天然气及其化工利用

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？

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。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。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；要脱除二氧化碳等杂质，因为它不能燃烧，等于稀释了气体，降低了热值。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。截止2004年底，全国已探明天然气地质储量3.36万亿立方米，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25－30美元/桶（相当于气价1610－1730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%。煤层气资源中国煤层气可采资源量达10.87万亿立方米.主要分布在中部、西部和东部三个资源区，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.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—一举二得开发利用煤层气可防止煤矿瓦斯爆炸,安全生产.煤层气经精制分离后可作天然气使用.沼气资源发展禽畜养殖场等大型沼气系统,适度发展户用沼气系统.2006年统计沼气量为60到100亿方米.2020年到400亿方米.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500亿方米/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;和田河气田617亿方,都在中西部地区.西气东输、北气南下、海气登陆、就近供应。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。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2030年估计在3000到3500立方米；占一次能源消耗的7-9%；2050年消费量将在4500到5000亿立方米，占一次能源消耗的8-10%；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%。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163901001920010021480100234501002005年美美国天然气消消费结构(兆兆立方英尺)生产18.14;进口3.39占总量16%(其中管管输2.75,LNG0.64);总量21.60;居民用4.93(23%);商业3.01(14%);工工业7.03(33%);电力5.40(25%);运输输0.03;自我消费费0.70(3%);生生产装置1.11(5%);我国<天然气气利用政策>经国务院同意意,发改委制制订,2007年8月30日正式实实施;坚持区别对待待,明确顺序序,促进天然然气科学利用用、有序发展展；坚持节育优先先，提高资源源利用效率；；利用领域归为为四大类：城城市燃气、工工业燃料、天天然气发电和和天然气化工工。我国<天然气气利用政策>综合考虑天然然气利用的社社会效益、环环保效益和经经济效益；将天然气利用用分为：优先先类、允许类类、限制类和和禁止类；城市燃气列为为优先类；禁止以天然气气为原料生产产甲醇，禁止在大型煤煤炭基地所在在地区建设基基荷燃气发电电站；禁止以大、中中型气田所产产天然气为原原料建LNG项目。我国<天然气气利用政策>对已建项目，，维持供气现现状，特别是是国家批准的的化肥项目，，要确保稳定定长期供应。。天然气供应严严重短缺而又又有条件的地地方，可实施施煤代气项目目改造。搞好供需平衡衡，制订利用用规划和计划划，加强需求求侧管理，提提高供应能力力，保障稳定定供气，合理理调控价格，，严格项目管管理。天然气的利用用—城市燃气气城市燃气是首首选:按人口口自然增长率率千分之五计计,城镇人口口占60%,气化率60%,每人每每年用气60方计,则需需要300亿亿方。