天然气利用新技术_王丹

第24卷第2期山　西　化　工V o l.24　N o.2 2004年5月SHAN X I CHEM ICA L IN D U ST RY M ay2004

天然气利用新技术

王　丹,　闫　磊

(太原市煤气公司,山西　太原　030021)

摘要:阐述了能源是实现我国经济可持续发展的重要保障,也是人类赖以生存的基础。分析了世界

天然气新技术的发展,从燃气联合循环发电、汽车代用燃料、民用液化燃料、天然气制冷技术、燃料

电池等五个方面讲述了天然气利用新技术的应用。

关键词:天然气;利用;新技术;能源

中图分类号:T E6 文献标识码:A 文章编号:1004-7050(2004)02-0060-03

1　我国能源状况

能源是实现我国经济可持续发展的重要保障,也是人类赖以生存的基础。从总量上看,我国是一个能源生产大国,同时也是一个能源消费大国。能源利用状况能够反映出一个国家的经济发展水平,它是研究经济发展战略问题的重要依据。目前我国煤炭产量已居世界首位。煤炭在一次能源中占有很大的比重。近年来我国在能源结构调整上花费了很大的力量,采取了很多措施,使能源结构由依赖煤炭的单一结构逐步形成了以煤为主、多源互补的能源生产体系。我国一次能源消费结构及预测见表1。

表1　一次能源消费结构及预测

年份煤/%石油/%天然气/%水电/%核电/% 199873.518.6 2.2 5.71

200071.024.0 2.7 2.10.2

201560.928.87.0 2.50.8 由表1可知,虽然煤炭在一次能源中的比例,由原来的96%已经下降到目前的71.0%,甚至到2015年可望调整到60.9%,但是以煤为主的能源格局不会有根本性的改变。

在20世纪80年代以前我国城市燃气以发展人工煤气为主,80年代至90年代初期液化石油气得

收稿日期:2004-02-11

作者简介:王　丹,女,1971年出生,太原理工大学无机化工专业毕业,学士学位,工程师,现任太原市煤气公司教育科副科长。到极快的发展,到90年代末期以后,天然气有了更大的发展。随着社会经济快速发展以及对环境保护的要求日益提高,国家从政策上来引导加快发展城市燃气项目,我国城市燃气的开发、建设和利用将进入一个新的发展时期。随着天然气储量的不断发现,西气东输工程正在大力推进,“十五”期间,将主要利用国内已落实的天然气资源,建成西气东输的管道大动脉。这为我国发展天然气化工,加速我国化学工业结构调整和现代化进程提供了前所未有的良好机遇,因此,应积极发展现代天然气利用技术。

2　世界天然气新技术的发展

当前国际上天然气化工利用战略研究的目标是为21世纪全球能源和石油化工原料转变作技术准备,研究重点是天然气直接或间接转化,生产液体燃料、烯烃、芳烃和含氧有机化学品四大领域。其研究工作比较活跃,许多新一代的天然气化工产品正处于工业化的进程,如天然气制乙烯技术(M TO)、天然气合成油技术(GTL)、天然气制二甲醚等。不同工艺技术路线的技术经济、工业价值尚待实践肯定,应积极跟踪世界技术的进展,及时作出决策。天然气化工的发展是庞大的系统工程,需要开发和应用并举,上、中、下游一体化,要统筹规划、协调发展。2.1　发展趋势

天然气化工对人类的经济生活和社会生活产生了巨大的影响。在天然气化工转化的四条路线(氨、甲醇、乙炔、合成油)中,氨和甲醇的生产线主要向降

低物耗和生产成本,延伸下游产品链并生产高附加值产品方向发展;乙炔化工以生产精细化学品作为发展方向;而天然气合成油则是在于提高生产工艺的竞争力,包括合成高附加值、高品质的石蜡产品、润滑油等,并降低装置投资费用及其消耗指标。

2.2　已具备工业化条件的新技术

已基本具备了工业化生产条件的天然气化工新技术包括:天然气制合成气技术、甲醇制低碳烯烃技术、合成二甲醚技术、合成低碳混合醇技术、二氧化碳加氢合成甲醇技术、合成乙醇技术、旋焰炉制乙炔联产乙烯技术、天然气非催化氧化制甲醇技术等。其中,由于二甲醚是一种可用于压缩点火而替代柴油的清洁车用燃料,并可作为液化石油气的代用品,因此,利用合成气制备二甲醚的研制开发工作有特殊意义,降低成本后有非常广阔的市场前景,备受关注,有的已具备了大规模工业化的条件。

