石油化工282 PETROCHEMICAL TECHNOLOGY2005年第34卷增刊我國(guó)天然氣化工發(fā)展研究張寶軍,徐顯明,遲克彬,張志翔,肖海成(中國(guó)石油大慶石化分公司研究院,黑龍江大慶163714)摘要]通過(guò)闡述天然氣化工的現(xiàn)狀和利用途徑,分析我國(guó)發(fā)天然氣化工的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì),對(duì)我國(guó)天然氣化工的發(fā)展提出了建議關(guān)鍵詞]天然氣;化工;二甲醚;甲醇;氨液體燃料;烯烴【中分類號(hào)]TQ517[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A天然氣是一種埋藏于地下的可燃性氣體,無(wú)色求不嚴(yán),液體燃料市場(chǎng)需求少。我國(guó)實(shí)施的柴油含無(wú)味,主要成分中85%~95%(體積分?jǐn)?shù))為甲烷。硫標(biāo)準(zhǔn)較低常規(guī)煉油工業(yè)生產(chǎn)的汽、柴油即能滿足與煤和石油等黑色能源相比,天然氣燃燒過(guò)程中所要求。(2)我國(guó)在天然氣制合成油技術(shù)方面尚處于產(chǎn)生的氮化物、CO和可吸入懸浮微粒極少,幾乎不小試或中試研究開發(fā)階段,距工業(yè)化應(yīng)用還有一定產(chǎn)生導(dǎo)致酸雨的SO2,而CO2的排放量為煤的CO2距離。(3)投資成本高。排放量的40%左右,燃燒后無(wú)廢渣和廢水,因此天目前,天然氣制液體燃料必須著眼于高附加值然氣是一種重要的清潔能源。產(chǎn)品的研發(fā),要求催化劑具有催化活性高、甲烷生成量低、抗硫和抗積碳能力強(qiáng)、耐磨性好等特點(diǎn)。因1天然氣化工此,我國(guó)液體燃料生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展,還應(yīng)加強(qiáng)科研開天然氣化工是以甲烷為原料合成化工產(chǎn)品或液發(fā)力度降低投資和成本,以便當(dāng)原油價(jià)格上漲國(guó)體燃料的有機(jī)化工工業(yè),主要用于制乙炔、氨液體家對(duì)環(huán)保要求嚴(yán)格時(shí),能抓住機(jī)會(huì),適時(shí)進(jìn)行工業(yè)化燃料、低碳烯烴和含氧化合物2。生產(chǎn)。1.1天然氣制乙炔1.4天然氣制低碳烯烴炭黑、甲烷氯化物、氫氰酸、CS2和乙炔等為石1.4.1天然氣經(jīng)合成氣制低碳烯烴油化工時(shí)代之前天然氣化工的主要產(chǎn)品。但隨著以目前,合成氣制烯烴已成為費(fèi)托合成中新的研乙烯為代表的石油化工技術(shù)的發(fā)展,與石油化工工究方向之一,但在轉(zhuǎn)化過(guò)程中還有一些核心問(wèn)題有藝及其產(chǎn)品相比天然氣制乙炔的生產(chǎn)工藝及其衍待解決:在CO加氫合成烴類反應(yīng)中如何抑制甲烷生物顯然落后而缺乏競(jìng)爭(zhēng)力,其原因主要是天然氣的生成和經(jīng)典的費(fèi)托合成產(chǎn)物受 Schulz-Flory-分制乙炔工藝能耗物耗太高。國(guó)外早已停止發(fā)展天然布規(guī)律的限制。為解決這些問(wèn)題,一些科研單位在氣制乙炔裝置。在我國(guó)乙烯生產(chǎn)已具相當(dāng)規(guī)模的今催化劑的改進(jìn)方面進(jìn)行了大量的研究。盡管前景誘天,一般不宜再發(fā)展天然氣制乙炔裝置。人,但目前天然氣經(jīng)合成氣制低碳烯烴技術(shù)離工業(yè)1.2天然氣制氨化尚有一定距離,還應(yīng)加強(qiáng)科研開發(fā)力度,降低投資我國(guó)是合成氨產(chǎn)量和用量第一大國(guó),2001年合和生產(chǎn)成本,適時(shí)進(jìn)行工業(yè)化。成氨的設(shè)計(jì)能力為42.60Mt/a,產(chǎn)量為34.07Ma;1.4.2甲烷氧化偶聯(lián)制乙烯預(yù)計(jì)2010年我國(guó)合成氨的產(chǎn)量將達(dá)36.00~38.00甲烷通過(guò)合成氣轉(zhuǎn)化,在能量利用上很不經(jīng)濟(jì)。