天然气化工利用

一、我国天然气化工发展总体现状

    经过近年的发展，我国天然气化工已经初具规模. 1998年天然气化工用气量为89亿m³，占全国天然气总消费量的43%；用气量主要集中于合成氨的生产，约占化工总用气量的80%，国内以天然气为原料生产合成氨和甲醇的比例仍较低，分别为20%和26%，而国外均达到80%以上；国内天然气化工利用技术水平相对落后，许多技术依赖引进；我国天然气资源与市场分布不协调，东部地区缺少气源，气价较高，制约了天然气化工的进一步发展。

    我国天然气化工在装置规模和技术水平上均与国外有一定差距。提高技术水平、装置规模及竞争能力是我国天然气化工利用的发展重点 

二、我国天然气化工现状及存在问题

1、我国主要天然气化工利用一次产品发展现状

（1）合成氨

1998年，我国天然气合成氨产量644.7万t，消耗天然气约71亿m³，天然气大氮肥15套，总产量450万t，消耗天然气约47亿m³，用气量占化工用气量的78%，占全国天然气商品量的40%。

    目前，15套天然气大氮肥产量占天然气合成氨产量的70%，中氮肥8套占11%，小氮肥70多家厂仅占19% ，天然气大氮肥装置在规模、技术水平、能耗、消耗等方面与国际水平相当，有些装置基本与国际先进的水平同步。

（2）甲醇

    以天然气为原料生产甲醇成本较低，天然气、油、煤生产甲醇相对成本比为100:140:150。因此，天然气是目前合成甲醇的主要原料，产能占全球总产能的90%以上；1999年我国甲醇生产企业200多家，总生产能力318万t/a，其中26%约83万t产能以天然气为原料；国内企业规模小，技术落后，生产成本普遍较高 ，开工率低于40%；甲醇进口量大幅增长，1999年进口量达到137万t。

   我国的甲醇装置规模较小。最大的是以煤为原料的 20万t/a装置，天然气甲醇的生产规模多在10万t/a左右；

     1990-1999年，我国甲醇的表观消费量年均增长16%， 1999年达到261万t，主要用于甲醛 、MTBE和醋酸 生产。预计2005年总需求量为374万t 

甲醇市场集中在东部地区，华东地区和华南地区是主要生产和消费地区；西北和华中地区甲醇的产能大于需求 ；其它地区则基本处于平衡状态。

（3）甲烷氯化物   

    天然气法甲烷氯化物在技术和经济等方面不如甲醇法工艺，已在世界范围内逐步被取代。 1998年国内共有甲烷氯化物生产厂20多家，能力约17万t/a ，天然气法能力约10万t/a。 自贡鸿鹤是国内最大的天然气法甲烷氯化物生产企业，能力4万t/a，其它厂家包括重庆天原、泸州天然气等。国家已批准建设新装置均采用甲醇法工艺

（4）氢氰酸

     国内氢氰酸总产能约11万t/a，丙烯腈副产法占 38%，轻油裂解法占43%，安氏法占7%，其它方法占12%；安氏法在我国尚处于发展初期，受资源和气价影响，在国内的比重较小，远远低于国外目前60%左右水平。

（5）乙炔 

   目前国内乙炔生产以电石法为主，天然气法乙炔比例很低

    四川维尼纶厂引进BASF技术 ，经消化吸收，现有3万t/a装置运行；长寿化工厂采用维尼纶厂翻版技术建设了1.5万t/a天然气法乙炔装置，至今未能投入生产，川东盐化工项目已引进天然气乙炔装置，将转给维尼纶厂。 

