21世紀(jì)天然氣的化工(共6頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上21世紀(jì)天然氣化工摘要：本文簡要的描述天然氣的性質(zhì)利用結(jié)構(gòu)和在化工領(lǐng)域中的發(fā)展趨勢，詳細(xì)的說明了當(dāng)前世界天然氣化工的應(yīng)用進(jìn)展特別是天然氣化工技術(shù)的進(jìn)展，并跟據(jù)我國當(dāng)前的天然氣化工現(xiàn)狀提出了建議。關(guān)鍵詞：天然氣；21世紀(jì)；化工應(yīng)用；化工利用1、前言天然氣組成以氣態(tài)低分子烴為主(主要成分是甲烷，同時也含有非烴氣體)。相對密度0.65、比空氣輕、具有無色、無味(天然氣公司皆遵照政府規(guī)定添加臭劑。例如四氫噻吩)、無毒、可燃的特性。天然氣的爆炸極限為515。天然氣燃燒后生成二氧化碳和水。產(chǎn)生的溫室氣體是煤炭燃燒的12。石油的23。由于天然氣熱值高，燃燒產(chǎn)物對環(huán)境污染少。是未來世

2、界普遍采用的清潔能源。世界能源結(jié)構(gòu)逐步發(fā)生變化。為此，各國政府也通過立法程序來傳達(dá)這種趨勢，發(fā)展天然氣工業(yè)已經(jīng)成為世界各國改善環(huán)境和維持經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的最佳選擇。世界天然氣化工從20世紀(jì)20年代至今一直保持穩(wěn)定發(fā)展，近20多年發(fā)展速度加快，20世紀(jì)70年代世界約5左右的天然氣資源用作化工原料，20世紀(jì)80年代上升到約10。近年由于天然氣產(chǎn)量大幅增加。此比例重新回落至5左右(不包括我國)，中東、東歐、拉丁美洲、東南亞等地區(qū)均在8l1范圍目前世界石油資源日趨緊缺。油價不斷刷新高位價格記錄而天然氣的儲量和產(chǎn)量增長均超過石油。為此天然氣化工利用受到許多國家和地區(qū)的重視。2、天然氣化工以天然氣為原料生產(chǎn)

3、化學(xué)產(chǎn)品的工業(yè)，是燃料化工的組成部分。由于天然氣與石油同屬埋藏地下的烴類資源，有時且為共生礦藏，其加工工藝及產(chǎn)品相互有密切的關(guān)系，故也可將天然氣化工歸屬于石油化工。天然氣化工一般包括天然氣的凈化分離、化學(xué)加工（所含甲烷、乙烷、丙烷等烷烴的加工利用）。2.1天然氣的凈化分離凈化分離包括從地下采出的天然氣，在氣井現(xiàn)場，經(jīng)脫水、脫砂與分離凝析油后，根據(jù)氣體組成情況進(jìn)行進(jìn)一步的凈化分離加工。富含硫化物的天然氣，必須經(jīng)過脫硫處理，以達(dá)到輸送要求，副產(chǎn)品的硫磺作為硫資源，用以生產(chǎn)硫酸、二硫化碳等一系列硫化物；脫硫后，天然氣經(jīng)過深冷分離），可得到液化天然氣；若天然氣富含稀有氣體氦，可同時得到氦氣；若天然氣是

4、富含乙烷以上烷烴的濕氣,則可同時得到天然氣凝析液,后者常采用精餾的方法，以回收乙烷、丙烷、丁烷，并且還有一部分凝析油。2.2化學(xué)加工 包括在高溫下進(jìn)行的天然氣熱裂解，主要生產(chǎn)乙炔和炭黑；天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化或天然氣的部分氧化，可制得合成氣；天然氣經(jīng)過氯化、硫化、硝化、氨化氧化、氧化可制得甲烷的各種衍生物；濕性天然氣中的乙烷、丙烷、丁烷和天然氣凝析液等，經(jīng)蒸汽裂解或熱裂解可生產(chǎn)乙烯、丙烯和丁二烯；丁烷脫氫或氧化可生產(chǎn)丁二烯或醋酸、甲基乙基酮、順丁烯二酸酐等。3、世界天然氣化工的應(yīng)用進(jìn)展天然氣的化工利用按轉(zhuǎn)化方式分類，可分為直接法和間接法兩大類：直接轉(zhuǎn)化法是天然氣直接反應(yīng)氧化制取乙烯、甲醇、芳烴等化工產(chǎn)

