。目前，与小型GTL相比，小型液化天然气和压缩天然气技术的一大优势在于，它们不涉及将天然气转化为液态碳氢化合物的最脆弱、最复杂和最昂贵的阶段。此外，这里的初始和最终产品是各种形式的甲烷，这意味着不依赖于石油及其产品与天然气之间的价格比。换句话说，在这种情况下，会发生更可预测的市场情况。当油田距天然气处理厂较远时，可以直接向油田供应液化或压缩伴生气。同时，可以减少对原料气进行昂贵的预处理的要求。

许多偏远地区没有集中供电，因此当伴生气过剩时，发电技术可以为解决这一问题提供很大帮助。在使用各种类型的含甲烷气体发电的运营装置方面拥有丰富的经验，以及清晰且易于预测的经济前景，这些都是该技术的巨大竞争优势。

然而，例如，在这些技术中，无法选择使用油田现有的石油管道，而可以供应通过小规模 GTL 工艺获得的合成油。因此，显然，仅靠上述伴生气有益利用方案并不能满足各种现场作业条件的所有消费者的需求。因此，小型GTL工厂的需求机会始终存在，在有利的市场条件下，它甚至可能再次流行。



Qatar, gas field

当然，涉及小型GTL工厂工业应用的成功项目数量的增长首先有利于这一点。也许那个时刻已经到来了。因此，今年，卡尔弗特能源集团引起了一定的关注，该集团是“等离子重整器将原料气转化为合成气”和“利用伴生气、垃圾填埋气、煤层气、炼油厂火炬气生产合成柴油的迷你GTL”的开发商。全球天然气火炬减少伙伴关系 (GGFR) 已确定该技术是最有前途的火炬气利用技术。今年5月，美国创新公司ENG收购了卡尔弗特能源集团以及小型GTL技术的许可，而总部位于迪拜的OiLSERV已于7月获得了该技术的权利，并将寻求应用伴生石油气利用量位居中东和北非地区第一。ENG 网站指出：“……我们的 GTL 工艺结合了两种 OxEon 工艺。第一个是 OxEon Energy 非热滑拱等离子体系统重整器。第二个 OxEon 工艺通过使用 4" 反应器管和专有的反应器管挤压技术改进了传统的费托反应器”。他们特别概述了该技术的低功耗，仅“……每 100 桶 4kW”。

并行技术的开发可以也给小规模GTL带来了额外的推动力。例如，应关注表明人们对氢作为能源领域一部分的兴趣的稳定趋势，以及以液态有机氢载体形式运输氢的新技术（ LOHC）。该技术的本质是将氢分子引入有机物中，通过化学转化成新的有机物，其中氢将处于束缚状态（氢化）。甲苯通常被认为是初始载体，与氢相互作用后，转化为甲基环己烷（C ₇ H ₁₄），可以使用传统基础设施安全储存和运输。该技术的领导者和主要专利持有者是Chiyoda Corporation和Hydrogenious LOHC Technologies GmbH。特别是，千代田公司成功进行了从文莱通过海运向日本输送氢气的示范测试。文莱通过蒸汽重整从天然气中生产氢气。加氢操作结束后，甲基环己烷装入油轮发往日本。在接收点，通过脱氢操作从甲基环己烷中提取氢气并输送至消费者。所得甲苯返回文莱用于后续的氢气输送循环。Hydrogenious LOHC Technologies GmbH 开发了大型储氢系统（Storage PLANT），容量为每天 5 吨氢气，直接连接到蒸汽重整器。此外，还提供小容量的集装箱系统。该公司已规划了在欧洲运输和储存氢气的重大项目。显然，利用费托工艺第一阶段生产富氢合成气及其随后的分离将使直接在油田生产氢气成为可能。在上述 LOHC 技术的过程中，它可以用于加氢并输送到例如炼油厂。当然，需要对这一选择进行彻底的技术和经济研究。尽管如此，这种或类似的异构技术组合可以显着改变小规模GTL的发展方向。

在接下来的文章中，我们将继续讨论小规模 GTL 技术，并根据最近的专利修正一些当前趋势，并提供有关专利活动的详细统计数据。

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