天然氣及其化工利用

天然氣及其化工利用汪燮卿2007,9,什么是天然氣、煤層氣、沼氣？

天然氣：從地下天然氣礦開出，主要成份為甲烷CH4，還有二氧化碳CO2和硫化氫H2S等雜質(zhì)氣體。煤層氣：一般在開采煤礦時(shí)出現(xiàn)，又叫煤礦瓦斯，主要成分也是甲烷CH4，也有二氧化碳CO2和硫化氫H2S等雜質(zhì)氣體。是煤礦瓦斯爆炸的罪魁禍?zhǔn)祝坏裟芗右岳猛ㄟ^凈化與精制，與天然氣是一樣的。沼氣：是動物有機(jī)廢棄物通過發(fā)酵產(chǎn)生的氣體，主要成分也是甲烷CH4。所有以上氣體都要經(jīng)過加工處理，才能進(jìn)入市場要脫除硫化氫，保證對人體沒有毒害，同時(shí)又要保留極微量的硫化氫，使人聞到后有警惕性；要脫除二氧化碳等雜質(zhì)，因?yàn)樗荒苋紵扔谙♂屃藲怏w，降低了熱值。因此，我們所指天然氣的利用就是利用甲烷作燃料或生產(chǎn)化學(xué)品。天然氣資源未來50年可以勘探的可采天然氣資源總量14－22萬億方。天然氣儲量增長在未來30年間可保持現(xiàn)階段快速發(fā)展的水平。截止2004年底，全國已探明天然氣地質(zhì)儲量3.36萬億立方米，通過對鄂爾多斯和四川盆地兩大低品位資源集中分布區(qū)的資源經(jīng)濟(jì)性評價(jià)，在油價(jià)25－30美元/桶（相當(dāng)于氣價(jià)1610－1730元/千方）條件下，兩大盆地中低品位資源的經(jīng)濟(jì)可采系數(shù)均可達(dá)到100%。煤層氣資源中國煤層氣可采資源量達(dá)10.87萬億立方米.主要分布在中部、西部和東部三個資源區(qū)，其中中部地區(qū)約占總量的64%，沁水盆地和鄂爾多斯盆地資源量最大.截止2006年,6個項(xiàng)目進(jìn)入商業(yè)化試生產(chǎn),已達(dá)4-5億方/年.包括陜西韓城,沁南和阜新等地.煤層氣的利用—一舉二得開發(fā)利用煤層氣可防止煤礦瓦斯爆炸,安全生產(chǎn).煤層氣經(jīng)精制分離后可作天然氣使用.沼氣資源發(fā)展禽畜養(yǎng)殖場等大型沼氣系統(tǒng),適度發(fā)展戶用沼氣系統(tǒng).2006年統(tǒng)計(jì)沼氣量為60到100億方米.2020年到400億方米.農(nóng)村最低用戶價(jià)每米0.4元.天然氣資源分布-集中在中西部500億方米/年的有四個:靖邊下古2910億方;羅家寨581億方;普光氣田2511億方;和田河氣田617億方,都在中西部地區(qū).西氣東輸、北氣南下、海氣登陸、就近供應(yīng)。西氣東輸二線，設(shè)計(jì)輸氣量為300億方，2008年開工，2010年投產(chǎn)，西起新疆霍爾果州，經(jīng)西安、南昌，南下廣州，東到上海，全長4800公里。川氣東送，輸氣量120億方，2009年建成投產(chǎn)西起四川達(dá)州市，東到上海，途經(jīng)六省二市，全長1700公里。天然氣需求預(yù)測2030年估計(jì)在3000到3500立方米；占一次能源消耗的7-9%；2050年消費(fèi)量將在4500到5000億立方米，占一次能源消耗的8-10%；另有資料稱，到2020年我國天然氣在一次能源中的使用量將有現(xiàn)在的3%提高到10%。一個天然氣時(shí)代正在到來。世界天然氣消費(fèi)結(jié)構(gòu)項(xiàng)目1985年1990年1995年2000年用量/億立方米比例/%用量/億立方米比例/%用量/億立方米比例/%用量/億立方米比例/%發(fā)電374023425022459021481020民用燃?xì)?10025459024504023547023工業(yè)燃料484030560029637030700030化工原料10506142071610818108其他3702370239024202自我消費(fèi)229014297016348016394017合計(jì)163901001920010021480100234501002