21世纪的天然气化工1.docx

21 世纪的天然气化工一、摘要 目前世界上的天然气资源极其丰富，而且天然气也是化学工业的重要 资源，作为一种高热值、低污染的清洁能源，我国的天然气化工发展空间巨大 本文主要介绍我国天然气资源的现状，天然气化工的现状和技术进展概况，及其 化工利用和化学加工应用二、关键词 天然气 21 世纪 化工利用 化学加工 应用三、引言 世界上的天然气资源极其丰富，据美国《油气杂志》2006 年的统计， 在世界能源消费结构中的比重已达 35%，成为仅次于石油的第二大能源天然气 不仅一种是优质、清洁的能源，而且是一种重要的化工生产原料，世界上76%的 合成氨、80%的甲醇、39%的乙烯由天然气为原料制取我国可采资源量是上一轮 的 1.57 倍，增加了 57% ，达到 22 万亿立方米，与我国邻近的俄罗斯、中亚、中 东、亚太四个地区天然气资源丰富，是世界天然气的主要生产地和出口地，也是 我国可利用的境外资源，我国已计划从这些地区引进天然气随着我国石油供需矛盾的不断加大，而天然气资源相对丰富，天然气将成为 石油的补充和替代能源，天然气化工利用成为新世纪石油化工的重点四、正文1、天然气化工的利用途径 由于天然气主要成分是甲烷，分子结构非常稳定，可开发的下游化工产品大 大少于石油化工和煤化工。

据相关资料表明，纯天然气的化工利用主要有四条途 径：(1)经转化先制成合成气(CO+H2),或含氢很高的合成氨原料气，然后进一步合成甲醇、氨、高级醇和羰基化产品；( 2)经部分氧化制乙炔；( 3)经热裂解制乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯和乙炔；( 4 )直接制造化工产品例如制造炭黑、氢氰酸、各种氯甲烷、硝基甲烷、 甲醇和甲醛等2、天然气的化工应用2.1 天然气制烯烃2.1.1 天然气经合成气制烯烃以天然气或煤生产合成气制甲醇或二甲醚，再以甲醇或二甲醚制烯烃是石油 化工原料制乙烯和丙烯的替代路线，因而发展以煤或天然气为主要原料制备低碳 烯烃技术具有重要的战略意义随着合成气生产技术、甲醇合成技术，甲醇或二 甲醚制烯烃技术的不断进步，以煤或天然气经合成气制烯烃路线的经济性将会 Et 益显著1)MT0 工艺技术由UOP/Hydro公司开发的天然气转化制甲醇(GTM)、甲醇再转化制烯烃(MT0) 的二步法工艺，采用流化床反应器和非沸石分子筛 MT0100 催化剂，催化剂连续 再生，甲醇转化率可高达 99％以上，乙烯和丙烯产率可高达 80％，而且乙烯／ 丙烯产率比可在0.75〜1.5： 1之间灵活调节在目前的高油价形势下，天然气制低碳烯烃技术已经进入了工业化应用阶 段。

新加坡欧洲化学技术公司在尼日利亚利用廉价天然气建立大型甲醇装置，应 用UOP/Hydro技术配套建设MT0工艺装置，规模为27万t/a,下游配套40万t/a 聚乙烯和 4O 万 t/a 聚丙烯装置2) MTP 工艺技术由Lurgi公司开发的甲醇制丙烯工艺技术(MTP),采用分子筛催化剂和固定 床反应器，在0. 13〜0l6MPa和380〜480°C下操作，丙烯产率达到70%左右 在此基础上Lurgi公司开发了与甲醇制丙烯(MTP) I艺一体化的甲醇制聚丙烯 (PP)联合装置，在经济上颇具吸引力Lurgi公司已经与伊朗Zagros石化公司商讨建设一套l67万t/a的甲醇装置 和一套采用MTP技术的甲醇制丙烯装置，规模为52万t/a国内伊化集团正在 鄂尔多斯兴建天然气经甲醇制烯烃装置一期工程将兴建一套从150万t/a甲醇 经 MTP 工艺生产 60 万 t/a 聚乙烯、聚丙烯、副产液化燃料气的大型联合装置， 日产甲醇50001,年产烯烃类化工产品60万2.1.2天然气氧化偶联制烯烃(0CM)自从 1982 年联碳公司发表甲烷可直接氧化偶联制得乙烯的第一篇报告以 来，世界上 40 多个国家的实验室对2000 多种催化剂进行了筛选，使用了除周期 表中零族以外的全部元素，其中以碱金属、碱土金属和稀有金属氧化物的催化活 性最好。

目前甲烷转化率20%〜40%, C+选择性50%〜80%，收率14%〜25% 由于甲烷转化率低，产物收率低且分离困难，与石油制乙烯相比经济上尚不具备 竞争力此外，高温强放热反应也使得反应器设计困难，目前常用的反应器为薄 层式两段反应器2.2 天然气制甲醇甲醇是重要的基础化工原料，广泛应用于有机合成、染料、医药、涂料和国 防等工业随着科技发展，甲醇的燃料用途也越来越受重视与轻油或煤炭为原 料相比，天然气制甲醇具有流程简单、投资省、成本低等优点全球甲醇产能的近90%以天然气为原料，主要工艺是ICI法、Lurgi低压法、 合计占全球产能的 80％以上降低装置投资和天然气单耗以降低生产成本是甲 醇生产工艺改进的主要目标，大型化是甲醇生产发展的趋势目前30万t/a以 上的甲醇装置的生产能力已占总产能的 80%以上 Lurg 等公司成功开发了 5000〜10000t/d的超大型甲醇装置生产技术，可显著降低投资和生产成本2.3 天然气经合成气制二甲醚 二甲醚用途广泛，可用于许多精细化学品的合成及气雾剂推进剂二甲醚还 是性能优良的燃料，其燃烧性能优于柴油，是良好的车用替代燃料二甲醚工业 生产技术分为合成气直接合成和甲醇脱水两种工艺。