2、我国天然气化工利用存在的主要问题

（1）天然气在化工原料中的比例较低；

（2）天然气化工装置规模小、技术水平落后；

（3）天然气化工布局不合理；

（4）天然气化工产品加工深度不够，附加价值低；

（5）天然气化工企业经济效益差，长期得不到改善；

（6）天然气化工仍存在低水平重复建设。

三、天然气化工发展的环境分析

1、国内天然气资源及消费情况

   我国天然气资源开发已有相当规模，天然气资源量达38万 亿Nm³，可采天然气储量14万亿Nm³；天然气资源分布不均，主要集中在中部、西部和海洋区域,分别占总资源量的30.3%、28.2%和21.4%；我国天然气开发增长较快。1985 -1998年天然气探明储量年均增长13.1% ，今后我国新增地质储量将保持较快增长速度；1998我国天然气产量223亿Nm³ ，储采比41，居世界第十八位；1998年我国煤炭占总能源消费量的72%，天然气仅占2%，石油占20%，水电占6%。我国能源结构与世界水平有很大差距。

2、天然气化工发展的环境分析

   我国天然气消费结构与世界其它国家有所不同，根据用气量依次为化工、油气田生产自用气、工业燃料、天然气发电、城市民用及商业；

   预计我国发电用气比例将由1998年的12.7%增长到2005年的22%，到2010年达31%；城市燃气用气由1998年的12％增至2005年的26.4%，2010年达到28％。化工用气比例会有所下降，由1998的43.5%降至2005年的22.3%，2010年为17.3%；化工用气量仍会保持一定增长，由1998的89亿m³增加到2005年约140-145亿m³，2010年增加到190亿m³国外天然气化工发展现状和趋势

3、国外天然气化工利用现状

   1997年，世界天然气消费量为2.2万亿m³，用于化工的约占5%左右，世界化工消费的天然气在1000亿m³以上。

   八十年代以来，天然气在化工上的消费比例下降，但绝对数量有所增长，甲醇、氢氰酸、OXO产品等保持了较快的发展。

   合成氨和甲醇是天然气化工最重要的两种产品，消费的天然气占世界化工消费天然气量的90%以上。

   世界天然气法合成氨占合成氨总产量的76%左右（包括中国）；天然气法甲醇占甲醇总产量的80%以上。

  天然气生产氢氰酸和OXO化学品近年来有较大发展，但对天然气的绝对消费量仍然较小。

  天然气制乙炔在七十年代受到乙烯工业的冲击，在经历萎缩后，多年来维持现状，预期在短期内不会改变。

  二硫化碳、甲烷氯化物等，从环保角度分析，不会有太大的发展。

4、国外天然气化工利用发展趋势

    化工消费天然气总量仍会上升，但在天然气消费总量的比例将有所下降，中东、新西兰等天然气价格较低地区的天然气化工将保持快速增长，欧、美、日等传统化工发达地区，天然气化工所占比例将有所下降。

   天然气合成氨和甲醇仍将在天然气化工利用中占主导地位，但在总量中所占比例将略有下降；天然气制乙烯、合成油以及在其它有机合成中的应用将进一步走向工业化，比例将有所上升。

   世界天然气化工的发展趋势是用天然气生产石油化工基础原料，开发环境友好的化工工艺过程与产品，发展清洁燃料的生产与应用。

   世界天然气化工科技研究的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。

5、以天然气为原料的化工产品技术开发情况

（1）合成氨

    1999年世界合成氨能力1.6亿t，我国是最大的生产国，能力约4000万t/a，占世界总能力的25%，亚洲的77% ；除中国外,世界天然气合成氨约占合成氨总能力的85%左右；世界天然气合成氨技术已取得很大进展，吨氨能耗已从当初的39.5GJ降低到当前的29.3GJ的先进水平。

    目前世界上有竞争力的低能耗的合成氨技术有凯洛格公司的KRES及KAAP技术，技术较久远，世界上的合成氨装置最多 ICI公司的AMV技术、布朗公司的深冷净化技术、托普索公司的HTAS技术。

    当前世界合成氨技术发展趋势是老装置可用较少投资实现35-65%能力增产

新装置采用许多新的单项技术。

    我国天然气大氮肥装置基本都是以引进为主，国际先进的技术我国基本都有。

（2）甲醇

    天然气甲醇是国际公认的投资少、成本低、最具竞争力的路线，目前天然气甲醇占世界甲醇总能力的80%以上。

    甲醇生产目前主要采用中压法和低压法，以低压法为主。低压法主要有英国ICI法和德国Lurgi法；甲醇技术发展的重点是节能降耗，发展趋势是装置规模向单系列大型化方向发展。国外新建甲醇装置多数为60--85万t/a。

