天然气及其化工利用.

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1、天然气及其化工利用 汪燮卿 2007,9, 什么是天然气、煤层气、沼气？ n天然气：从地下天然气矿开出，主要成份为甲 烷CH4，还有二氧化碳CO2和硫化氢H2S等杂质 气体。 n煤层气：一般在开采煤矿时出现，又叫煤矿瓦 斯，主要成分也是甲烷CH4，也有二氧化碳CO2 和硫化氢H2S等杂质气体。 是煤矿瓦斯爆炸的罪魁祸首；但若能加以利 用通过净化与精制，与天然气是一样的。 n沼气：是动物有机废弃物通过发酵产生的气体 ，主要成分也是甲烷CH4 。 所有以上气体都要经过加工处 理，才能进入市场 n要脱除硫化氢，保证对人体没有毒害， 同时又要保留极微量的硫化氢，使人闻 到后有警惕性； n要脱除二氧化碳

2、等杂质，因为它不能燃 烧，等于稀释了气体，降低了热值。 n因此，我们所指天然气的利用就是利用 甲烷作燃料或生产化学品。 天然气资源 n未来50年可以勘探的可采天然气资源总量14 22万亿方。天然气储量增长在未来30年间可保 持现阶段快速发展的水平。 n截止2004年底，全国已探明天然气地质储量 3.36万亿立方米， n通过对鄂尔多斯和四川盆地两大低品位资源集 中分布区的资源经济性评价，在油价2530美 元/桶（相当于气价16101730元/千方）条件 下，两大盆地中低品位资源的经济可采系数均 可达到100%。 煤层气资源 n中国煤层气可采资源量达10.87万亿立方 米. n主要分布在中部、西部

3、和东部三个资源 区，其中中部地区约占总量的64%，沁水 盆地和鄂尔多斯盆地资源量最大. n截止2006年,6个项目进入商业化试生产, 已达4-5亿方/年.包括陕西韩城,沁南和 阜新等地. 煤层气的利用一举二得 n开发利用煤层气可防止煤矿瓦斯爆炸,安 全生产. n煤层气经精制分离后可作天然气使用. 沼气资源 n发展禽畜养殖场等大型沼气系统,适度发 展户用沼气系统. n2006年统计沼气量为60到100亿方米. n2020年到400亿方米. n农村最低用户价每米0.4元. 天然气资源分布-集中在中西部 n500亿方米/年的有四个:靖边下古2910亿方;罗 家寨581亿方;普光气田2511亿方;和田

4、河气田 617亿方,都在中西部地区. n西气东输、北气南下、海气登陆、就近供应。 n西气东输二线，设计输气量为300亿方，2008 年开工，2010年投产，西起新疆霍尔果州，经 西安、南昌，南下广州，东到上海，全长4800 公里。 n川气东送，输气量120亿方，2009年建成投产 西起四川达州市，东到上海，途经六省二市， 全长1700公里。 天然气需求预测 n2030年估计在3000到3500立方米；占一 次能源消耗的7-9%； n2050年消费量将在4500到5000亿立方米 ，占一次能源消耗的8-10%； n另有资料称，到2020年我国天然气在一 次能源中的使用量将有现在的3%提高到 10

5、%。 n一个天然气时代正在到来。 世界天然气消费结构 项目1985年1990年1995年2000年 用量 /亿立方 米 比例 /% 用量 /亿立方米 比例 /% 用量 /亿立方米 比例 /% 用量 /亿立方米 比例 /% 发电374023425022459021481020 民用燃气410025459024504023547023 工业燃料484030560029637030700030 化工原料10506142071610818108 其他3702370239024202 自我消费229014297016348016394017 合计16390100192001002148010023450

6、100 2005年美国天然气消费结构(兆立 方英尺) n生产18.14; n进口3.39占总量16%(其中管输 2.75,LNG0.64); n总量21.60; n居民用4.93(23%);商业3.01(14%);工业 7.03(33%);电力5.40(25%);运输0.03; 自我消费0.70(3%);生产装置1.11(5%); 我国 n经国务院同意,发改委制订,2007年8月30 日正式实施; n坚持区别对待,明确顺序,促进天然气科 学利用、有序发展； n坚持节育优先，提高资源利用效率； n利用领域归为四大类：城市燃气、工业 燃料、天然气发电和天然气化工。 我国 n综合考虑天然气利用的社会