Ma。由于我國(guó)農(nóng)業(yè)對(duì)氮肥的需求量日益增加建將甲烷直接氧化脫氫制乙烯,擺脫造氣工序,無(wú)疑具議對(duì)合成氨裝置進(jìn)行擴(kuò)能改造。有巨大的經(jīng)濟(jì)效益,這一方向近年來(lái)受到國(guó)內(nèi)外的1.3天然氣制液體燃料重視。美國(guó)Arco公司開發(fā)的催化劑在700 Shellso, yntroleum等大公司都有合成液體800℃、空速600~10000h的條件下,甲烷轉(zhuǎn)化率燃料的工業(yè)裝置,而且運(yùn)行穩(wěn)定。就我國(guó)目前的形為25,烴類選擇性為75%(其中乙烯選擇性勢(shì)來(lái)看,進(jìn)行天然氣制液體燃料的工業(yè)生產(chǎn)還為時(shí)50%),催化劑的壽命大于半年;完成了350ka乙過(guò)早,由天然氣制液體燃料的時(shí)機(jī)還不成熟3。主作者筒介]張寶軍(1973-),男,黑龍江省肇東市人,碩士,工程要原因有:(1)國(guó)家對(duì)燃料尾氣排放的環(huán)保法規(guī)要師電話0459-6769283,電郵 baojun8oo.com.cn增刊張寶軍等我國(guó)天然氣化工發(fā)展研究283烯裝置的模擬設(shè)計(jì),初步測(cè)算需投資1.6億美元,預(yù)度,進(jìn)行合成氣一步法制二甲醚的研究,降低投資和計(jì)乙烯成本可低于現(xiàn)行石腦油裂解制乙烯的成本。成本,并進(jìn)行中試放大研究,以便當(dāng)國(guó)家法律對(duì)環(huán)?？线_(dá) Eindhoren大學(xué)完成了反應(yīng)器設(shè)計(jì)在海牙召要求嚴(yán)格時(shí),能抓住機(jī)會(huì),適時(shí)進(jìn)行工業(yè)化。開的美國(guó)化學(xué)工程師歐洲年會(huì)上被認(rèn)為是最有前途1.5.2天然氣制甲醇的設(shè)計(jì)。荷蘭科學(xué)家提出了兩種方案:方案一甲烷甲醇是基本有機(jī)原料和清潔的液體燃料,是潛轉(zhuǎn)化率為30%,C2烴選擇性為80%;方案二甲烷轉(zhuǎn)在的天然氣化工大戶。甲醇最大的潛在市場(chǎng)在于進(jìn)化率為50%,C2烴選擇性為50%;以1989年1月一步合成油,轉(zhuǎn)化為烯烴或芳烴,作為石油化工基礎(chǔ)的價(jià)格為計(jì)算基準(zhǔn),方案一投資為1.7億美元,方案原料的補(bǔ)充;如果這一領(lǐng)域能工業(yè)化,并與傳統(tǒng)石油二投資為2.07億美元;而采用傳統(tǒng)的石腦油裂解工化工有競(jìng)爭(zhēng)力,甲醇的需求量有望大幅度提高。目藝,投資則高達(dá)4.7億美元;預(yù)計(jì)乙烯的成本為前天然氣制甲醇技術(shù)成熟,可組織大規(guī)模生產(chǎn)。450~550美元/t,均低于石腦油裂解制乙烯的成本。1.5.3天然氣制低碳混合醇等其它含氧化合物我國(guó)蘭州物理化學(xué)研究所通過(guò)3年多的工作,研制天然氣經(jīng)合成氣制低碳混合醇的典型工藝包括的催化劑(堿金屬/過(guò)渡金屬?gòu)?fù)合氧化物)的甲烷轉(zhuǎn)(/)《SnamprcgetIiMASLurgi公司的MAS工藝、Lurgi公司的化率達(dá)25%~35%,C烴的選擇性為70%~80%。Octamix工藝、Dow公司及IFP公司的工藝,這些工我國(guó)已把甲烷氧化偶聯(lián)制乙烯的研究工作列為科技藝已完成了工業(yè)化的準(zhǔn)備工作,但迄今為止并未建攻關(guān)重點(diǎn)項(xiàng)目因此由于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題,甲烷成工業(yè)裝置,主要原因在于成本較高,目前在經(jīng)濟(jì)上氧化偶聯(lián)制乙烯還需進(jìn)一步研究。難于立足,因此是今后科研開發(fā)的主要目標(biāo)。