5、品；間接轉(zhuǎn)化法是天然氣先制成合成氣，由合成氣再生產(chǎn)清潔油品、甲醇、低碳烯烴等化工產(chǎn)品。直接轉(zhuǎn)化法因生產(chǎn)流程短，有希望獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益，因此這方面是未來天然氣化工的研究重點之一，主要方向有甲烷直接氧化制甲醇、甲醛、乙烯、芳烴等，但因副產(chǎn)物較多，反應(yīng)不易控制，目的產(chǎn)物收率較低， 目前還主要停留在實驗室研究階段。在間接轉(zhuǎn)化法中， 一般先將甲烷制成合成氣(H2+CO)后，再制成液體燃料及其他化工產(chǎn)品，該技術(shù)已成為目前天然氣化工利用的主要技術(shù)路線。3.1 直接轉(zhuǎn)化法目前，直接轉(zhuǎn)化法中主要有3種路線：一是天然氣直接制甲醇和甲醛；二是天然氣氧化偶聯(lián)制乙烯；三是在無氧條件下天然氣直接制芳烴。（1） 天然氣直

6、接轉(zhuǎn)化制甲醇、甲醛天然氣經(jīng)合成氣制取甲醇工藝存在著投資費用高、工程設(shè)計復(fù)雜和生產(chǎn)成本高等缺點。因此，國內(nèi)外都在探索由天然氣一步合成甲醇的有效途徑，并取得了一定進(jìn)展。目前研究開發(fā)的方法有均相氧化和多相催化氧化兩種方法，其中均相氧化工藝效果較好，甲烷轉(zhuǎn)化率可達(dá)4%15%，甲醇選擇性為60%90%。（2） 天然氣氧化偶聯(lián)制乙烯近年來隨著全球化工市場的好轉(zhuǎn)，由甲烷氧化偶聯(lián)制乙烯的研究開發(fā)受到重視。目前已有40多個國家的實驗室對2000多種催化劑進(jìn)行過試驗，開發(fā)出了很多新工藝。但是，由于甲烷氧化偶聯(lián)制乙烯反應(yīng)屬于表面引發(fā)氣相自由基與氣固相反應(yīng)相結(jié)合的機(jī)理，大量氣相氧的存在使得自由基反應(yīng)難于控制，在制乙烯

7、過程中，甲烷轉(zhuǎn)化率低（小于25%），C2烴單程收率低（小于25%），產(chǎn)物中乙烯含量約4.9%，丙烯約0.4%，產(chǎn)品分離也較為困難。因此，盡管采用甲烷直接制低碳烯烴被認(rèn)為是最佳工藝路線，但至今與石腦油裂解相比，經(jīng)濟(jì)上仍不具競爭力，難以滿足工業(yè)化的技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求，因此尋找高活性、高選擇性及長時間穩(wěn)定性的催化劑體系，仍是目前該技術(shù)研究的難點和熱點。（3） 天然氣直接制芳烴甲烷直接催化轉(zhuǎn)化制芳烴有兩種方法：一種是氧化條件下的催化轉(zhuǎn)化，一種是無氧條件下的催化轉(zhuǎn)化。在氧化條件下，目前已有的研究結(jié)果表明，甲烷合成芳烴的反應(yīng)難以控制，不但甲烷的轉(zhuǎn)化率低，同時芳烴選擇性及收率也難以達(dá)到有意義的開發(fā)前景。在甲烷無氧

8、芳構(gòu)化研究方面，我國一直保持國際領(lǐng)先水平。大連化物所開發(fā)出的MO ()/HZSM-5 催化劑，在連續(xù)進(jìn)料的固定床反應(yīng)裝置上、反應(yīng)溫度973K 時，苯收率超過7%，且連續(xù)反應(yīng)3h 催化劑活性不下降。由于產(chǎn)物芳烴與原料氣甲烷易于分離，因此，較低溫度下甲烷無氧芳構(gòu)化的研究已引起人們的關(guān)注。也就是說，無氧氣氛下甲烷在M0/HZSM-5 催化劑上的芳構(gòu)化反應(yīng)，為甲烷的直接轉(zhuǎn)化利用開辟了一條新途徑。3.2 間接轉(zhuǎn)化法天然氣間接轉(zhuǎn)化是將天然氣先轉(zhuǎn)化成合成氣，再進(jìn)一步合成其它化工產(chǎn)品的技術(shù)路線，其中，合成氣制備約占總投資和總成本的60%，所以研究開發(fā)合成氣制備新工藝對于提高天然氣化工利用的經(jīng)濟(jì)效益具有決定性作