    国内在低压法甲醇合成技术方面取得了很大进展，西南化工研究院已成功开发低压法合成催化剂。国内已有制造15--20万t/a反应器的经验，但所需特殊材料尚需引进ICI工艺的国产化工作有一定差距，国内尚未自行设计过ICI工艺的装置。

（3）乙烯

    MTO技术目前最被看好的可实现工业化的路线，首推UOP及Norsk Hydro 公司的技术。在挪威已完成0.5t/d甲醇工业示范试验，并完成50万t/a乙烯规模的投资估算及经济评价；埃及正进行天然气-甲醇-乙烯项目的可行性研究，总投资92500万美元，工艺路线为天然气生产甲醇，然后用UOP/Norsk Hydro的MTO工艺生产烯烃，烯烃生产能力32万t/a。

   国内大连物理研究所进行了1t/d规模的中试试验；石油大学(负责催化剂研制)和清华大学(负责烯烃分离)也正在联手进行这方面的研究开发工作。

（4）合成油

    天然气制合成油是从天然气经合成气催化加氢制得烷烃和烯烃。

    80年代，Mobil公司开发成功了以天然气经甲醇制汽油的新工艺(MTG)，由于经济原因未能得到推广；90年代合成油技术主要有：适用于大型化应用的AGC-21工艺、小巧灵活的Syntroleum工艺、国际能源公司的Gascat工艺。费托合成法已有工业装置，当油价在20--25美元/桶时它能在经济上合算

（5）乙炔

   天然气乙炔比电石法乙炔经济。国外乙炔总生产能力约为250万t/a，天然气乙炔的占1/4，在美国占3/4，前苏联占2/5，我国只占3.5%。

   天然气乙炔工业化的有部分氧化法、电弧法和等离子体法。等离子体法国外于70年代工业化，在技术经济等方面均优于现有的乙炔制备方法。

   我国天然气乙炔科研工作已取得天然气部分氧化法旋焰炉和多管炉制乙炔等多项中试成果，主要技术经济指标均达到国外同期水平。四川维尼纶厂70年代末引进BASF公司的技术，现有3万t/a 运行，其中经消化吸收，建设了7500 t/a 。我国仅有中科院成都有机化学研究所开展了天然气等离子体法制乙炔的研究

（6）甲烷氯化物

    天然气法是甲烷氯化物生产的传统方法，国外目前采用该工艺的公司主要有Solvay、Asahi Glass和日本信越化学。国内目前天然气法甲烷氯化物的总能力约10万t。

    与目前国内外普遍采用的甲醇法工艺比较，以天然气为原料生产甲烷氯化物在技术和经济等方面均居于劣势，天然气法生产工艺已逐步被甲醇法取代。

（7）氰氢酸

    目前世界氢氰酸生产能力约160万t，60%左右以天然气为原料。氢氰酸主要生产方法有：以天然气为原料的安氏法、丙烯腈生产中的副产、甲醇氨氧化法、轻油裂解法、氰熔体法。  

   丙烯腈副产法生产成本低，产品质量好，经济竞争能力强，但要受丙烯腈生产的限制。

   安氏法与轻油裂解法相比，流程短，投资省，具有较强的竞争优势。目前国内安氏法装置规模较小，仅为0.3万t/a，原材料消耗较国外高出10-15%，生产成本与轻油裂解法相当；国外安氏法氰氢酸装置生产规模较大，一般都在万t以上。