005年美國天然氣消費(fèi)結(jié)構(gòu)(兆立方英尺)生產(chǎn)18.14;進(jìn)口3.39占總量16%(其中管輸2.75,LNG0.64);總量21.60;居民用4.93(23%);商業(yè)3.01(14%);工業(yè)7.03(33%);電力5.40(25%);運(yùn)輸0.03;自我消費(fèi)0.70(3%);生產(chǎn)裝置1.11(5%);我國<天然氣利用政策>經(jīng)國務(wù)院同意,發(fā)改委制訂,2007年8月30日正式實(shí)施;堅(jiān)持區(qū)別對待,明確順序,促進(jìn)天然氣科學(xué)利用、有序發(fā)展；堅(jiān)持節(jié)育優(yōu)先，提高資源利用效率；利用領(lǐng)域歸為四大類：城市燃?xì)?、工業(yè)燃料、天然氣發(fā)電和天然氣化工。我國<天然氣利用政策>綜合考慮天然氣利用的社會效益、環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益；將天然氣利用分為：優(yōu)先類、允許類、限制類和禁止類；城市燃?xì)饬袨閮?yōu)先類；禁止以天然氣為原料生產(chǎn)甲醇，禁止在大型煤炭基地所在地區(qū)建設(shè)基荷燃?xì)獍l(fā)電站；禁止以大、中型氣田所產(chǎn)天然氣為原料建LNG項(xiàng)目。我國<天然氣利用政策>對已建項(xiàng)目，維持供氣現(xiàn)狀，特別是國家批準(zhǔn)的化肥項(xiàng)目，要確保穩(wěn)定長期供應(yīng)。天然氣供應(yīng)嚴(yán)重短缺而又有條件的地方，可實(shí)施煤代氣項(xiàng)目改造。搞好供需平衡，制訂利用規(guī)劃和計(jì)劃，加強(qiáng)需求側(cè)管理，提高供應(yīng)能力，保障穩(wěn)定供氣，合理調(diào)控價(jià)格，嚴(yán)格項(xiàng)目管理。天然氣的利用—城市燃?xì)獬鞘腥細(xì)馐鞘走x:按人口自然增長率千分之五計(jì),城鎮(zhèn)人口占60%,氣化率60%,每人每年用氣60方計(jì),則需要300億方。氣價(jià)與電價(jià)的比：氣價(jià)按2.05元/方；電價(jià)按4.88元/度，按換算成熱值比較，氣價(jià)為電價(jià)的43.5%天然氣的利用—燃?xì)馄嚾粢猿鲎馄嚭凸卉囉脷獯停疵枯v車年均行駛5萬公里，百公里耗氣15立方米計(jì)，100萬輛車每年節(jié)約耗油約1000萬噸。大力發(fā)展天然氣發(fā)動機(jī)天然氣重卡裝配上柴發(fā)動機(jī)；在銀川、成都等城市，采用大型天然氣公交車；從210馬力發(fā)展到280馬力；達(dá)到歐三到歐四排放標(biāo)準(zhǔn)。天然氣的利用-冷熱電三聯(lián)供分布式發(fā)電和供電;用天然氣作燃料，采用燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，排出的高溫?zé)煔猱a(chǎn)生高溫高壓蒸汽進(jìn)入蒸汽輪機(jī)發(fā),發(fā)電后的余熱用于致冷或熱源直接供應(yīng)到用戶。熱效率可達(dá)到70%以上。天然氣（甲烷）化工利用全球天然氣化工一次加工品年總產(chǎn)量在11.6億t

以上,包括合成氨(尿素)、甲醇、乙烯(丙烯)、氫氣和合成氣(CO+H2)、乙炔、鹵代烷烴、氫氰酸、硝基烷烴、二硫化碳、炭黑等20多種及大量衍生物。目前,世界上占76%的合成氨、80%的甲醇。天然氣化工的特點(diǎn)不但低硫、氮雜質(zhì)，而且燒掉的氫/碳原子比是4：1，對大氣排放二氧化碳少得多。在富產(chǎn)國中，成本價(jià)格也合算。天然氣化學(xué)加工成油品和其它高碳數(shù)衍生物，成本高、技術(shù)難度大，因?yàn)榧淄榈奶寂c氫的結(jié)合鍵能大到435.43KJ/Mol，分子的活化和定向轉(zhuǎn)化能耗高，而乙烷為359KJ/Mol，小得多，而更高碳數(shù)的可想而知。