我国天然气化工发展研究

石油化工282 PETROCHEMICAL TECHNOLOGY2005年第34卷增刊我国天然气化工发展研究张宝军,徐显明,迟克彬,张志翔,肖海成(中国石油大庆石化分公司研究院,黑龙江大庆163714)摘要]通过阐述天然气化工的现状和利用途径,分析我国发天然气化工的优势和劣势,对我国天然气化工的发展提出了建议关键词]天然气;化工;二甲醚;甲醇;氨液体燃料;烯烃【中分类号]TQ517[文献标识码]A天然气是一种埋藏于地下的可燃性气体,无色求不严,液体燃料市场需求少。我国实施的柴油含无味,主要成分中85%~95%(体积分数)为甲烷。硫标准较低常规炼油工业生产的汽、柴油即能满足与煤和石油等黑色能源相比,天然气燃烧过程中所要求。(2)我国在天然气制合成油技术方面尚处于产生的氮化物、CO和可吸入悬浮微粒极少,几乎不小试或中试研究开发阶段,距工业化应用还有一定产生导致酸雨的SO2,而CO2的排放量为煤的CO2距离。(3)投资成本高。排放量的40%左右,燃烧后无废渣和废水,因此天目前,天然气制液体燃料必须着眼于高附加值然气是一种重要的清洁能源。产品的研发,要求催化剂具有催化活性高、甲烷生成量低、抗硫和抗积碳能力强、耐磨性好等特点。因1天然气化工此,我国液体燃料生产技术的发展,还应加强科研开天然气化工是以甲烷为原料合成化工产品或液发力度降低投资和成本,以便当原油价格上涨国体燃料的有机化工工业,主要用于制乙炔、氨液体家对环保要求严格时,能抓住机会,适时进行工业化燃料、低碳烯烃和含氧化合物2。生产。1.1天然气制乙炔1.4天然气制低碳烯烃炭黑、甲烷氯化物、氢氰酸、CS2和乙炔等为石1.4.1天然气经合成气制低碳烯烃油化工时代之前天然气化工的主要产品。但随着以目前,合成气制烯烃已成为费托合成中新的研乙烯为代表的石油化工技术的发展,与石油化工工究方向之一,但在转化过程中还有一些核心问题有艺及其产品相比天然气制乙炔的生产工艺及其衍待解决:在CO加氢合成烃类反应中如何抑制甲烷生物显然落后而缺乏竞争力,其原因主要是天然气的生成和经典的费托合成产物受 Schulz-Flory-分制乙炔工艺能耗物耗太高。国外早已停止发展天然布规律的限制。为解决这些问题,一些科研单位在气制乙炔装置。在我国乙烯生产已具相当规模的今催化剂的改进方面进行了大量的研究。尽管前景诱天,一般不宜再发展天然气制乙炔装置。人,但目前天然气经合成气制低碳烯烃技术离工业1.2天然气制氨化尚有一定距离,还应加强科研开发力度,降低投资我国是合成氨产量和用量第一大国,2001年合和生产成本,适时进行工业化。成氨的设计能力为42.60Mt/a,产量为34.07Ma;1.4.2甲烷氧化偶联制乙烯预计2010年我国合成氨的产量将达36.00~38.00甲烷通过合成气转化,在能量利用上很不经济。Ma。由于我国农业对氮肥的需求量日益增加建将甲烷直接氧化脱氢制乙烯,摆脱造气工序,无疑具议对合成氨装置进行扩能改造。有巨大的经济效益,这一方向近年来受到国内外的1.3天然气制液体燃料重视。美国Arco公司开发的催化剂在700 Shellso, yntroleum等大公司都有合成液体800℃、空速600~10000h的条件下,甲烷转化率燃料的工业装置,而且运行稳定。就我国目前的形为25,烃类选择性为75%(其中乙烯选择性势来看,进行天然气制液体燃料的工业生产还为时50%),催化剂的寿命大于半年;完成了350ka乙过早,由天然气制液体燃料的时机还不成熟3。