2.3　研发中的新技术

以天然气(主要是甲烷)为原料,在技术经济方面可能产生显著优势,因而具有潜在工业应用价值。正在开发中的新技术有:甲烷氧化偶联制乙烯技术、新的造气及合成油新技术、新合成甲醇技术、甲烷官能团化制烯烃及液烃技术和甲烷制芳烃技术等。其中,以甲醇为原料制低碳烯烃(M TO)和以天然气为原料制乙烯最受关注,它使天然气化工与石油化工融为一体,具有重要的战略价值和技术经济意义。

3　天然气利用新技术的应用

3.1　燃气联合循环发电

天然气是最清洁的化工燃料,按单位当量比较,一般来说,燃烧天然气排放的SO2仅为燃煤排放的1/1200,或不排放,排放CO2为燃煤排放的1/2,天然气不排放烟尘。天然气联合循环发电是将燃气轮机与锅炉、汽轮机结合在一起发电的技术,其主要特点之一是发电效率极高。目前,以天然气为燃料的联合循环发电机组的净效率最高可达到58.5%,并且即将研制出净效率为60%的联合循环发电装置。天然气联合循环发电是目前效率最高的大规模发电技术。联合循环发电技术的进步是近年及今后一段时期天然气消费量大幅增长的主要推动因素。天然气及其联合循环发电技术已成为当今世界发电业首选燃料和发电技术。

3.2　汽车代用燃料和民用液化燃料

除已大规模市场应用的CN G汽车外,用天然气作汽车燃料的还有液化天然气(LN G)和吸附天然气(AN G)以及主要用天然气作原料的甲醇和二甲醚。近年发展起来的二甲醚(DM E)产品既可替代柴油作汽车燃料,也可替代LPG作民用液化燃料。

3.3　天然气制冷技术

天然气作能源制冷技术的市场运用已有40多年的历史,近年来随着该技术的进步,又开始向电力空调占统治地位的民用和商用市场发起挑战。目前,天然气制冷在美国和日本应用较广,主要是商业和民用建筑的大、中型中央空调系统。2000年,天然气制冷空调的天然气消费量达56×108m3,约占40%的制冷市场份额,民用住宅也有10%用天然气空调。世界天然气制冷市场的发展潜力很大,前景看好。近年,我国天然气制冷技术也已快速起步。3.4　燃料电池

燃料电池是一种将贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。它不通过热机过程,不受卡诺循环的限制,能量转化效率高,已成为当今世界发达国家竞相研制开发的一种新型发电技术。燃料电池是发电装置,电极对燃料(现主要是氢气)起催化离解作用,电极本身基本不发生变化,产生能量的燃料由电池外供给,只要连续通入燃料就不断输出电能,消耗掉的是燃料。天然气是生产氢气的最佳原料,世界上约有80%的氢气是通过天然气蒸气转化法生产的,因此天然气制氢具有一定的竞争力。天然气蒸气转化可得3倍体积的氢,外加等体积的一氧化碳。一氧化碳拿来作羰基合成和含氧化合物(OXO)产品,其价值比变换后得到的氢要高,经济效益好。天然气是燃料电池的最佳燃料。

3.5　天然气制乙炔

自60年代后期石油化工迅速发展以来,天然气制乙炔及其衍生物作为工业化学品已明显衰落,乙炔作为有机化学品之母的美称已不复存在,乙炔的工业需用价值大大下降。目前世界上天然气制乙炔的比重已很小,其衍生物仅存于某些领域。天然气制乙炔属高能耗工业,能否继续存活或发展首先取决于原料价格,亦取决于其后加工产品的附加值。现在有个别企业初步规划出以适价的天然气从天然气制乙炔开始进行深加工的方案,经多步深加工,得到高附加值、有前景的产品,认为可能是有效益的,但在新技术来源和技术经济评价上仍有待深入研究。

4　开发天然气利用新领域,拉动经济健康持续发展

在天然气燃料利用的新技术中,天然气联合循

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　2004年5月 王　丹等,天然气利用新技术