而省下的重油和液化氣無論從技術(shù)成熟和充分利用現(xiàn)有設(shè)備改造考察，都是合算的。天然氣化工的特點(diǎn)天然氣（甲烷）氫/碳原子比為4/1，原油為1.7~1.8/1，煤炭則更低，而一般有機(jī)化合物都在2，顯然天然氣提供了更多的氫源有利。顯然，用天然氣生產(chǎn)合成氣和制氫，再進(jìn)行下游產(chǎn)品的合成、改造和擴(kuò)建原有裝置是合理的。我國現(xiàn)有的甲醇生產(chǎn)裝置我國現(xiàn)有的甲醇生產(chǎn)裝置產(chǎn)量我國甲醇消費(fèi)結(jié)構(gòu)我國甲醇年消費(fèi)量2003和2004年我國甲醇年消費(fèi)量分別為434萬噸和573萬噸，2005年我國甲醇表觀消費(fèi)量將達(dá)約620萬噸。主要應(yīng)用于：甲醇衍生物占69%，燃料占7%，溶劑占5%，醫(yī)藥占6.5%，農(nóng)藥占8.5%，其他占4%。甲醇的衍生物有100多種，年均增長率達(dá)14%。在甲醇下游產(chǎn)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年化學(xué)工業(yè)對甲醇的需求量分別約為375萬噸和454萬噸另外，醫(yī)藥工業(yè)約需甲醇分別為25萬噸和35萬噸其他方面需求量分別約20萬噸和39萬噸。

具有較高的十六烷值（55~60），是柴油的理想調(diào)合組分。用作汽油的含氧添加組分，有高的O/CH值，降低NOx的排放，降低汽車噪聲。缺點(diǎn)：熱值低，柴油為42.5MJ/Kg（10150Kcal/Kg)；DME為28.4MJ/Kg(678Kal/Kg)。僅為前者的67%.天然氣制二甲醚的經(jīng)濟(jì)評價(jià)漿態(tài)床合成二甲醚投資和成本估算20萬噸/年建設(shè)項(xiàng)目總投資9.4億元，其中建設(shè)投資8.35億元。天然氣單價(jià)0.65元/立米，制造成本為1342元/噸。DME定價(jià)按2300元/噸計(jì)。DME(二甲醚)前景目前美國AIRProductsandChemicals，日本鋼管公司（NKK）都已開發(fā)成合成氣漿態(tài)床一步法合成DME。日本四家企業(yè)擬在2006年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，在澳大利亞西海岸建裝置，利用當(dāng)?shù)睾５组_采天然氣制造DME，然后運(yùn)到日本。GTL(天然氣制液體燃料)前景國外現(xiàn)有二套工業(yè)裝置在運(yùn)行,南非的MOSSGAS能力為22500桶/天;殼牌在馬來西亞為12500桶/天,此外還有卡塔爾34000桶/天;EXXON計(jì)劃在卡塔爾100000桶/天預(yù)計(jì)到2011年可達(dá)80萬桶/天,占煉油總量1%;GTL的前景在澳大利亞Burrup新建GTL，能力為47萬噸/年,專門生產(chǎn)三類潤滑油基礎(chǔ)油和液體石蠟，2003年投產(chǎn)。SASOL與CHEVRON在尼日利亞的尼日爾三角美國合成油公司和安然公司投資3.5億美元，洲建日產(chǎn)三萬桶合成油廠，2003年投產(chǎn)。卡塔爾石油公司與SASOL在卡塔爾RasLaffan新建三萬桶/天，已在施工。預(yù)期2010年2000萬噸,2030年達(dá)1.2億噸.SASOLSPD合成餾分油1，天然氣經(jīng)蒸汽重整或部分氧化制合成氣。2，用漿態(tài)床反應(yīng)器F-T合成石蠟烴重餾分。3，通過加氫裂化異構(gòu)生產(chǎn)高質(zhì)量汽柴油。每天用240萬立方米氣，年產(chǎn)42.5萬噸液體燃料漿態(tài)床F-T合成裝置投資3~3.5億美元。天然氣價(jià)按0.5美元/MMBTU計(jì)，原料費(fèi)為5美元/桶。