主作者筒介]张宝军(1973-),男,黑龙江省肇东市人,硕士,工程要原因有:(1)国家对燃料尾气排放的环保法规要师电话0459-6769283,电邮 baojun8oo.com.cn增刊张宝军等我国天然气化工发展研究283烯装置的模拟设计,初步测算需投资1.6亿美元,预度,进行合成气一步法制二甲醚的研究,降低投资和计乙烯成本可低于现行石脑油裂解制乙烯的成本。成本,并进行中试放大研究,以便当国家法律对环保肯达 Eindhoren大学完成了反应器设计在海牙召要求严格时,能抓住机会,适时进行工业化。开的美国化学工程师欧洲年会上被认为是最有前途1.5.2天然气制甲醇的设计。荷兰科学家提出了两种方案:方案一甲烷甲醇是基本有机原料和清洁的液体燃料,是潜转化率为30%,C2烃选择性为80%;方案二甲烷转在的天然气化工大户。甲醇最大的潜在市场在于进化率为50%,C2烃选择性为50%;以1989年1月一步合成油,转化为烯烃或芳烃,作为石油化工基础的价格为计算基准,方案一投资为1.7亿美元,方案原料的补充;如果这一领域能工业化,并与传统石油二投资为2.07亿美元;而采用传统的石脑油裂解工化工有竞争力,甲醇的需求量有望大幅度提高。目艺,投资则高达4.7亿美元;预计乙烯的成本为前天然气制甲醇技术成熟,可组织大规模生产。450~550美元/t,均低于石脑油裂解制乙烯的成本。1.5.3天然气制低碳混合醇等其它含氧化合物我国兰州物理化学研究所通过3年多的工作,研制天然气经合成气制低碳混合醇的典型工艺包括的催化剂(碱金属/过渡金属复合氧化物)的甲烷转(/)《SnamprcgetIiMASLurgi公司的MAS工艺、Lurgi公司的化率达25%~35%,C烃的选择性为70%~80%。Octamix工艺、Dow公司及IFP公司的工艺,这些工我国已把甲烷氧化偶联制乙烯的研究工作列为科技艺已完成了工业化的准备工作,但迄今为止并未建攻关重点项目因此由于技术和经济性问题,甲烷成工业装置,主要原因在于成本较高,目前在经济上氧化偶联制乙烯还需进一步研究。难于立足,因此是今后科研开发的主要目标。1.5天然气制含氧化合物综上所述,可将天然气化工分为3个领域:一是1.5.1天然气制二甲醚产品缺乏竞争力不宜再建的领域(如天然气制乙二甲醚是21世纪的清洁燃料(可作为汽车发炔);二是工艺相对成熟、可以考虑采用先进的技术动机的燃料民用燃料)其污染物排放量大大低于进行投资建厂或改扩建的领域(如天然气制氨、甲现有燃料。同时二甲醚可用作气雾剂、环保制冷剂、醇等);三是前景乐观但有待进一步研究开发的领汽油(柴油)添加剂液化石油气添加剂醇基燃料域(如天然气制液体燃料、低碳烯烃、二甲醚、低碳添加剂和低碳烯烃的主要原料之一。由于目前二甲混合醇等)。醚主要由甲醇脱水生产,纯度高,但成本也较高,因此用量很小;此外,在多数地区甲醇脱水法制二甲醚2我国发展天然气化工竞争力分析的生产成本尚不具备与柴油或液化气的竞争能力,2.1优势分析因此,这方面的应用正处于开发推广阶段,尚未2.1.1天然气资源丰富普及。我国的天然气资源丰富。我国拥有11100km我国20世纪90年代初期开发建设了甲醇制二的天然气输送管道。已建设的西气东输管道工程,甲醚的小型工业生产装置,到90年代中后期发展加西起新疆塔里木盆地,东至上海,将促进天然气化工快,在扩大装置规模的基础上,工艺技术水平提高。的迅速发展。国内二甲醚装置的开工率较低,其主要原因是:(1)2.1.2天然气投资主体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国除与壳牌勘探(中国)有限公司签订了对于气雾剂市场已饱和;作为柴油替代品,其价格难外合作石油协议、共同开发长庆油气区长北气田的以承受。这是制约二甲醚大规模产业化的主要因天然气资源外,目前正和一些国际性的大型石油及素。(2)国家对燃料尾气排放的环保法规要求不严天然气公司的附属公司进行谈判,合作建设天然气格,燃料市场需求少。