7、效益、环保效益和 经济效益； n将天然气利用分为：优先类、允许类、限制类 和禁止类； n城市燃气列为优先类； n禁止以天然气为原料生产甲醇， n禁止在大型煤炭基地所在地区建设基荷燃气发 电站； n禁止以大、中型气田所产天然气为原料建LNG 项目。 我国 n对已建项目，维持供气现状，特别是国家批准 的化肥项目，要确保稳定长期供应。 n天然气供应严重短缺而又有条件的地方，可实 施煤代气项目改造。 n搞好供需平衡，制订利用规划和计划，加强需 求侧管理，提高供应能力，保障稳定供气，合 理调控价格，严格项目管理。 天然气的利用城市燃气 n城市燃气是首选:按人口自然增长率千分 之五计,城镇人口占60%,气

8、化率60%,每人 每年用气60方计,则需要300亿方。 n气价与电价的比：气价按2.05元/方；电 价按4.88元/度，按换算成热值比较，气 价为电价的43.5% 天然气的利用燃气汽车 n若以出租汽车和公交车用气代油，按每 辆车年均行驶5万公里，百公里耗气15立 方米计，100万辆车每年节约耗油约1000 万吨。 大力发展天然气发动机 n天然气重卡装配上柴发动机； n在银川、成都等城市，采用大型天然气 公交车； n从210马力发展到280马力； n达到欧三到欧四排放标准。 天然气的利用- 冷热电三联供 n分布式发电和供电; n用天然气作燃料，采用燃气轮机发电， 排出的高温烟气产生高温高压蒸汽进

9、入 蒸汽轮机发,发电后的余热用于致冷或热 源直接供应到用户。 n热效率可达到70%以上。 天然气（甲烷）化工利用 全球天然气化工一次加工品年总产量在 11.6亿t 以上,包括合成氨(尿素) 、甲 醇、乙烯(丙烯) 、氢气和合成气(CO + H2) 、乙炔、卤代烷烃、氢氰酸、硝基 烷烃、二硫化碳、炭黑等20 多种及大量 衍生物。目前,世界上占76 %的合成氨、 80 %的甲醇。 天然气化工的特点 n不但低硫、氮杂质，而且烧掉的氢/碳原子比 是4：1，对大气排放二氧化碳少得多。 n在富产国中，成本价格也合算。 n天然气化学加工成油品和其它高碳数衍生物， 成本高、技术难度大，因为甲烷的碳与氢的结 合

10、键能大到435.43KJ/Mol，分子的活化和定向 转化能耗高，而乙烷为359KJ/Mol，小得多， 而更高碳数的可想而知。而省下的重油和液化 气无论从技术成熟和充分利用现有设备改造考 察，都是合算的。 天然气化工的特点 n天然气（甲烷）氢/碳原子比为4/1，原 油为1.71.8/1，煤炭则更低，而一般有 机化合物都在2，显然天然气提供了更多 的氢源有利。 n显然，用天然气生产合成气和制氢，再 进行下游产品的合成、改造和扩建原有 装置是合理的。 我国现有的甲醇生产装置 我国现有的甲醇生产装置产量 我国甲醇消费结构 我国甲醇年消费量 2003和2004年我国甲醇年消费量分别为434万吨和573

11、万吨，2005年我国甲醇表观消费量将达约620万吨。 主要应用于：甲醇衍生物占69%，燃料占7%，溶剂占5% ，医药占6.5%，农药占8.5%，其他占4%。 甲醇的衍生物有100多种，年均增长率达14%。 在甲醇下游产品中，甲醛占30%，醋酸占12%，甲胺占 4.7%，甲基丙烯酸甲酯占10%。 2003和2004年化学工业对甲醇的需求量分别约为375万 吨和454万吨 另外，医药工业约需甲醇分别为25万吨和35万吨 其他方面需求量分别约20万吨和39万吨。 n具有较高的十六烷值（5560），是柴油 的理想调合组分。 n用作汽油的含氧添加组分，有高的O/CH 值，降低NOx的排放，降低汽车噪声。