SHELL的SMDS合成中間餾分油（一）1995年在馬來西亞沙撈越的民都魯（Bintulu）建成年產(chǎn)50萬噸（12000桶/天）的SMDS裝置，由Shell,Petronas,Mitsubishi,和當(dāng)?shù)豐arawak合資。包括非催化自熱部分氧化制合成氣；F-T合成重質(zhì)烴和重質(zhì)烴加氫異構(gòu)裂化最大量生產(chǎn)中間餾分，航煤可達(dá)到50%，或柴油方式可達(dá)60%，十六烷指數(shù)可達(dá)75。產(chǎn)品都是直鏈烴，輕組分是優(yōu)質(zhì)的乙烯料，比常規(guī)石腦油乙烯收率提高10%以上。也可作洗滌劑原料。SHELL的SMDS合成中間餾分油（二）合理的經(jīng)濟(jì)規(guī)模為60萬桶/天的工廠，建在工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)比投資費(fèi)為2.5萬美元/天桶，按天然氣0.5美元/MMBTU計(jì)，原料費(fèi)5美元/桶，生產(chǎn)費(fèi)6美元/桶；合成氣生產(chǎn)裝置占投資50%以上。要考慮產(chǎn)品的綜合利用，包括優(yōu)質(zhì)柴油、乙烯料洗滌劑料和溶劑油。Gas-to-Liquids(GTL)的經(jīng)濟(jì)評估采用先進(jìn)技術(shù)為23美元/桶。其中采用傳統(tǒng)技術(shù)為30~35美元/桶。氣體成本為5（按氣價(jià)0.5/MCF）

操作、維修等5.64產(chǎn)品后勤5.0總可變成本：15.64比投資以2~2.5萬美元，10%折舊率,25年回收總成本23.19美元/桶。UOP/HydroMTO甲醇制烯烴國外現(xiàn)有二套工業(yè)裝置在運(yùn)行,南非的MOSSGAS能力為22500桶/天;殼牌在馬來西亞為12500桶/天,此外還有卡塔爾34000桶/天;EXXON計(jì)劃在卡塔爾100000桶/天預(yù)計(jì)到2011年可達(dá)80萬桶/天,占煉油總量1%;國外MTO進(jìn)展挪威中試:0.75噸/天;反應(yīng)器內(nèi)徑:0.1米;運(yùn)轉(zhuǎn)90多天,甲醇轉(zhuǎn)化率100%;UOP認(rèn)為可放大至30~50萬噸,放大倍數(shù)10000~15000;UOP計(jì)劃在尼日利亞建40萬噸/年乙烯規(guī)模MTO,目前尚未進(jìn)行工程設(shè)計(jì)招標(biāo),計(jì)劃2007年投產(chǎn).國內(nèi)MTO進(jìn)展完成了天然氣MTO先導(dǎo)性試驗(yàn)項(xiàng)目可行性研究報(bào)告.西安市天然氣精細(xì)化工項(xiàng)目中MTO可研報(bào)告.大慶石油管理局MTO工業(yè)化試驗(yàn)裝置的可研報(bào)告.陜西MTO萬噸級可研報(bào)告,基礎(chǔ)設(shè)計(jì),目前正在進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì),預(yù)計(jì)2005年底進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn).反應(yīng)器直徑先準(zhǔn)備放大到1米,再放大到10米流化床.陜西萬噸級MTO進(jìn)料甲醇:50噸/天(10噸/天乙烯);反應(yīng)器內(nèi)徑:1米;原料:粗甲醇(純度>80%);專用催化劑;乙烯方案,兼顧丙烯.LURGI的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析煤價(jià)元/噸100120相當(dāng)石油價(jià)$/BBL1819天然氣價(jià)元/立米0.50.60.7$/MMBTU1.7052.0462.386甲醇成本元/噸788.5863.5938.0$/噸95104113相當(dāng)石油價(jià)$/BBL192022丙烯成本元/噸基于煤3263.93基于石油3571.60規(guī)模100萬噸/年甲醇MTO裝置生產(chǎn)成本(洛陽工程公司)甲醇價(jià)元/噸10001300140015001600乙烯生產(chǎn)成本,元/噸38524761506353665669丙烯生產(chǎn)成本,元/噸36664531481951075395MTP技術(shù)LURGI法蘭克福：進(jìn)料：1.2公斤/時(shí)；反應(yīng)管?3.1；再生后C小于200~300PPM挪威試驗(yàn)裝置（2001。