21世纪的天然气

21世纪的天然气化工

摘要：本文主要介绍天然气的性质，我国天然气资源的现状和消费，天然气化工应用以及发展前景。

关键词：天然气、化工应用、发展前景

1.天然气的性质

天然气是一种多组分的混合气态化石燃料，无色、无味、无毒、可燃。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。

天然气燃料是各种替代燃料中最早广泛使用的一种，它分为压缩天然气（CNG）和液化天然气（LNG）两种。燃烧后生成二氧化碳和水, 产生的温室气体是煤炭燃烧的1 /2, 石油的2 /3，它具有单位热值高、排气污染小、供应可靠、价格低等优点，是未来社会普遍采用的清洁能源。

2.我国天然气资源现状及消费量

我国是天然气资源比较丰富的国家，近年来，天然气勘探取得重大突破，陆上已在川渝、陕甘宁、新疆和青海形成四大气区；海上气田以渤海、南海西部地区和东海西湖凹陷作为重点勘探和增加产量的地区。

21世纪以来，我国天然气市场大规模的发展，天然气消费量以每年两位数的速度增长。2010至2014年间，国内天然气产量保持稳定增长。2010年国内天然气产量同比大幅增长12.1%。与此同时国内天然气表观消费量首次突破千亿立方米，达到1070.3亿立方米，同比大幅增长15.9%。此后天燃气市场继续扩大，2011年，天然气产量也突破千亿立方米大关，达到1025.3亿立方米，而表观消费量也创历史记录达到1307.1亿立方米，同比增长20.5%，预计到2020年天然气需求量将进一步增至10%，达到2037亿立方米。天然气已经越来越成为日常生活不可或缺的能源。

3. 天然气化工应用

天然气化工比较发达的国家有美国、苏联、加拿大等。中国天然气化工起步较晚与发达国家还有一定的差距，中国天然气化工主要应用于氮肥的生产，其次是甲醇、甲醛、乙炔、二氯甲烷、四氯化碳、二硫化碳、硝基甲烷、氢氰酸和炭黑以及提取氦气。

21世纪以来，可持续发展成为指导生产建设的核心思想，且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。政府一系列的政策鼓励使得天然气工业迅速发展。据相关资料表明，纯天然气的化工利用主要有四条途径：先转化制成合成气（一氧化碳和氢气），或含氢很高的合成氨原料气，然后进一步合成甲醇、氨、高级醇和羰基化产品；部分氧化制乙炔；热裂解制乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯和乙炔；直接制造化工产品，如炭黑、氢氰酸、各种氯甲烷、硝基甲烷、甲醇和甲醛等。至今直接转化法只能生产一些年产量不高的化工产品。但直接法制化工产品流程短，经济性更好，因此这个领域的研发仍在持续进行，目前，天然气经合成气制化工产品是天然气化工利用的主流技术路线。下面简单介绍天然气的化工应用实例。

（1）制合成氨

合成氨是生产氮肥不可替代的主要原料，由于石油价格居高不下，导致重油价格上升，以天然气为原料的化肥比以重油为原料的化肥成本上有明显的优势，因此，气头化肥成为生产的重点。由于技术的进步，油头改气头化肥已经相当成熟。

（2）制甲醇

甲醇是碳化学的关键产品，又是重要的化工原料，同时还是未来清洁能源之一，既广泛用于生产塑料、合成纤维、合成橡胶、染料、香料、饲料、医药、农药等，还可与汽油掺合或替代汽油作为动力燃料。随着科技发展，甲醇的燃料用途越来越受重视。与轻油或煤炭为原料相比，天然气制甲醇具有流程简单、投资省、成本低等优点，所以，近几年来有天然气条件的地方都在酝酿新上较大规模的甲醇装置。

但是，2012年10月31日，我国发改委网站公布《天然气利用政策》，新建或扩建以天然气为原料生产甲醇及甲醇生产下游产品装置，以天然气代煤制甲醇项目被列为禁止类。主要有三方面原因：我国甲醇产能过剩；我国甲醇生产技术水平不高，装置普遍生产规模小，而且能耗高；国内煤炭制甲醇和国外甲醇生产天然气价格相比竞争力不强，与国外相比，我国甲醇用天然气价格较高，即使在天然气产地，气价也在0.7—0.9元/m³，甲醇生产企业难以承受。

（3）制烯烃

目前，世界上99%的乙烯来自使用石脑油、轻柴油和轻烃作原料，而用天然气为原料则是一条新工艺路线。当前天然气制烯烃的研究开发主要有三种方法：天然气直接合成制烯烃称为一步法；天然气经合成气制烯烃称为二步法；天然气经甲醇或二甲醚制烯烃称为三步法。

目前的四种工艺技术分别是MTO技术、MTP技术（甲醇路线）、SDTO技术（二甲醚路线）、OCM技术。国内外MTO技术基本完成技术开发工作，正在进行工业试验且已进入工业化推广阶段，MTP技术已进入工业化阶段，国内研究刚刚起步，与国外差距较大。以天然气或煤生产合成气制甲醇或二甲醚，再以甲醇或二甲醚制烯烃的三步法是石油化工原料制乙烯和丙烯的替代路线，因而发展以煤或天然气为主要原料制备低碳烯烃技术具有重要的意义。随着合成气生产技术、甲醇合成技术，甲醇或二甲醚制烯烃技术的不断进步，以煤或天然气经合成气制烯烃路线的经济性将会日益显著。

（4）经合成气制二甲醚

二甲醚的燃烧性能好，热效率高，燃烧过程中无残渣、无黑烟，CO、NO排量低，其燃烧性能优于柴油，二甲醚还可掺入石油液化气、煤气或天然气混烧并能提高热量，≥95%的二甲醚可直接作为替代液化气的燃料使用。所以，它将可能是取代液化气的一种理想的清洁燃料。二甲醚的用途广泛，还可用于许多精细化学品的合成及气雾剂推进料。二甲醚工业生产技术分为合成气直接合成和甲醇脱水法两种工艺。甲醇脱水法包括液相法和气相法，其中气相脱水法是二甲醚生产的主要方法。目前，由合成气直接合成二甲醚现已取得工业化成果。

（5）直接合成芳烃

甲烷无氧条件下脱氢芳构化(DHAM)制芳烃, 是近年甲烷优化利用的新方法之一,是生产芳烃的非石油原料新路线,国内外都进行了大量开发研究。

4.发展前景

21世纪，资源和能源的利用以及其与环境保护的矛盾人们不可忽视的问题，而天然气作为一种更清洁、更优质、更经济的清洁能源和化工原料, 已在国际上得到了广泛的认同, 大力发展天然气是大势所趋。越来越多的国家意识到天然气化工的重要性，油气并举甚至以天然气为主的思想正逐渐被人们所接受。开发利用天然气是国民经济持续发展的重要动力。随着天然气将成为石油的补充和替代能源，天然气化工利用成为新世纪石油化工的重点。我国天然气资源比较丰