淺談天然氣化工技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展分析

潘作志

（大慶華凱石油化工設(shè)計工程有限公司，遼寧 大連 116033）

1 概述

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和國民環(huán)保意識的提高，對能源的消耗和需求也逐年增加。煤炭、石油、天然氣為我國三大基礎(chǔ)能源資源，而天然氣以“清潔能源”著稱，在能源領(lǐng)域額外引起人民的青睞。世界每年的天然氣耗量達(dá)到能源消費總量的5%左右，除此之外，天然氣資源在化工領(lǐng)域的利用也越來越受到人們的關(guān)注，大多數(shù)國家都已經(jīng)開展了關(guān)于天然氣化工的研究、開發(fā)，利用天然氣生產(chǎn)合成氨、甲醇、乙烯、乙炔、硝基烷烴和二硫化碳等20多種衍生物，對世界工業(yè)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要的意義。本文就當(dāng)前我國天然氣化工技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展方向進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

2 天然氣化工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

從20世紀(jì)20年代至今，天然氣化工工業(yè)始終保持著穩(wěn)定、快速發(fā)展的趨勢，尤其最近幾年來，隨著世界能源需求的快速增長和環(huán)境保護(hù)壓力的不斷加大，世界各國對天然氣的重視程度也越來越高。目前，天然氣資源已經(jīng)成為世界化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域的重要支柱，成為僅次于石油和煤炭資源的第三大能源，每年的天然氣耗氣量達(dá)到世界能源年消耗總量的5%左右。目前大多數(shù)國家都已經(jīng)開展了天然氣化工的研究、開發(fā)，利用天然氣生成合成氨、甲醇、乙烯、乙炔、硝基烷烴和二硫化碳等20多種衍生物，其應(yīng)用涉及了世界經(jīng)濟(jì)的所有領(lǐng)域，對世界工業(yè)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了重要的作用。

我國天然氣化工技術(shù)的發(fā)展起步較晚，但是從20世紀(jì)90年代開始，隨著天然氣勘探技術(shù)的發(fā)展和探明儲量的快速增長，我國天然氣消費市場逐步擴(kuò)大，促進(jìn)了天然氣工業(yè)高速發(fā)展，已經(jīng)形成了一定的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，并積累了大量建設(shè)的生產(chǎn)經(jīng)驗。目前我國的天然氣化工技術(shù)主要是通過天然氣生產(chǎn)合成氨、化肥以及其他衍生物，隨著大批天然氣采氣田的開采和大批天然氣化工技術(shù)公司的建立，我國在天然氣化工衍生品領(lǐng)域的發(fā)展取得了重要成就。但是，在天然氣化工技術(shù)快速發(fā)展的同時，我們也要清楚的認(rèn)識到目前我國天然氣化工技術(shù)與國外的差距，這主要表現(xiàn)在生產(chǎn)裝置規(guī)模較小、能耗較高、工藝較落后、產(chǎn)品附加值較低等多個方面，導(dǎo)致我國天然氣化工生產(chǎn)企業(yè)效益和產(chǎn)品的市場競爭力較低。因此，在今后還要繼續(xù)加強(qiáng)對天然氣化工技術(shù)的研究和開發(fā)。

3 天然氣化工技術(shù)發(fā)展分析

3.1 合成氣

利用天然氣生產(chǎn)有機(jī)化學(xué)品通常包括制備合成氣、產(chǎn)品合成和產(chǎn)品后處理三部分。其中，合成氣制備占項目總投資的60%左右，因此加強(qiáng)對合成氣制備工藝的研究、開發(fā)，對提高我國天然氣化工整體效益具有重要意義。

傳統(tǒng)的工業(yè)制備合成氣技術(shù)為:天然氣與水蒸汽通過催化劑作用，轉(zhuǎn)化為合成氣，其反應(yīng)原理為:

因為該反應(yīng)屬于強(qiáng)吸熱反應(yīng)，所以反應(yīng)過程消耗熱量較大，同時，由于水蒸氣的重整反應(yīng)較慢，綜合導(dǎo)致該工藝生產(chǎn)裝置規(guī)模過大和投資較高的缺點。

目前國內(nèi)外正在進(jìn)行合成氣工藝改進(jìn)的多方面研究，其中，天然氣空氣部分氧化工藝的優(yōu)點十分顯著，該種工藝能耗低、生產(chǎn)裝置小，因此投資較省，經(jīng)濟(jì)效益明顯。另外，因為不同工藝產(chǎn)生的合成氣組分各不相同，所以工藝的選擇要根據(jù)實際情況，結(jié)合下游產(chǎn)品的具體要求來確定。

