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天然气化工现状及发展动向常宏岗(中国石油西南油气田公司天然气研究院)摘要结合天然气化工利用的两条技术路线:一是天然气直接转化制化工产品;二是天然气先转化为合成气再生产化工产品。综述了我国天然气化工技术现状,国内天然气化工利用以生产合成氨和甲醇为主。并介绍了发展天然气化工需要解决的技术问题。关键词天然气化工利用合成氨甲醇能源作为人类社会和经济发展的基本条件之一,历来为世界所瞩目。在经历了以薪柴为主、煤炭为主的时代之后,从上世纪70年代开始又进入了以石油为主的时代。随着经济和科学技术的发展,特别是人类对生活质量和生存环境要求的日益提高,天然气作为优质、洁净的燃料和化工原料,越来越引起人们的重视。中国已跻身于世界能源生产和消费大国行列。上世纪80年代以来,我国在加强天然气资源的勘探、开发和利用方面采取了一系列措施,取得了可喜的进展,西气东输、忠武管线工程相继建成投产。根据新的资源评价结果,中国天然气资源量47×1012m3,可探明天然气资源量22×1012m3,可采资源量14×1012m3。加快天然气工业的发展,已成为当今世界的趋势,2004年我国天然气产量407.7×108m3,同比增加18.5%。作为重要的能源,天然气在不久的将来将取代石油,成为世界消费最大的一次能源。中国化工行业是天然气的第一大用户,年化工用气达100多亿立方米,占全年天然气总产量的近1/3。估计到2020年化工领域对天然气的需求将达到325×108m3。以天然气为原料的一次加工产品主要有合成氨、甲醇、炭黑等近20个品种,经二次或三次加工后的重要化工产品则包括甲醛、醋酸、碳酸二甲酯等50个品种以上。在化工原料中,大概有90%以上的天然气用于生产化肥。其中氮肥企业的天然气需求量最大,目前国内的氮肥年生产能力已经达到2910×104t。1天然气化工利用的技术路线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。天然气化工利用技术经几十年发展形成了两条技术路线:一是天然气直接转化制化工产品;二是天然气先转化为含H2、CO的合成气再生产化工产品。至今天然气直接转化只能生产一些年产量不大的化工产品,如乙炔、甲烷氯化物、硝基甲烷、二硫化碳、氢氰酸和炭黑等,全球年产量在几十万吨至百多万吨范围。由于天然气直接转化制化工产品流程短,有希望经济性更好,这个领域的研究开发仍在持续进行,最受关注的研究开发项目有甲烷氧化偶联制乙烯、甲烷直接转化制甲醇等,目前尚未看到明显的工业化前景。天然气经合成气制化工产品的技术开发始于20世纪20年代。最初是用焦炉气中分离出的甲烷为原料,开发甲烷蒸汽转化制合成气工艺。到20世纪50年代,天然气在北美被大规模开采建成运输管网后,天然气才得到大规模化工利用。至今天然气经合成气制化工产品已成为天然气化工利用的主流技术路线。按合成气生产的化工产品组成可分为三大类:含氮化合物(氨及下游产品)、含氧化合物(醇、醛、酸、醚和酯类化合物)和烃类化合物。其中,天然气制氨和制甲醇以及近期开发的甲醇羰化制醋酸等工艺在技术经济上较其它原料路线有明显的优势。2天然气化工主要发展动向2.1天然气制合成气将天然气转化成合成气,再进一步生产合成氨、甲醇、液体燃料与烯烃,或者利用CO再合成一系列精细化工产品,是目前天然气化工生产通用的技术路线。可以认为合成气制备工艺是整个天然气化工的基础。围绕合成气造气过程的节能降耗及氢碳比灵活调节,开发了若干合成气制造技术(见图1),虚线框内为近年研究活跃的新技术。传统的蒸汽转化可经济地用于中、小型生产装置,蒸汽转化与自热式转化相结合适合大型合成气生产装置。2.2天然气制合成氨天然气是比煤和石油更好的生产合成氨的原料,第34卷第6期天然气化工现状及发展动向463生产技术成熟。合成氨发展主要体现在催化剂、造气、能量利用三方面。以天然气为原料(传统工艺)的平均吨能耗为36.66GJ,最低为32.84GJ;以天然气为原料(节能型工艺)的平均吨能耗为34.12GJ,最低为31.05GJ;以石脑油为原料的平均吨能耗为38.68GJ,最低为37.01GJ。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Topsфe公司低能耗工艺。Kel2logg技术在世界上应用最广,有160余套,总产能占50%左右。2004年我国合成氨全年产量首次突破4000×104t,达4222×104t,以天然气为原料的合成氨产量约占22%。我国以天然气、轻油为原料的合成氨装置主要是大型合成氨装置,以天然气为原料的有14套,采用了凯洛格传统工艺、凯洛格-TEC工艺、丹麦托普