气价与电价价的比：气气价按2.05元/方；电价价按4.88元/度度，按换算算成热值比比较，气价价为电价的的43.5%天然然气气的的利利用用——燃燃气气汽汽车车若以以出出租租汽汽车车和和公公交交车车用用气气代代油油，，按按每每辆辆车车年年均均行行驶驶5万万公公里里，，百百公公里里耗耗气气15立立方方米米计计，，100万万辆辆车车每每年年节节约约耗耗油油约约1000万万吨吨。。大力力发发展展天天然然气气发发动动机机天然然气气重重卡卡装装配配上上柴柴发发动动机机；；在银川、成成都等城市市，采用大大型天然气气公交车；；从210马马力发展到到280马马力；达到欧三到到欧四排放放标准。天然气的利利用-冷冷热电三联联供分布式发电电和供电;用天然气作作燃料，采采用燃气轮轮机发电，，排出的高高温烟气产产生高温高高压蒸汽进进入蒸汽轮轮机发,发发电后的余余热用于致致冷或热源源直接供应应到用户。。热效率可达达到70%以上。天然气（甲甲烷）化工工利用全球天然气气化工一次次加工品年年总产量在在11.6亿亿t以上,包括括合成氨(尿素)、、甲醇、、乙烯(丙丙烯)、、氢气和合合成气(CO+H2)、、乙炔、、卤代烷烃烃、氢氰酸酸、硝基烷烷烃、二硫硫化碳、炭炭黑等20多种及及大量衍生生物。目前前,世界上上占76%的合成成氨、80%的甲甲醇。天然气化工工的特点不但低硫、、氮杂质，，而且烧掉掉的氢/碳碳原子比是是4：1，，对大气排排放二氧化化碳少得多多。在富产国中，，成本价格也也合算。天然气化学加加工成油品和和其它高碳数数衍生物，成成本高、技术术难度大，因因为甲烷的碳碳与氢的结合合键能大到435.43KJ/Mol，分子的的活化和定向向转化能耗高高，而乙烷为为359KJ/Mol，，小得多，而而更高碳数的的可想而知。。而省下的重重油和液化气气无论从技术术成熟和充分分利用现有设设备改造考察察，都是合算算的。天然气化工的的特点天然气（甲烷烷）氢/碳原原子比为4/1，原油为为1.7~1.8/1，，煤炭则更低低，而一般有有机化合物都都在2，显然然天然气提供供了更多的氢氢源有利。显然，用天然然气生产合成成气和制氢，，再进行下游游产品的合成成、改造和扩扩建原有装置置是合理的。。我国现有的甲甲醇生产装置置我国现有的甲甲醇生产装置置产量我国甲醇消费费结构我国甲醇年消消费量2003和2004年我我国甲醇年消消费量分别为为434万吨吨和573万万吨，2005年我我国甲醇表观观消费量将达达约620万万吨。主要应用于：：甲醇衍生物物占69%，，燃料占7%，溶剂占5%，医药占占6.5%，，农药占8.5%，其他他占4%。甲醇的衍生物物有100多多种，年均增增长率达14%。在甲醇下游产产品中，甲醛醛占30%，，醋酸占12%，甲胺占占4.7%，，甲基丙烯酸酸甲酯占10%。2003和2004年化化学工业对甲甲醇的需求量量分别约为375万吨和和454万吨吨另外，医药工工业约需甲醇醇分别为25万吨和35万吨其他方面需求求量分别约20万吨和39万吨。具有较高的十十六烷值（55~60）），是柴油的的理想调合组组分。用作汽油的含含氧添加组分分，有高的O/CH值，，降低NOx的排放，降降低汽车噪声声。缺点：热值低低，柴油为42.5MJ/Kg（（10150Kcal/Kg)；DME为28.4MJ/Kg(678Kal/Kg)。仅仅为前者的67%.天然气制二甲甲醚的经济评评价浆态床合成二二甲醚投资和和成本估算20万吨/年年建设项目总总投资9.4亿元，其中中建设投资8.35亿元元。天然气单价0.65元/立米，制造造成本为1342元/吨吨。DME定价按按2300元元/吨计。DME(二甲甲醚)前景目前美国AIRProductsandChemicals，，日本钢管公公司（NKK）都已开发发成合成气浆浆态床一步法法合成DME。日本四家企业业拟在2006年实现商商业化，在澳澳大利亚西海海岸建装置，，利用当地海海底开采天然然气制造DME，然后运运到日本。GTL(天然然气制液体燃燃料)前景国外现有二套套工业装置在在运行,南非非的MOSSGAS能力力为22500桶/天;壳牌在马来来西亚为12500桶/天,此外还还有卡塔尔34000桶桶/天;EXXON计划划在卡塔尔100000桶/天预计到2011年可达80万桶/天天,占炼油总总量1%;GTL的前景景在澳大利亚Burrup新建GTL，能力为47万吨/年年,专门生产三类类润滑油基础础油和液体石石蜡，2003年投产。