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首；但若能加以利用通過凈化與精制，與天然氣是一樣的。沼氣：是動物有機廢棄物通過發(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，才能進入市場要脫除硫化氫，保證對人體沒有毒害，同時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)，因為它不能燃燒，等于稀釋了氣體，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)濟性評價，在油價25－30美元/桶（相當于氣價1610－1730元/千方）條件下，兩大盆地中低品位資源的經(jīng)濟可采系數(shù)均可達到100%。煤層氣資源中國煤層氣可采資源量達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個項目進入商業(yè)化試生產(chǎn),已達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。西氣東輸二線，設計輸氣量為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)西起四川達州市，東到上海，途經(jīng)六省二市，全長1700公里。天然氣需求預測2030年估計在3000到3500立方米；占一次能源消耗的7-9%；2050年消費量將在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%。一個天然氣時代正在到來。世界天然氣消費結(jié)構(gòu)項目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民用燃氣410025459024504023547023工業(yè)燃料484030560029637030700030化工原料10506142071610818108其他3702370239024202自我消費229014297016348016394017合計163901001920010021480100234501002005年美國天然氣消費結(jié)構(gòu)(兆立方英尺)生產(chǎn)18.14;進口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%);運輸0.03;自我消費0.70(3%);生產(chǎn)裝置1.11(5%);我國<天然氣利用政策>經(jīng)國務院同意,發(fā)改委制訂,2007年8月30日正式實施;堅持區(qū)別對待,明確順序,促進天然氣科學利用、有序發(fā)展；堅持節(jié)育優(yōu)先，提高資源利用效率；利用領域歸為四大類：城市燃氣、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；城市燃氣列為優(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)建設基荷燃氣發(fā)電站；禁止以大、中型氣田所產(chǎn)天然氣為原料建LNG項目。我國<天然氣利用政策>對已建項目，維持供氣現(xiàn)狀，特別是國家批準的化肥項目，要確保穩(wěn)定長期供應。天然氣供應嚴重短缺而又有條件的地方，可實施煤代氣項目改造。搞好供需平衡，制訂利用規(guī)劃和計劃，加強需求側(cè)管理，提高供應能力，保障穩(wěn)定供氣，合理調(diào)控價格，嚴格項目管理。天然氣的利用—城市燃氣城市燃氣是首選:按人口自然增長率千分之五計,城鎮(zhèn)人口占60%,氣化率60%,每人每年用氣60方計,則需要300億方。氣價與電價的比：氣價按2.05元/方；電價按4.88元/度，按換算成熱值比較，氣價為電價的43.5%天然氣的利用—燃氣汽車若以出租汽車和公交車用氣代油，按每輛車年均行駛5萬公里，百公里耗氣15立方米計，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)動機天然氣重卡裝配上柴發(fā)動機；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；達到歐三到歐四排放標準。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，采用燃氣輪機發(fā)電，排出的高溫煙氣產(chǎn)生高溫高壓蒸汽進入蒸汽輪機發(fā),發(fā)電后的余熱用于致冷或熱源直接供應到用戶。熱效率可達到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，成本價格也合算。天然氣化學加工成油品和其它高碳數(shù)衍生物，成本高、技術(shù)難度大，因為甲烷的碳與氫的結(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)有設備改造考察，都是合算的。天然氣化工的特點天然氣（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，再進行下游產(chǎn)品的合成、改造和擴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)量我國甲醇消費結(jié)構(gòu)我國甲醇年消費量2003和2004年我國甲醇年消費量分別為434萬噸和573萬噸，2005年我國甲醇表觀消費量將達約620萬噸。主要應用于：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：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)濟評價漿態(tài)床合成二甲醚投資和成本估算20萬噸/年建設項目總投資9.4億元，其中建設投資8.35億元。天然氣單價0.65元/立米，制造成本為1342元/噸。DME定價按2300元/噸計。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年實現(xiàn)商業(yè)化，在澳大利亞西海岸建裝置，利用當?shù)睾５组_采天然氣制造DME，然后運到日本。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計劃在卡塔爾100000桶/天預計到2011年可達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)?？ㄋ柺凸九cSASOL在卡塔爾RasLaffan新建三萬桶/天，已在施工。預期2010年2000萬噸,2030年達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。天然氣價按0.5美元/MMBTU計，原料費為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?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，航煤可達到50%，或柴油方式可達60%，十六烷指數(shù)可達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)濟規(guī)模為60萬桶/天的工廠，建在工業(yè)發(fā)達地區(qū)比投資費為2.5萬美元/天桶，按天然氣0.5美元/MMBTU計，原料費5美元/桶，生產(chǎn)費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)濟評估采用先進技術(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計劃在卡塔爾100000桶/天預計到2011年可達80萬桶/天,占煉油總量1%;國外MTO進展挪威中試:0.75噸/天;反應器內(nèi)徑:0.1米;運轉(zhuǎn)90多天,甲醇轉(zhuǎn)化率100%;UOP認為可放大至30~50萬噸,放大倍數(shù)10000~15000;UOP計劃在尼日利亞建40萬噸/年乙烯規(guī)模MTO,目前尚未進行工程設計招標,計劃2007年投產(chǎn).國內(nèi)MTO進展完成了天然氣MTO先導性試驗項目可行性研究報告.西安市天然氣精細化工項目中MTO可研報告.大慶石油管理局MTO工業(yè)化試驗裝置的可研報告.陜西MTO萬噸級可研報告,基礎設計,目前正在進行詳細設計,預計2005年底進行工業(yè)試驗.反應器直徑先準備放大到1米,再放大到10米流化床.陜西萬噸級MTO進料甲醇:50噸/天(10噸/天乙烯);反應器內(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)濟分析煤價元/噸100120相當石油價$/BBL1819天然氣價元/立米0.50.60.7$/MMBTU1.7052.0462.386甲醇成本元/噸788.5863.5938.0$/噸95104113相當石油價$/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：進料：1.2公斤/時；反應管?3.1；再生后C小于200~300PPM挪威試驗裝置（2001。1~2004。4），投資80萬歐元；進料15公斤/時；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129.0471.81MTO產(chǎn)品和產(chǎn)值產(chǎn)品數(shù)量（萬噸/年）單價，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135.680.05原料費用OTO：原料油：171萬噸；單價：2000元/噸；費用：34.20億元。MTO：原料甲醇：321萬噸；單價：1300元/噸；費用：41.72億元。天然氣制甲醇成本氣價 元/立米 0.57 0.70 0.75 0.80 0.90甲醇 元/噸 746 858 905 954 1060含稅價元/噸 873 1004 1059 1116 1240制烯烴技術(shù)經(jīng)濟比較在22USD/BBL條件下，預測乙烯原料油價為2000~2100￥/T時，內(nèi)部收益率可達12%。原油價為50USD/BBL時，PE和PP等產(chǎn)品價必須相應上調(diào)或擴大生產(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，甲醇價應小于1300元/噸。用天然氣生產(chǎn)甲醇制烯烴，氣價應小于0.9元/立方米，煤應小于220元/噸。大型甲醇裝置若甲醇售價高于1600元/噸，則賣甲醇效益更好。簡要的技術(shù)經(jīng)濟對比結(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，因增加流化床反應器和深冷分離，投資增加68%，但因烯烴售價高，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