由于二甲醚燃烧充分,污染物管道。这些项目将有助于带动天然气化工市场的排放低,因此是很好的清洁燃料,如果有国家政策和发展。法规的支持,同时依靠科研部门和企业界的大力推2.1.3气化一体为天然气化工提供保证进,其前景相当乐观。但就目前的情况看,我国没有天然气化工产品的价格受原料价格影响很大。严格的环保标准,再加上二甲醚作替代燃料价格偏我国的天然气资源都控制在中国石油、中国石化和高,因此市场需求量少。中国海洋石油等大公司手中,如果能建设大型天然因此,同液体燃料一样,还应加强科研开发力气化工基地,将气化形成一体,定能为天然气化工提石油化工284 PETROCHEMICAL TECHNOLOGY2005年第34卷供良好的保证。然气清洁燃料,因此限制了天然气化工的发展。2.1.4重视天然气化工科研开发2.2.5下游产品过于分散,不能形成规模效益目前,包括中国科学院大连化学物理研究所、山天然气化工的下游产品(尤其是甲醇下游产西煤炭化学研究所、兰州化学物理研究所、清华大品)丰富,但由于其下游产品品种过于分散,不能形学、吉林大学等单位非常重视天然气化工的科研工成规模效益,难以与石油化工的乙烯相比。作2001年,中国石油和中国科学院在大庆石化分2.2.6天然气化工技术难度大公司研究院联合成立天然气化工中试基地,为天然国外在天然气化工方面已取得很多工业化成气化工基础研究的工业化提供良好的条件。果,而国内除小型合成氨和甲醇装置外,基本处于小2.2劣势分析试研究阶段,主要原因是天然气化工属于前沿领域,.2.1天然气供需市场分布不合理在催化剂和反应器的开发上难度大,所需投资也大,我国天然气资源主要分布在西部的老、少、边、这也成为制约我国天然气化工发展的不利因素。穷地区,少部分在东北地区,而天然气消费市场主要分布在东部和南部沿海经济发达地区。因此,下游3结语市场的开拓、培育及长输管道的建设滞后于资源的根据资源量和开发进度,可规划在天然气产地增长,在一定程度上制约了天然气化工的发展。和天然气管道输送沿线建设大型天然气化工项目。2.2.2天然气价格偏高要加大天然气化工的研发力度,某些技术作为储备,我国天然气价格约为美国的1.2~1.5倍,而产以备应急之需。对于已成熟的合成氨和甲醇项目可量仅为美国的约1/20,再加上天然气产业投资高、考虑投资建厂或改扩建;对于前沿项目,要本着“有回收慢、周期长、风险大、上下游发展不协调等不利所为,有所不为”的原则,重点开发廉价合成气、二因素,限制了天然气化工的发展。甲醚、液体燃料、低碳混合醇、低碳烯烃等生产技术,2.2.3煤、石油与天然气竞争激烈使我国在天然气化工方面赶超世界水平。我国的能源结构中,煤和石油占主导地位。我国的煤炭资源较丰富,且煤炭产地价格便宜。因此,参考文献由煤制合成气及下游产品的成本也较低,而由石油1应卫勇,曹发海,房鼎业碳一化工主要产品生产技术北京:化学制的石油化工产品具有经济技术性好的特点,对天工业出版社,2004然气化工的发展有一定的制约作用。2张茵,李琰,李慧文.天然气资源的化工综合利用——回顾与展2.2.4环保法律要求低,不利于清洁燃料的推广望见:中国天然气化工利用第六次研讨会论文集,成都:中国石天然气本身是很好的清洁燃料,由其合成的清油学会天然气专业委员会,2004.188-2033杨震,许卫兵,裴先渝利用资源优势,发展天然气化工产业见:洁燃料(如甲醇、二甲醚、液体燃料等)都是环境友中国天然气化工利用第六次研讨会论文集,成都:中国石油学会好燃料,但由于我国环保法律的要求低,现有的石油天然气专业委员会,2004.165~172路线工艺即可满足要求,而不必采用价格较高的天(编辑段晓芳)