（8）二甲醚

    天然气制二甲醚是由天然气制液体燃料的的最佳方案之一，多家公司进行了合成气一步法合成二甲醚的研究，已取得了工业化成果。共有3种典型的生产工艺：

托普索公司气相法、空气产品与化学品公司液相法、NKK公司液相法。

    国内目前的二甲醚由甲醇经固定床催化脱水生产，可产出高质量的气雾剂级二甲醚，但成本偏高，限制了其作为化工原料和燃料的用途。

四、发展我国天然气化工的几点建议

1、天然气化工发展指导思想：保持与国家整体产业布局相一致，围绕国家西部大开发战略和“西气东输”工程的实施，紧紧抓住天然气工业迅速发展的契机,有计划有步骤发展我国天然气化工工业，在发展传统天然气化工产品的同时，促进天然气化工新产品开发，围绕解决石油化工的原料多样化、环境友好化工工艺过程与产品的开发、清洁燃料的生产与应用等重大课题，达到天然气化工与石油化工优势互补的目的。

2、天然气化工发展的原则

（1）优先考虑环境影响和社会效益，充分发挥天然气为清洁能源的优势，最大限度的减少化学工业对环境的不利影响。

（2）注重经济效益，“十五”天然气利用化工项目要真正做到“有市场、有效益、有投资回报。

（3）优先考虑依托老厂改造，降低投资。

（4）新建天然气化工基地，要考虑能源综合利用，通过节能降耗，降低成本。

（5）坚持高技术原则，在改造新建中都要优先采用新技术，同时要跟踪国外天然气化工利用的进展情况，采用新技术开拓天然气化工新领域。

（6）坚持规模效益，建设具有经济规模的大型天然气化工基地。

（7）合理利用资源，实现资源最佳配置，发挥比较优势，协调东西部地区经济协调发展。

3、天然气化工发展具体建议

    我国氮肥行业约有50%的产量不具备国际竞争能力。如果部分以油原料的企业不享受内部补贴，小氮肥企业不再享受税收优惠政策，这个比例会更大。因此，氮肥行业的形势相当严峻。预计2005年和2015年国内氮肥需求量将分别达到2828万t和3095万t，如考虑淘汰部分不具有竞争能力的小装置，则“十五“期间提高国产氮肥的有效能力的任务依然十分紧迫。

“十五“氮肥工业重点抓好以大、中企业为代表的降低成本、提高技术、节能、增产、提高产品质量的改造。改造内容包括：现有部分天然气大化肥挖潜扩能改造；以油品为原料的大中型氮肥原料路线改造；无烟煤价格较高的大、中型氮肥厂，采用当地廉价煤、先进煤气化技术的原料路线改造；大、中型氮肥厂的增产、节能技术改造；部分氮肥企业增建大颗粒造粒系统，改善产品结构的改造。同时，通过在有资源的地区进行增产改造、扩建、新建等手段，调整基础氮肥的区域布局，部分无资源优势的基础氮肥生产厂要逐步退出基础肥料的生产。

    对现有天然气头大化肥中的凯洛格型进行改造，提高生产能力，降低消耗。改造后装置能力可提高30~65%。国内采用布朗流程的装置有4套，装置设计余量很小，是否进行改造和改造增产幅度需视各装置的设计和运行情况投分析研究后确定。ICI-AMV型合成氨装置的设计余量也较小。根据测算，在尿素出厂价在1150元/t时，大型氮肥装置增产50%，要达到12%的收益率，可承受天然气价格为0.74元/Nm³。

    重油或轻油改天然气：西部地区有较廉价的天然气资源、选择改造后重油有出路的厂进行原料路线的改造。东部和中部地区的大中型氮肥厂，轻油厂在天然气价格低于0.70元/Nm³，重油厂在低于0.73元/Nm³时，才可考虑改为天然气，否则应考虑改造为以煤为原料，在煤价不高于255-280元/t时，改煤有较强的竞争力。

    慎重选择有廉价天然气的地区建设大型氮肥装置：由于当前尿素价格较低，新建大型氮肥装置对天然气价格的承受能力很低。根据测算，在尿素出厂价在1050元/t时，要达到9%的氮肥行业基准收益率，天然气价格不能超过0.42元/Nm³；尿素出厂价在1150元/t时，气价不能超过0.60元/Nm³ 。从长远看,只要粮食价格稳定，化肥价格上涨的可能性不大。我国廉价的天然气都在西部地区,远离市场，还需考虑运输问题。因此，对新建天然气大氮肥需慎重研究和决策。