1.5天然氣制含氧化合物綜上所述,可將天然氣化工分為3個(gè)領(lǐng)域:一是1.5.1天然氣制二甲醚產(chǎn)品缺乏競(jìng)爭(zhēng)力不宜再建的領(lǐng)域(如天然氣制乙二甲醚是21世紀(jì)的清潔燃料(可作為汽車發(fā)炔);二是工藝相對(duì)成熟、可以考慮采用先進(jìn)的技術(shù)動(dòng)機(jī)的燃料民用燃料)其污染物排放量大大低于進(jìn)行投資建廠或改擴(kuò)建的領(lǐng)域(如天然氣制氨、甲現(xiàn)有燃料。同時(shí)二甲醚可用作氣霧劑、環(huán)保制冷劑、醇等);三是前景樂(lè)觀但有待進(jìn)一步研究開發(fā)的領(lǐng)汽油(柴油)添加劑液化石油氣添加劑醇基燃料域(如天然氣制液體燃料、低碳烯烴、二甲醚、低碳添加劑和低碳烯烴的主要原料之一。由于目前二甲混合醇等)。醚主要由甲醇脫水生產(chǎn),純度高,但成本也較高,因此用量很小;此外,在多數(shù)地區(qū)甲醇脫水法制二甲醚2我國(guó)發(fā)展天然氣化工競(jìng)爭(zhēng)力分析的生產(chǎn)成本尚不具備與柴油或液化氣的競(jìng)爭(zhēng)能力,2.1優(yōu)勢(shì)分析因此,這方面的應(yīng)用正處于開發(fā)推廣階段,尚未2.1.1天然氣資源豐富普及。我國(guó)的天然氣資源豐富。我國(guó)擁有11100km我國(guó)20世紀(jì)90年代初期開發(fā)建設(shè)了甲醇制二的天然氣輸送管道。已建設(shè)的西氣東輸管道工程,甲醚的小型工業(yè)生產(chǎn)裝置,到90年代中后期發(fā)展加西起新疆塔里木盆地,東至上海,將促進(jìn)天然氣化工快,在擴(kuò)大裝置規(guī)模的基礎(chǔ)上,工藝技術(shù)水平提高。的迅速發(fā)展。國(guó)內(nèi)二甲醚裝置的開工率較低,其主要原因是:(1)2.1.2天然氣投資主體多元化二甲醚成本高而需求量不大。目前二甲醚大部分用我國(guó)除與殼牌勘探(中國(guó))有限公司簽訂了對(duì)于氣霧劑市場(chǎng)已飽和;作為柴油替代品,其價(jià)格難外合作石油協(xié)議、共同開發(fā)長(zhǎng)慶油氣區(qū)長(zhǎng)北氣田的以承受。這是制約二甲醚大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的主要因天然氣資源外,目前正和一些國(guó)際性的大型石油及素。(2)國(guó)家對(duì)燃料尾氣排放的環(huán)保法規(guī)要求不嚴(yán)天然氣公司的附屬公司進(jìn)行談判,合作建設(shè)天然氣格,燃料市場(chǎng)需求少。由于二甲醚燃燒充分,污染物管道。這些項(xiàng)目將有助于帶動(dòng)天然氣化工市場(chǎng)的排放低,因此是很好的清潔燃料,如果有國(guó)家政策和發(fā)展。法規(guī)的支持,同時(shí)依靠科研部門和企業(yè)界的大力推2.1.3氣化一體為天然氣化工提供保證進(jìn),其前景相當(dāng)樂(lè)觀。但就目前的情況看,我國(guó)沒(méi)有天然氣化工產(chǎn)品的價(jià)格受原料價(jià)格影響很大。嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn),再加上二甲醚作替代燃料價(jià)格偏我國(guó)的天然氣資源都控制在中國(guó)石油、中國(guó)石化和高,因此市場(chǎng)需求量少。中國(guó)海洋石油等大公司手中,如果能建設(shè)大型天然因此,同液體燃料一樣,還應(yīng)加強(qiáng)科研開發(fā)力氣化工基地,將氣化形成一體,定能為天然氣化工提石油化工284 PETROCHEMICAL TECHNOLOGY2005年第34卷供良好的保證。然氣清潔燃料,因此限制了天然氣化工的發(fā)展。2.1.4重視天然氣化工科研開發(fā)2.2.5下游產(chǎn)品過(guò)于分散,不能形成規(guī)模效益目前,包括中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所、山天然氣化工的下游產(chǎn)品(尤其是甲醇下游產(chǎn)西煤炭化學(xué)研究所、蘭州化學(xué)物理研究所、清華大品)豐富,但由于其下游產(chǎn)品品種過(guò)于分散,不能形學(xué)、吉林大學(xué)等單位非常重視天然氣化工的科研工成規(guī)模效益,難以與石油化工的乙烯相比。