9、用。針對合成氣造氣過程的節(jié)能降耗和促進(jìn)氫碳比靈活調(diào)節(jié)，研究者們開發(fā)了若干合成氣制造技術(shù)。對于合成氣的進(jìn)一步利用，目前國內(nèi)外開發(fā)的技術(shù)可分3 個不同階段：處于成熟階段的是天然氣生產(chǎn)甲醇和合成氨/尿素；處于成長階段的是天然氣制液體燃料（GTL）；處于待工業(yè)化階段的是天然氣制二甲醚和烯烴(MTO)。（1）天然氣制甲醇和合成氨天然氣生產(chǎn)甲醇和合成氨是目前天然氣化工利用的最重要途徑，技術(shù)成熟，已大規(guī)模組織生產(chǎn)。目前國外單套甲醇裝置規(guī)模普遍在50 萬t/a85 萬t/a，規(guī)模為170 萬t/a 的裝置近年也已建成投產(chǎn)。目前，世界甲醇生產(chǎn)技術(shù)研發(fā)動向為：一是生產(chǎn)裝置趨于大型化，單系列1.7Mt/a 裝置已經(jīng)

10、投產(chǎn)，更大規(guī)模的裝置也在擬建；二是開發(fā)無循環(huán)液相甲醇生產(chǎn)工藝，進(jìn)一步提高合成氣的轉(zhuǎn)化率和甲醇的選擇性，降低投資和操作費用；三是在超臨界條件下進(jìn)行甲醇合成，利用超臨界的特殊性能，提高反應(yīng)物的單程轉(zhuǎn)化率。天然氣是比煤和石油更好的生產(chǎn)合成氨的原料，生產(chǎn)技術(shù)成熟，投資和能耗低。合成氨技術(shù)發(fā)展主要體現(xiàn)在催化劑、造氣、能量利用三方面。（2）天然氣制液體燃料(GTL)近年來，隨著環(huán)保要求的日趨嚴(yán)格，清潔燃料合成氣制造技術(shù)Fig.2 Processes for production of syngas from natural gas和高檔潤滑油的需求不斷增加。天然氣制合成油（GTL）的所有產(chǎn)品均可滿足目前和

11、今后即將推出的全部環(huán)保要求，因此，為充分利用偏遠(yuǎn)地區(qū)天然氣和油田伴生氣資源，促進(jìn)環(huán)境保護(hù)和清潔燃料的生產(chǎn)與使用，國外加快了GTL技術(shù)開發(fā)的步伐。GTL 工藝一般由合成氣生產(chǎn)、費托（F-T）合成、合成油加工三大部分組成，合成氣生產(chǎn)和費托合成是核心部分，其中費托合成是GTL的最核心技術(shù)。國外主要圍繞費托合成部分不斷改進(jìn)GTL技術(shù)，以進(jìn)一步降低投資和操作費用。（3）天然氣制低碳烯烴隨著國際油價的未來看漲和大規(guī)模制甲醇技術(shù)的日趨成熟，以天然氣/煤為原料經(jīng)合成氣路線先制取甲醇，由甲醇再制取烯烴(MTO)的技術(shù)開發(fā)十分活躍。ExxonMobil、UoP、NorskHydro、Lurgi 和BASF 公司等

12、都對MTO技術(shù)進(jìn)行了多年的研究開發(fā)，其中具有代表性的技術(shù)有UOP/Hydro開發(fā)的MTO工藝和Lurgi公司開發(fā)的甲醇制丙烯（MTP）工藝。MTO 工藝以甲醇為原料，主要生產(chǎn)乙烯和丙烯，采用流化床反應(yīng)器和非沸石分子篩MTO100催化劑，催化劑連續(xù)再生，甲醇轉(zhuǎn)化率高達(dá)99%以上。MTP 工藝主要生產(chǎn)丙烯，采用固定床反應(yīng)器，甲醇的轉(zhuǎn)化率在99%以上，丙烯選擇性超過70%，副產(chǎn)的乙烯、丁烯和C5/C6烯烴又循環(huán)回去轉(zhuǎn)化成丙烯，其余產(chǎn)品有汽油、燃料氣和水等。（4）天然氣制二甲醚二甲醚（DME）被看作是21世紀(jì)的超清潔燃料，天然氣經(jīng)由合成氣生產(chǎn)二甲醚主要生產(chǎn)工藝有兩步法和一步法兩種。兩步法工藝是先由合成

13、氣生產(chǎn)甲醇，由甲醇再脫水生產(chǎn)二甲醚。該技術(shù)工藝比較成熟，目前工業(yè)上主要采用此類技術(shù)。兩步法又有氣相法和液相法兩類。目前采用兩步法已建設(shè)了大量的二甲醚裝置，特別是在中國近年發(fā)展十分迅速。國內(nèi)氣相法技術(shù)的典型代表為西南化工研究院，已建成投產(chǎn)數(shù)十套裝置。液相法的典型代表為山東久泰化工科技股份有限公司，采用復(fù)合酸催化劑。由合成氣一步法直接制二甲醚的工藝具有流程短、能耗低等優(yōu)點，而且可得到較高的單程轉(zhuǎn)化率。采用漿液床反應(yīng)器。一次通過轉(zhuǎn)化率大于50%，二甲醚選擇性大于90%。生成水很少，二甲醚純度大于99.9%。水和甲醇含量小于100 mg/L?？傓D(zhuǎn)化率大于95%。目前，世界天然氣制二甲醚的技術(shù)發(fā)展趨勢是