甲醇脱水法包括液相法和气 相法，气相脱水法是二甲醚生产的主要方法由合成气直接合成二甲醚现已取得工业化成果丹麦 Topsoe 公司采用 Cu 基催化剂，当反应温度在2OO〜300°C、压力为3.0〜8.0MPa时，CO单程转化率 达60%〜70%美国AirProduct公司成功开发了三相床合成气一步法合成二甲 醚的工业示范装置，以沸石、固体酸负载的Cu—A1O〜SiO为催化剂，采用单一 或多元分级式三相床反应器，工艺条件为：操作压力3.549〜6.307MPa，温度 200〜290C，空速1000〜10000h〜据资料介绍，天然气经合成气一步法生产 二甲醚其成本仅为甲醇脱水二步法的1/4日本NKK公司以液化天然气为原料在3万t/a的试验装置上采用自热重整技术 （ATR） f~1］得氢（电）碳（CO）体积比为1： l的合成气，再用传热特性优良、 温度易于控制的淤浆床反应器合成二甲醚在260C，5MPa条件下，综合反应率 达93%，二甲醚选择性为9l%，产品纯度达99. 6%，从而为建立工业二甲醚 装置提供了数据2.4 天然气制合成氨近年来，由于天然气价格的快速上涨，合成氨正向天然气低价格地区转移。

合成氨生产的方向是节能降耗和大型化，目前最大单系列的生产能力已达 1500〜20001 /d2.5天然气经合成气制合成油技术（GTL）近年来，GTL技术在催化剂和反应器方面取得较大进展Exxon公司推出高性 能“薄层钴”催化体系，使产品收率比传统铁系催化剂淤浆床反应器工艺高出3 倍，从而可减少反应器台数，降低投资成本而 Sasol 公司开发的牌号为 SAC2 —100SB 改进型的 Co 系 GTL 催化剂最近也投入工业应用由于 F-T 合成新型钻 基催化剂和淤浆床反应器的技术进步， GTL 的投资和操作费用已大大降低 Sasol 公司预测，到2020年世界GTL产量可达9000万t/a，前景乐观2.6 天然气直接合成芳烃技术甲烷无氧条件下脱氢芳构化（DHAM）制芳烃，是近年甲烷优化利用的新方法 之一，是生产芳烃的非石油原料新路线，国内外都进行了大量开发研究迄今报 道的催化剂多以HZSM-5分子筛为载体负载过渡金属（Pd, Pt, Re, Mo等）氧化 物，其中以改性 Mo-Zn/HZSM-5 最佳，但高温下 Mo 易流失现在全世界有 80%~90%的合成气是用天然气制的据测算在相同的生产能力 下，其投资约为煤的 50%，重油的 67%中国用天然气制的的合成气尽占合成气总 量的 22%~25%。

中国天然气储量丰富，今后也应大力发展用天然气为原料生产合 成气的装置，以迅速提高中国尿素和甲醇的产量3、我国天然气资源现状21 世纪以来，我国天然气市场进入大规模发展阶段，天然气消费量以每年两 位数的速度增长 2010 年，国内天然气产量继续保持稳定增长 2010 年 1-12 月份，国内天然气产量944.8 亿立方米，同比大幅增长12.1% 2010 年，国内天 然气表观消费量首次突破 1000 亿立方米，达到 1070.3 亿立方米，同比大幅增长 15.9% 2011 年，我国天然气市场继续扩大，消费大幅增长，保供能力显著增强， 产销平稳 2011 年，我国天然气产量首次突破千亿立方米，达到1025.3 亿立方 米，与 10 年前相比增长 3.6 倍，年均增速达到 14%；天然气表观消费量达到了 创纪录的 1307.1 亿立方米，同比增长 20.5%；全年进口天然气 310 亿立方米，同比增长 82.3%五、结论及展望在如今环境污染越来越严重的现状下，发展清洁能源和新型能源成为当务之 急而在这个前提下，未来的世界能源结构将发生巨大的变化，天然气能源所占 比例会越来越大同时我们应当加强天然气化工新产品和新技术的开发，以及加 强由天然气出发合成液体和合成石油化工原料。

我国现在汽车燃料也已经逐步全 面向天然气燃料过渡相信在不久的将来我国会在天然气化工上做出明显的成 就六、 参考文献【1】刘小鸿，等渤中 3—2 边际小汕气田开发策略研究 2010，30（1） 【2】余黎明中国天然气化工产业资源利用的前景分析中商情报网 【3】王春风天然气利用现状及发展前景管理观察2010，6 【4】周正明碳一化学和天然气化工发展趋势和最新进展西南化工研究设计 院 （ 成都 610225） 5】范嗣英.天然气化学工业现状与发展趋势EJ].石油与天然气化工，2002,31 （增刊）：10〜16【6】张惠明.甲醇制低碳烯烃工艺技术新进展[J].化学反应工程与工艺，2008, 24（2）： 178〜182【7】西南油气田分公司天然气研究院.世界天然气化工技术发展趋势和我国天 然气化工科技进步战略[R-I. 1999。