SASOL与与CHEVRON在尼尼日利亚的尼尼日尔三角美国合成油公公司和安然公公司投资3.5亿美元，，洲建日产三万万桶合成油厂厂，2003年投产。卡塔尔石油公公司与SASOL在卡塔塔尔RasLaffan新建三万桶/天，已在施施工。预期2010年2000万吨,2030年达1.2亿吨.SASOLSPD合合成馏分油1，天然气经经蒸汽重整或或部分氧化制制合成气。2，用浆态床床反应器F-T合成石蜡蜡烃重馏分。。3，通过加氢氢裂化异构生生产高质量汽汽柴油。每天用240万立方米气气，年产42.5万吨液液体燃料浆态床F-T合成装置投投资3~3.5亿美元。。天然气价按0.5美元/MMBTU计，原料费费为5美元/桶。SHELL的的SMDS合合成中间馏分分油（一）1995年在在马来西亚沙沙捞越的民民都鲁（Bintulu）建成年产产50万吨（（12000桶/天）的的SMDS装装置，由Shell,Petronas,Mitsubishi,和当地地Sarawak合资。。包括括非非催催化化自自热热部部分分氧氧化化制制合合成成气气；；F-T合合成成重重质质烃烃和和重重质质烃烃加加氢氢异异构构裂裂化化最最大大量量生生产产中中间间馏馏分分，，航航煤煤可可达达到到50%，，或或柴柴油油方方式式可可达达60%，，十十六六烷烷指指数数可可达达75。。产品品都都是是直链链烃，，轻轻组组分分是是优优质质的的乙乙烯烯料料，，比比常常规规石石脑脑油油乙乙烯烯收收率率提提高高10%以以上上。。也也可可作作洗洗涤涤剂剂原原料料。。SHELL的的SMDS合合成成中中间间馏馏分分油油（（二二））合理理的的经经济济规规模模为为60万万桶桶/天天的的工工厂厂，，建建在在工工业业发发达达地地区区比比投投资资费费为为2.5万万美美元元/天天桶桶，，按按天天然然气气0.5美美元元/MMBTU计计，，原原料料费费5美美元元/桶桶，，生生产产费费6美美元元/桶桶；；合合成成气气生生产产装装置置占占投投资资50%以以上上。。要考考虑虑产产品品的的综综合合利利用用，，包包括括优优质质柴柴油油、、乙乙烯烯料料洗洗涤涤剂剂料料和和溶溶剂剂油油。。Gas-to-Liquids(GTL)的的经经济济评评估估采用用先先进进技技术术为为23美美元元/桶桶。。其其中中采用用传传统统技技术术为为30~35美美元元/桶桶。。气体体成成本本为为5（（按按气气价价0.5/MCF））操作作、、维维修修等等5.64产品品后勤勤5.0总可可变变成成本本：：15.64比投资资以2~2.5万美美元，，10%折折旧旧率,25年回回收总成本本23.19美美元/桶。。UOP/HydroMTO甲醇醇制烯烯烃国外现现有二二套工工业装装置在在运行行,南南非的的MOSSGAS能能力为为22500桶桶/天天;壳壳牌在在马来来西亚亚为12500桶/天,此外外还有有卡塔塔尔34000桶/天;EXXON计计划在在卡塔塔尔100000桶桶/天天预计到到2011年可可达80万万桶/天,占炼炼油总总量1%;国外MTO进展展挪威中中试:0.75吨/天;反应器器内径径:0.1米;运转90多多天,甲醇醇转化化率100%;UOP认为为可放放大至至30~50万万吨,放大大倍数数10000~15000;UOP计划划在尼尼日利利亚建建40万吨吨/年年乙烯烯规模模MTO,目前前尚未未进行行工程程设计计招标标,计计划2007年年投产产.国内MTO进展展完成了了天然然气MTO先导导性试试验项项目可可行性性研究究报告告.西安市市天然然气精精细化化工项项目中中MTO可可研报报告.大庆石石油管管理局局MTO工工业化化试验验装置置的可可研报报告.陕西MTO万吨吨级可可研报报告,基础础设计计,目目前正正在进进行详详细设设计,预计计2005年底底进行行工业业试验验.反应器直直径先准准备放大大到1米米,再放放大到10米流流化床.