14、，裝置規(guī)模向大型化方向發(fā)展，生產(chǎn)技術(shù)則向一步法尤其是淤漿床一步法方向發(fā)展。4、我國天然氣化工現(xiàn)狀我國天然氣化工起步于20世紀(jì)60年代，目前已經(jīng)形成一定規(guī)模。主要用于生產(chǎn)合成氨和甲醇。2005年天然氣化工消費量為150億m3，占天然氣總消費量的30，遠(yuǎn)高于國外。2005年全國合成氨產(chǎn)量4 596萬t，其中20以天然氣為原料生產(chǎn)。其中天然氣消費量約l10億m3。甲醇產(chǎn)量為535.6萬t，其中30是以天然氣為原料。消費天然氣約25億m3。2006年中海油海南60萬ta天然氣甲醇裝置建成投產(chǎn)，成為國內(nèi)最大的生產(chǎn)裝置。天然氣乙炔也是天然氣下游用戶之一。乙炔化工是國內(nèi)化學(xué)工業(yè)中一個傳統(tǒng)的高耗能行業(yè)。由于我

15、國缺油、少氣、相對富煤的特殊能源結(jié)構(gòu)，使我國具備了乙炔化工衍生物產(chǎn)能適度增長的客觀條件。目前國內(nèi)PVC、醋酸乙烯、1，4一丁二醇和氯丁橡膠等產(chǎn)品仍以乙炔路線為主，乙炔化工在我國化學(xué)工業(yè)仍占有一席之地。我國其他天然氣化工產(chǎn)品所占份額相對較小。例如，以天然氣為原料的炭黑等均只有年產(chǎn)幾萬噸的水平；以天然氣為原料的氫氰酸、硝基甲烷、二硫化碳等其生產(chǎn)能力每年僅數(shù)萬噸。天然氣輸送成本較高從20世紀(jì)90年代末到21世紀(jì)初我國對天然氣迅速從買方市場轉(zhuǎn)入賣方市場?；谖覈默F(xiàn)狀以及天然氣的價格的不斷上漲，近年來一些企業(yè)進(jìn)行了“氣改煤頭”的原料路線調(diào)整。例如，2004年齊魯石化第一化肥廠生產(chǎn)用原料由天然氣改為原煤

16、(原料轉(zhuǎn)換后年產(chǎn)合成氨l0萬t、尿素l7萬t、甲醇2萬t)；四川瀘天化股份有限公司裝置也進(jìn)行了“氣改煤”改造。綜上所述,我國天然氣化工利用的現(xiàn)狀可以概括為：(1)化肥是最大的天然氣化工用戶，有相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)業(yè)規(guī)模，生產(chǎn)水平較高，2006年我國合成氨產(chǎn)量中的l9來自氣頭生產(chǎn)裝置。(2)天然氣制甲醇工業(yè)已有較大生產(chǎn)規(guī)模，2006年我國甲醇產(chǎn)量中的28.6來自氣頭生產(chǎn)裝置。(3)天然氣生產(chǎn)精細(xì)化工品種很多，但規(guī)模較小，高附加值產(chǎn)品甚少，尚未真正形成天然氣化工深加工產(chǎn)品系列。總之，我國天然氣化工與國外相比尚有諸多差距(例如，生產(chǎn)裝置規(guī)模小、工藝落后、能耗高)。5、對發(fā)展我國天然氣化工的建議要加快天然氣化工利用技術(shù)的研究開發(fā)步伐目前，國外天然氣間接轉(zhuǎn)化新技術(shù)研究開發(fā)方興未艾，有的技術(shù)已開始進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)階段，而我國在這方面的研究差距還較大。我國應(yīng)密切跟蹤國際天然氣化工利用新技術(shù)的開發(fā)動態(tài)，合理利用其成果，同時要加大國內(nèi)科研開發(fā)的力度，有重點地突破較有希望的科研成果，盡快轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實生產(chǎn)力。對于國內(nèi)已有一定科研基礎(chǔ)或成果的技術(shù)，如蒸汽轉(zhuǎn)化和部分氧化相結(jié)合的天然氣制合成氣、甲醇下游產(chǎn)品技術(shù)等，要努力通過產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合，積極進(jìn)行科技攻關(guān)，盡快形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，爭取早日實現(xiàn)工業(yè)化；對于一些前沿性技術(shù)，如天然氣制合成油、制低碳烯烴、制二甲醚