1~2004。4），投資80萬歐元；進(jìn)料15公斤/時(shí)；固定床高3米；丙烯收率大于60%，汽油收率高于30%；催化劑29天再生一次，壽命一年。尼日利亞用天然氣通過甲醇制烯烴投資20億美元.日產(chǎn)7500噸甲醇,需氣量616萬立米/日;年產(chǎn)乙烯／丙烯各20萬噸.氣價(jià)0.60$/百萬英熱單位(沙特0.75;科威特1.0).60萬噸甲醇制烯烴MTO物料平衡原料：321萬噸；產(chǎn)物：PE：59.9；PP：49.8；

丁二烯：12.8；

LPG：6.6；

燃料氣：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總收率%75.542.1OTO(石腦油制烯烴)產(chǎn)品和產(chǎn)值產(chǎn)品萬噸/年單價(jià)元/噸產(chǎn)值（億元）乙烯60.82648039.41丙烯30.6678020.74丁二烯11.3535003.97加氫C93.8516400.63加氫汽油25.424006.09氫0.87112000.97合計(jì)129.0471.81MTO產(chǎn)品和產(chǎn)值產(chǎn)品數(shù)量（萬噸/年）單價(jià)，元/噸產(chǎn)值（億元）乙烯59.9648038.81丙烯49.8678033.76丁二烯16.8235005.88加氫C96.6022001.45加氫汽油1.948000.15合計(jì)135.680.05原料費(fèi)用OTO：原料油：171萬噸；單價(jià)：2000元/噸；費(fèi)用：34.20億元。MTO：原料甲醇：321萬噸；單價(jià)：1300元/噸；費(fèi)用：41.72億元。天然氣制甲醇成本氣價(jià) 元/立米 0.57 0.70 0.75 0.80 0.90甲醇 元/噸 746 858 905 954 1060含稅價(jià)元/噸 873 1004 1059 1116 1240制烯烴技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較在22USD/BBL條件下，預(yù)測乙烯原料油價(jià)為2000~2100￥/T時(shí)，內(nèi)部收益率可達(dá)12%。原油價(jià)為50USD/BBL時(shí)，PE和PP等產(chǎn)品價(jià)必須相應(yīng)上調(diào)或擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)?；蛏罴庸ぁＳ杉状忌a(chǎn)烯烴稅后內(nèi)部收益率為12%時(shí)，甲醇價(jià)應(yīng)小于1300元/噸。用天然氣生產(chǎn)甲醇制烯烴，氣價(jià)應(yīng)小于0.9元/立方米，煤應(yīng)小于220元/噸。大型甲醇裝置若甲醇售價(jià)高于1600元/噸，則賣甲醇效益更好。簡要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比結(jié)果甲醇效益最好，投資回收期為7年。合成烴燃料，投資歷回收期均在14年以上。天然氣經(jīng)甲醇合成烯烴，因增加流化床反應(yīng)器和深冷分離，投資增加68%，但因烯烴售價(jià)高，回收期為12.2年。氧化偶聯(lián)合成汽油和F-T合成汽油投資回收期最長,為常規(guī)合成甲醇的5倍到9倍。總之，天然氣間接加工過程，合成氣的生產(chǎn)投資要占總投資的50