内容发布更新时间 : 2024/5/7 16:46:21星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

21世纪的天然气化工

能源是人类生存和社会发展的基本条件之一。天然气是目前仅次于石油、煤炭的世界第三大能源，具有使用安全、热值高、洁净等优点。近几十年来，天然气工业发生了根本性的变化，工业发达国家对环境和生态的关注以及发展中国家渴望经济增长的热情，成为推动天然气勘探开发的两股强劲的力量。

1.天然气的现状

天然气是深埋在地下的可燃性气体，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，主要存在于油田、气田、煤层和页岩层。天然气燃烧后无废渣、废水产生，相较煤炭、石油等能源有使用安全、热值高、洁净等优势。天然气又可分为伴生气和非伴生气两种。伴随原油共生，与原油同时被采出的油田气叫伴生气；非伴生气包括纯气田天然气和凝析气田天然气两种，在地层中都以气态存在。

2.天然气的化工应用

天然气化工泛指以天然气生产和加工中工程中获得的产品为原料的化工生产过程，主要包括利用天然气主要成分甲烷为主的化工过程，利用天然气凝液（主要为乙烷、丙烷、丁烷）的化工过程，以及利用副产硫磺的化工过程等。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，再进一步合成氨、甲醇、高级醛等。

（2）经部分氧化制乙炔。但乙炔能耗太高，在我国乙烯已具相当规模的今天, 一般情况下不宜再发展天然气制乙炔装置。

（3）经热裂解生成乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯、乙炔和炭黑，并以此为原料合成多种化工产品，如氯乙烯、乙醛、醋酸、醋酸乙烯酯、氯化丁二烯等。炭黑可作填料、补强剂，是油墨、涂料、炸药、电极和电阻器等产品的原料。

（4）由甲烷通过氯化、氧化、硫化、氨氧化等反应转化成各种产品，如氯化甲烷、甲醛、二硫化碳、氢氰酸等。

天然气及其化工利用见下图：

3.天然气的技术进展

1）天然气制甲醇和合成氨

天然气生产甲醇和合成氨是目前天然气化工利用的最重要途径，技术成熟，已大规模组织生产。目前国外单套甲醇装置规模普遍在50万t/a～85万t/a，规模为170万t/a的装置近年也已建成投产。

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。

天然气是比煤和石油更好的生产合成氨的原料，生产技术成熟，投资和能耗低。合成氨技术发展主要体现在催化剂、造气、能量利用三方面。

世界上主要的天然气制合成氨技术包括： (1) 美国Kellogg公司的MEAP节能工艺；(2)美国Brown公司的低能耗深冷净化工艺；(3)英国ICI公司的AMV节能工艺和德国UHDE公司的UDHE-ICI-AMV工艺；(4)丹麦Topsoe公司低能耗工艺。其中Kellogg 技术在世界上应用最广，有160 余套，总产能占50%左右。

2）天然气制二甲醚

二甲醚（DME） 被看作是21 世纪的超清洁燃料，

天然气经由合成气生产二甲醚主要生产工艺有两步法和一步法两种。两步法工艺是先由合成气生产甲醇，甲醇脱水生成二甲醚。该技术工艺比较成熟，目前工业上主要采用此类技术。目前采用两步法已建设了大量的二甲醚装置，特别是在中国近年发展十分迅速。

3）天然气制低碳烯烃

随着国际油价的未来看涨和大规模制甲醇技术的日趋成熟，以天然气/煤为原料经合成气路线先制取甲醇，由甲醇再制取烯烃(MTO)的技术开发十分活跃。ExxonMobil、UOP、NorskHydro、Lurgi 和BASF 公司等都对MTO 技术进行了多

年的研究开发， 其中具有代表性的技术有UOP/Hydro 开发的MTO 工艺和Lurgi 公司开发的甲醇制丙烯（MTP）工艺。MTO 工艺以甲醇为原料，主要生产乙烯和丙烯，采用流化床反应器和非沸石分子筛MTO100 催化剂， 催化剂连续再生， 甲醇转化率高达99%以上。

目前， 天然气制低碳烯烃技术已开始工业化，尽管还不具备强有力的竞争优势，但随着科技的进步和未来油价的持续高位震荡，利用天然气制低碳烯烃技术将会呈现出巨大的经济效益和社会效益。

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。

4.结论及展望

综上，我国天然气化工应注意以下几个方面。

（1）建设大规模天然气合成氨、天然气制甲醇装置。我国合成氨和甲醇装置尽管总产能较高，但单系列大规模（30万t/a以上）装置所占比重较低，原料结构不合理技术落后，物耗能耗高，生产成本高。

（2）加大科技投入，加快天然气化工新技术开发步伐。如甲烷氧化偶联制乙烯，天然气经合成气一步合成二甲醚，天然气直接合成芳烃技术等。

传统天然气化工产品炭黑、甲烷氯化物、氢氰酸、二硫化碳和乙炔等, 是在石油化工时代到来之前天然气化工的主要产品。尤其是乙炔, 在当时被称为有机化学的基础。但随着以乙烯为代表的石油化工的发展, 乙炔的生产工艺及其衍生物与乙烯为代表的石油化工工艺及产品相比, 显然落后而缺乏竞争力。这主要是因为天然气生产乙炔的工艺过程能耗物耗太高，且无任何烃类产品联产。两者的资源利用价值相差甚远，效益差明显。而天然气在化工领域的作用日渐显著。