作2001年,中國(guó)石油和中國(guó)科學(xué)院在大慶石化分2.2.6天然氣化工技術(shù)難度大公司研究院聯(lián)合成立天然氣化工中試基地,為天然國(guó)外在天然氣化工方面已取得很多工業(yè)化成氣化工基礎(chǔ)研究的工業(yè)化提供良好的條件。果,而國(guó)內(nèi)除小型合成氨和甲醇裝置外,基本處于小2.2劣勢(shì)分析試研究階段,主要原因是天然氣化工屬于前沿領(lǐng)域,.2.1天然氣供需市場(chǎng)分布不合理在催化劑和反應(yīng)器的開發(fā)上難度大,所需投資也大,我國(guó)天然氣資源主要分布在西部的老、少、邊、這也成為制約我國(guó)天然氣化工發(fā)展的不利因素。窮地區(qū),少部分在東北地區(qū),而天然氣消費(fèi)市場(chǎng)主要分布在東部和南部沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)。因此,下游3結(jié)語(yǔ)市場(chǎng)的開拓、培育及長(zhǎng)輸管道的建設(shè)滯后于資源的根據(jù)資源量和開發(fā)進(jìn)度,可規(guī)劃在天然氣產(chǎn)地增長(zhǎng),在一定程度上制約了天然氣化工的發(fā)展。和天然氣管道輸送沿線建設(shè)大型天然氣化工項(xiàng)目。2.2.2天然氣價(jià)格偏高要加大天然氣化工的研發(fā)力度,某些技術(shù)作為儲(chǔ)備,我國(guó)天然氣價(jià)格約為美國(guó)的1.2~1.5倍,而產(chǎn)以備應(yīng)急之需。對(duì)于已成熟的合成氨和甲醇項(xiàng)目可量?jī)H為美國(guó)的約1/20,再加上天然氣產(chǎn)業(yè)投資高、考慮投資建廠或改擴(kuò)建;對(duì)于前沿項(xiàng)目,要本著“有回收慢、周期長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)大、上下游發(fā)展不協(xié)調(diào)等不利所為,有所不為”的原則,重點(diǎn)開發(fā)廉價(jià)合成氣、二因素,限制了天然氣化工的發(fā)展。甲醚、液體燃料、低碳混合醇、低碳烯烴等生產(chǎn)技術(shù),2.2.3煤、石油與天然氣競(jìng)爭(zhēng)激烈使我國(guó)在天然氣化工方面趕超世界水平。我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)中,煤和石油占主導(dǎo)地位。我國(guó)的煤炭資源較豐富,且煤炭產(chǎn)地價(jià)格便宜。因此,參考文獻(xiàn)由煤制合成氣及下游產(chǎn)品的成本也較低,而由石油1應(yīng)衛(wèi)勇,曹發(fā)海,房鼎業(yè)碳一化工主要產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)北京:化學(xué)制的石油化工產(chǎn)品具有經(jīng)濟(jì)技術(shù)性好的特點(diǎn),對(duì)天工業(yè)出版社,2004然氣化工的發(fā)展有一定的制約作用。2張茵,李琰,李慧文.天然氣資源的化工綜合利用——回顧與展2.2.4環(huán)保法律要求低,不利于清潔燃料的推廣望見:中國(guó)天然氣化工利用第六次研討會(huì)論文集,成都:中國(guó)石天然氣本身是很好的清潔燃料,由其合成的清油學(xué)會(huì)天然氣專業(yè)委員會(huì),2004.188-2033楊震,許衛(wèi)兵,裴先渝利用資源優(yōu)勢(shì),發(fā)展天然氣化工產(chǎn)業(yè)見:潔燃料(如甲醇、二甲醚、液體燃料等)都是環(huán)境友中國(guó)天然氣化工利用第六次研討會(huì)論文集,成都:中國(guó)石油學(xué)會(huì)好燃料,但由于我國(guó)環(huán)保法律的要求低,現(xiàn)有的石油天然氣專業(yè)委員會(huì),2004.165~172路線工藝即可滿足要求,而不必采用價(jià)格較高的天(編輯段曉芳)