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年美国天然气消费结构(兆立方英尺)生产18.14;进口3.39占总量16%(其中管输2.75,LNG0.64);总量21.60;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<天然气利用政策>经国务院同意,发改委制订,2007年8月30日正式实施;坚持区别对待,明确顺序,促进天然气科学利用、有序发展；坚持节育优先，提高资源利用效率；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<天然气利用政策>综合考虑天然气利用的社会效益、环保效益和经济效益；将天然气利用分为：优先类、允许类、限制类和禁止类；城市燃气列为优先类；禁止以天然气为原料生产甲醇，禁止在大型煤炭基地所在地区建设基荷燃气发电站；禁止以大、中型气田所产天然气为原料建LNG项目。我国<天然气利用政策>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。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。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%,气化率60%,每人每年用气60方计,则需要300亿方。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天然气重卡装配上柴发动机；在银川、成都等城市，采用大型天然气公交车；从210马力发展到280马力；达到欧三到欧四排放标准。天然气的利用-冷热电三联供分布式发电和供电;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。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。在富产国中，成本价格也合算。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。天然气化工的特点天然气（甲烷）氢/碳原子比为4/1，原油为1.7~1.8/1，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。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。

具有较高的十六烷值（55~60），是柴油的理想调合组分。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。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20万吨/年建设项目总投资9.4亿元，其中建设投资8.35亿元。天然气单价0.65元/立米，制造成本为1342元/吨。DME定价按2300元/吨计。DME(二甲醚)前景目前美国AIRProductsandChemicals，日本钢管公司（NKK）都已开发成合成气浆态床一步法合成DME。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。SASOL与CHEVRON在尼日利亚的尼日尔三角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。卡塔尔石油公司与SASOL在卡塔尔RasLaffan新建三万桶/天，已在施工。预期2010年2000万吨,2030年达1.2亿吨.SASOLSPD合成馏分油1，天然气经蒸汽重整或部分氧化制合成气。2，用浆态床反应器F-T合成石蜡烃重馏分。3，通过加氢裂化异构生产高质量汽柴油。每天用240万立方米气，年产42.5万吨液体燃料浆态床F-T合成装置投资3~3.5亿美元。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）1995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SMDS装置，由Shell,Petronas,Mitsubishi,和当地Sarawak合资。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。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）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。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)的经济评估采用先进技术为23美元/桶。其中采用传统技术为30~35美元/桶。气体成本为5（按气价0.5/MCF）

操作、维修等5.64产品后勤5.0总可变成本：15.64比投资以2~2.5万美元，10%折旧率,25年回收总成本23.19美元/桶。UOP/HydroMTO甲醇制烯烃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/天预计到2011年可达80万桶/天,占炼油总量1%;国外MTO进展挪威中试:0.75吨/天;反应器内径:0.1米;运转90多天,甲醇转化率100%;UOP认为可放大至30~50万吨,放大倍数10000~15000;UOP计划在尼日利亚建40万吨/年乙烯规模MTO,目前尚未进行工程设计招标,计划2007年投产.国内MTO进展完成了天然气MTO先导性试验项目可行性研究报告.西安市天然气精细化工项目中MTO可研报告.大庆石油管理局MTO工业化试验装置的可研报告.陕西MTO万吨级可研报告,基础设计,目前正在进行详细设计,预计2005年底进行工业试验.反应器直径先准备放大到1米,再放大到10米流化床.陕西万吨级MTO进料甲醇:50吨/天(10吨/天乙烯);反应器内径:1米;原料:粗甲醇(纯度>80%);专用催化剂;乙烯方案,兼顾丙烯.LURGI的技术经济分析煤价元/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/年甲醇MTO装置生产成本(洛阳工程公司)甲醇价元/吨10001300140015001600乙烯生产成本,元/吨38524761506353665669丙烯生产成本,元/吨36664531481951075395MTP技术LURGI法兰克福：进料：1.2公斤/时；反应管ø3.1；再生后C小于200~300PPM挪威试验装置（2001。1~2004。4），投资80万欧元；进料15公斤/时；固定床高3米；丙烯收率大于60%，汽油收率高于30%；催化剂29天再生一次，寿命一年。尼日利亚用天然气通过甲醇制烯烃投资20亿美元.日产7500吨甲醇,需气量616万立米/日;年产乙烯／丙烯各20万吨.气价0.60$/百万英热单位(沙特0.75;科威特1.0).60万吨甲醇制烯烃MTO物料平衡原料：321万吨；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(石脑油制烯烃)产品和产值产品万吨/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产品和产值产品数量（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OTO：原料油：171万吨；单价：2000元/吨；费用：34.20亿元。MTO：原料甲醇：321万吨；单价：1300元/吨；费用：41.72亿元。天然气制甲醇成本气价 元/立米 0.57 0.70 0.75 0.80 0.90甲醇 元/吨 746 858 905 954 1060含税价元/吨 873 1004 1059 1116 1240制烯烃技术经济比较在22USD/BBL条件下，预测乙烯原料油价为2000~2100￥/T时，内部收益率可达12%。原油价为50USD/BBL时，PE和PP等产品价必须相应上调或扩大生产规模或深加工。由甲醇生产烯烃税后内部收益率为12%时，甲醇价应小于1300元/吨。用天然气生产甲醇制烯烃，气价应小于0.9元/立方米，煤应小于220元/吨。大型甲醇装置若甲醇售价高于1600元/吨，则卖甲醇效益更好。简要的技术经济对比结果甲醇效益最好，投资回收期为7年。合成烃燃料，投资历回收期均在14年以上。天然气经甲醇合成烯烃，因增加流化床反应器和深冷分离，投资增加68%，但因烯烃售价高，回收期为12.2年。氧化偶联合成汽油和F-T合成汽油投资回收期最长,为常规合成甲醇的5倍到9倍。总之，天然气间接加工过程，合成气的生产投资要占总投资的50