3.2 合成二甲醚

二甲醚是一種非常重要的化工產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于農(nóng)藥、制藥、日用化工以及染料等多個方面。另外，二甲醚還具有優(yōu)良的燃燒性能，屬于含氧燃料添加劑，因此燃燒比較充分，二甲醚的飽和蒸汽壓力較低，在室溫下就能夠被壓縮成液體狀態(tài)，封裝和運輸都十分方便，因此，二甲醚的制備、應(yīng)用受到人們廣泛關(guān)注。

二甲醚的傳統(tǒng)生產(chǎn)方法是甲醇脫水法，而天然氣制備二甲醚則是應(yīng)用天然氣部分氧化、催化制成合成氣，然后再通過金屬酸性催化劑合成甲醇及甲醇進(jìn)行脫水耦合，此種工藝的轉(zhuǎn)化率比傳統(tǒng)方法高，但是因為合成氣中的惰性成分較高，因此，反應(yīng)壓力較高，反應(yīng)溫度一般控制在250℃左右。

3.3 合成精細(xì)化工產(chǎn)品

我國利用天然氣主要生產(chǎn)甲醇和化肥，但整體效益不高，主要原因為天然氣價較高，而利用天然氣生產(chǎn)精細(xì)化工產(chǎn)品效益較好。因此，天然氣化工技術(shù)的發(fā)展要朝著精細(xì)化和深加工的方向發(fā)展。下面我們簡單介紹幾種天然氣制精細(xì)化工產(chǎn)品。

3.3.1 乙炔

現(xiàn)在生產(chǎn)乙炔的工藝方法主要包括電石法、電弧法和烴類部分氧化法等。利用烴類尤其是天然氣作為原料，經(jīng)過部分氧化而生產(chǎn)乙炔的工藝目前已經(jīng)非常成熟，目前世界上以德國BASF公司的乙炔制備工藝技術(shù)最為可靠，1979年我國的四川維尼龍廠引進(jìn)了德國BASF公司的專利技術(shù)建成了天然氣乙炔裝置，并且此裝置生產(chǎn)沿用至今，國內(nèi)對其工藝技術(shù)已經(jīng)完全掌握并有部分創(chuàng)新。

3.3.2 甲醛

目前合成甲醛工藝路線主要有銀催化劑工藝和金屬氧化物催化工藝兩種路線，通過天然氣轉(zhuǎn)化為甲醇，然后作為生產(chǎn)甲醛的原料。由于金屬氧化物催化工藝（通常情況下采用Fe/Mo氧化物作催化劑）的甲醇消耗低，產(chǎn)物甲醛的濃度和純度也較高，且該工藝具有催化劑壽命長和無污染的特點，因此得到了普遍的推廣應(yīng)用，該工藝主要是在空氣過量的情況下和甲醇濃度低于爆炸極限下限的條件下進(jìn)行反應(yīng)，大量空氣保證了甲醇的轉(zhuǎn)化率和選擇性。

3.3.3 聚甲醛

聚甲醛樹脂是通過甲醛水溶液制備的，主要包括均聚工藝和共聚工藝兩種。目前比較常用的是共聚工藝，這種工藝使用強(qiáng)酸催化劑，將甲醛水溶液轉(zhuǎn)化為三聚甲醛單體，然后使用溶劑萃取精制，后在雙螺旋桿反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行連續(xù)的單體聚合，后聚合體依次經(jīng)粉碎、穩(wěn)定、過濾、干燥和擠出造粒等工序，就可以得到聚甲醛成品。聚甲醛是一種重要的工程塑料，具有耐沖擊、耐磨、尺寸穩(wěn)定、自潤滑、耐化學(xué)介質(zhì)、質(zhì)輕、強(qiáng)度高和電性能好的顯著優(yōu)點，與金屬的性質(zhì)十分相似，是重要的、不可或缺的工程結(jié)構(gòu)塑料。

結(jié)論

天然氣作為一種清潔、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟(jì)能源和化工原料，已經(jīng)被國際工業(yè)領(lǐng)域所認(rèn)可，目前，世界范圍內(nèi)已經(jīng)迎來了新一輪大力發(fā)展天然氣化工技術(shù)的高潮。從20世紀(jì)90年代開始，我國就已經(jīng)在天然氣勘探技術(shù)領(lǐng)域取得了重大突破，探明儲量快速增長，天然氣消費市場逐步擴(kuò)大，實現(xiàn)了天然氣工業(yè)的高速發(fā)展。隨著我國能源需求量的快速增長和環(huán)境保護(hù)壓力的不斷加大，天然氣及其化工技術(shù)必將成為我國能源發(fā)展的重要課題。

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