12、 n缺点：热值低，柴油为42.5MJ/Kg （ 10150Kcal/Kg)；DME为 28.4MJ/Kg(678Kal/Kg)。仅为前者的 67%. 天然气制二甲醚的经济评价 浆态床合成二甲醚投资和成本估 算 n20万吨/年建设项目总投资9.4亿元，其 中建设投资8.35亿元。 n天然气单价0.65元/立米，制造成本为 1342元/吨。 nDME定价按2300元/吨计。 DME(二甲醚)前景 n目前美国AIR Products and Chemicals ，日本钢管公司（NKK）都已开发成合成 气浆态床一步法合成DME。 n日本四家企业拟在2006年实现商业化， 在澳大利亚西海岸建装置，利用当

13、地海 底开采天然气制造DME，然后运到日本。 GTL(天然气制液体燃料)前景 n国外现有二套工业装置在运行,南非的 MOSSGAS能力为22500桶/天;壳牌在马来 西亚为12500桶/天,此外还有卡塔尔 34000桶/天;EXXON计划在卡塔尔100000 桶/天 n预计到2011年可达80万桶/天,占炼油总 量1%; GTL的前景 在澳大利亚Burrup新建GTL，能力为47万吨/年, 专门生产三类润滑油基础油和液体石蜡，2003年 投产。 nSASOL 与CHEVRON在尼日利亚的尼日尔三角 n美国合成油公司和安然公司投资3.5亿美元， 洲建日产三万桶合成油厂，2003年投产。 n卡塔尔

14、石油公司与SASOL在卡塔尔Ras Laffan 新建三万桶/天，已在施工。 n预期2010年2000万吨,2030年达1.2亿吨. SASOL SPD 合成馏分油 n1，天然气经蒸汽重整或部分氧化制合成气。 n2，用浆态床反应器F-T合成石蜡烃重馏分。 n3，通过加氢裂化异构生产高质量汽柴油。 n每天用240万立方米气，年产42.5万吨液体燃 料 n浆态床F-T合成装置投资33.5亿美元。 n天然气价按0.5美元/MMBTU计，原料费为5美元 /桶。 SHELL的SMDS合成中间馏分油（一 ） n1995年在马来西亚沙捞越 的民都鲁（Bintulu ）建成年产50万吨（12000桶/天）的S

15、MDS装置 ，由Shell, Petronas, Mitsubishi, 和当地 Sarawak合资。 n包括非催化自热部分氧化制合成气；F-T合成 重质烃和重质烃加氢异构裂化最大量生产中间 馏分，航煤可达到50%，或柴油方式可达60%， 十六烷指数可达75。 n产品都是直链烃，轻组分是优质的乙烯料，比 常规石脑油乙烯收率提高10%以上。也可作洗 涤剂原料。 SHELL的SMDS合成中间馏分油（二 ） n合理的经济规模为60万桶/天的工厂，建 在工业发达地区比投资费为2.5万美元/ 天桶，按天然气0.5美元/MMBTU计，原料 费5美元/桶，生产费6美元/桶；合成气 生产装置占投资50%以上。

16、 n要考虑产品的综合利用，包括优质柴油 、乙烯料洗涤剂料和溶剂油。 Gas-to-Liquids(GTL)的经济评估 n采用先进技术为23美元/桶。其中 n采用传统技术为3035美元/桶。 n 气体成本为5（按气价0.5/MCF） n 操作、维修等5.64 n 产品后勤5.0 n 总可变成本：15.64 n 比投资以22.5万美元，10% 折旧率,25 年回收 n总成本23.19美元/桶。 UOP/Hydro MTO甲醇制烯烃 n国外现有二套工业装置在运行,南非的 MOSSGAS能力为22500桶/天;壳牌在马来 西亚为12500桶/天,此外还有卡塔尔 34000桶/天;EXXON计划在卡塔尔100000 桶/天 n预计到2011年可达80万桶/天,占炼油总 量1%; 国外MTO进展 n挪威中试:0.75吨/天; n反应器内径:0.1米; n运转90多天,甲醇转化率100%; nUOP认为可放大至3050万吨,放大倍数 1000015000; nUOP计划在尼日利亚建40万吨/年乙烯规 模MTO,目前尚未进行工程