陕西万吨吨级MTO进料甲醇醇:50吨/天天(10吨/天天乙烯);反应器内内径:1米;原料:粗粗甲醇(纯度>80%);专用催化化剂;乙烯方案案,兼顾顾丙烯.LURGI的技技术经济济分析煤价元/吨100120相当石油价$/BBL1819天然气价元/立米0.50.60.7$/MMBTU1.7052.0462.386甲醇成本元/吨788.5863.5938.0$/吨95104113相当石油价$/BBL192022丙烯成本元/吨基于煤3263.93基于石油3571.60规模100万吨吨/年甲甲醇MTO装置置生产成成本(洛洛阳工程程公司)甲醇价元/吨10001300140015001600乙烯生产成本,元/吨38524761506353665669丙烯生产成本,元/吨36664531481951075395MTP技技术LURGI法兰兰克福：：进料：：1.2公斤/时；反反应管øø3.1；再生生后C小小于200~300PPM挪威试验验装置（（2001。1~2004。。4），，投资80万欧欧元；进进料15公斤/时；固固定床高高3米；；丙烯收收率大于于60%，汽油油收率高高于30%；催催化剂29天再再生一次次，寿命命一年。。尼日利亚亚用天然然气通过过甲醇制制烯烃投资20亿美元元.日产7500吨吨甲醇,需气量量616万立米米/日;年产乙烯烯／丙烯烯各20万吨.气价0.60$/百万万英热单单位(沙沙特0.75;科威特特1.0).60万吨吨甲醇制制烯烃MTO物物料平衡衡原料：321万万吨；产物：PE：59.9；PP：49.8；丁二烯：：12.8；LPG：：6.6；燃料气：：1.94OTOMTO乙烯+丙烯（消耗）1.872.93乙烯+丙烯（收率）53.534.2乙烯+丙烯（能耗）77.38GJ58.4GJ总收率%75.542.1OTO(石脑油油制烯烃烃)产品品和产值值产品万吨/年单价元/吨产值（亿元）乙烯60.82648039.41丙烯30.6678020.74丁二烯11.3535003.97加氢C93.8516400.63加氢汽油25.424006.09氢0.87112000.97合计129.0471.81MTO产产品和产产值产品数量（万吨/年）单价，元/吨产值（亿元）乙烯59.9648038.81丙烯49.8678033.76丁二烯16.8235005.88加氢C96.6022001.45加氢汽油1.948000.15合计135.680.05原料费用用OTO：：原料油油：171万吨吨；单价：2000元/吨吨；费用用：34.20亿元。。MTO：：原料甲甲醇：321万万吨；单价：1300元/吨吨；费用用：41.72亿元。。天然气制制甲醇成成本气价元元/立米米 0.570.700.75 0.800.90甲醇元元/吨746 858905954 1060含税价元元/吨873 100410591116 1240制烯烃技技术经济济比较在22USD/BBL条件下下，预测测乙烯原原料油价价为2000~2100￥/T时，，内部收收益率可可达12%。原油价为为50USD/BBL时，PE和PP等产产品价必必须相应应上调或或扩大生生产规模模或深加加工。由甲醇生生产烯烃烃税后内内部收益益率为12%时时，甲醇醇价应小小于1300元元/吨。。用天然气气生产甲甲醇制烯烯烃，气气价应小小于0.9元/立方米米，煤应应小于220元元/吨。。大型甲醇醇装置若若甲醇售售价高于于1600元/吨，则则卖甲醇醇效益更更好。简要的技技术经济济对比结结果甲醇效益益最好，，投资回回收期为为7年。。合成烃燃燃料，投投资历回回收期均均在14年以上上。天然气经经甲醇合合成烯烃烃，因增增加流化化床反应应器和深深冷分离离，投资资增加68%，，但因烯烯烃售价价高，回回收期为为12.2年。。氧化偶联联合成汽汽油和F-T合合成汽油油投资回回收期最最长,为为常规合合成甲醇醇的5倍倍到9倍倍。总之，天天然气间间接加工工过程，，合成气气的生产产投资要要占总投投资的50%以以上。天然气汽汽车和液液化石油油气汽车车（燃气气汽车)我国的天天然气汽汽车工业业发展始始于1988年年，近年年来，在在“全国国清洁汽汽车行动动协调领领导小组组”的领领导和积积极推动动下，全全国12个清洁洁燃气汽汽车示范范城市（（或地区区）的燃燃气汽车车的保有有量从1999年初的的11000辆辆（其中中液化气气汽车6300余辆，，压缩天天然气汽汽车约5000余辆））增加到到4.7万辆以以上，增增长了近近4倍。。加气站站建设也也取得了了突破性性的进展展，从1999年初的的70多多座上升升为147座，，增长了了1倍。。此外，，一些未未列入清清洁汽车车试验示示范城市市的城市市和地区区，燃气气汽车的的推广应应用工作作也取得得了很大大进展。。根据据““全全国国清清洁洁汽汽车车行行动动协协调调领领导导小小组组””1999年年4月月《《清清洁洁汽汽车车行