21世纪的天然气化工资料
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我国煤化工工程进展院系:化工与能源学院专业:化学工程与工艺班级:二班姓名:谢登科学号:20100380218我国煤化工工程进展摘要:煤、石油、天然气是当今世界的主要能源。
根据报道,石油的储量仅够全世界用46年,而煤炭还可以使用200年。
煤炭将在未来一段时间内成为人类的主要能源。
因此,煤的高效、洁净利用是21世纪能源和化工领域中的重大课题,煤化工技术的发展呈现能源转化为主、规模型和技术商品化等特点,煤炭的液化、气化、焦化等是现代煤化工技术的发展方向。
本文重点讨论了我国现代煤化工技术的现状和发展方向。
关键词:煤化工技术;现状;进展1我国煤化工发展现状我国的能源主要特点是:富煤、贫油、少气,同时我国又是一个人口大国,中国对能源的需求量相当大。
石油基液体燃料和化工品的短缺量很大,预计到2020年发动机液体燃料消费量将达到3亿吨,原油进日量将超过消费总量的60%【1】。
如果到2020年通过煤化工能够达到每年相当5000万吨液体燃料的生产量,也仅相当于届时消费量的1/6,因此被认为发展煤化工的产品市场容量非常大。
煤炭是我国支柱能源之一,而且分布较广、煤种齐全、储量丰富,因此发展煤化工技术,尤其是环保型洁净型能源技术对我国经济和社会的发展有深远的影响。
自2002年以来,我国掀起新一轮煤化工产业发展与投资热潮【2】。
我国煤化工产业中既有焦炭、电石、化肥、甲醇项目的传统煤化工,也有目前正在进行产业示范的煤制油、煤制稀烃、煤制二甲醚、煤制甲烧气、煤制乙二醇等五类现代煤化工项目。
从技术层面来看,我国现代煤化工上下产业链全部打通,不存在任何技术问题,并且已经取得了一批拥有自主知识产权、世界先进水平的技术与成果。
但是从战略管理层面来看,资源并没有得到充分利用,地区煤化工产业结构比较单一,宏观调控煤化工产业转型的效果不够明显,促进煤化工产业结构优化的政策、机制还不够完善,目前煤化工还存在诸多问题,资源消耗过多,能耗较高等都是当前面临的问题,需要进一步解决。
天然气化工利用现状天然气化工利用现状中国石油大学重油实验室中国石油大学重油实验室近年来随着世界各国对天然气的广泛重视得到较快发展,天然气化工逐渐成为化学工业的一大支柱。
目前,全球天然气化工年消耗量约占世界消费量的5%,天然气化工一次加工品总产量在11.6亿吨以上,其中包括合成氨、甲醇、乙炔、甲烷氯化物、甲醛和醋酸乙烯等,用途几乎涉及国民经济各个领域。
目前,我国天然气消费量占一次能源消费总量的3%左右,主要用于化工、工业燃料、城市燃气和发电四大行业,分别占34%、29% 、23%和14%,其中以天然气为原料的合成氨和甲醇生产能力分别占其总能力的20%和25%。
全球主要天然气化工产品的生产能力统计数据表明,合成氨产能最大,其次是甲醇。
据统计,目前世界上约有84%的合成氨、90.8%的甲醇、39%的乙烯(含丙烯)及其衍生产品是用天然气和天然气凝析液为原料。
据统计,目前世界上约有84%的合成氨、90.8%的甲醇、39%的乙烯(含丙烯)及其衍生产品是用天然气和天然气凝析液为原料。
的乙烯(含丙烯)及其衍生产品是用天然气和天然气凝析液为原料。
世界范围内的天然气田规模小的占90%以上,而且天然气田大多在人迹稀少的边远地区,因此甲醇由于原料路线不合理而且生产规模小,因此甲醇由于原料路线不合理而且生产规模小,故缺乏竞争力,故缺乏竞争力,故缺乏竞争力,难以进一步扩大甲醇下难以进一步扩大甲醇下游产品的生产游产品的生产。
建设大型甲醇工厂也有制约因素:一是天然气价格,直接影响甲醇竞争力,二是甲醇消费市场和气源产地的矛盾二是甲醇消费市场和气源产地的矛盾。
所以天然气的利用必须开发新的途径,天然气化工利用新过程开发,首先应该明确新技术开发的切入点首先应该明确新技术开发的切入点。
天然气转化制备合成油技术是近期国外各大石油公司研究开发的热点各大石油公司研究开发的热点。
天然气化工由于天然气主要成分是甲烷,分子结构非常稳定,可开发的下游化工产品少。
天然气的组成与应用摘要由于我国天然气资源的大量发现以及原油可开采量的减少,利用天然气的技术和规模都获得快速发展,天然气的研究与开发越来越受到人们的关注。
本文介绍了天然气的组成与最新的应用进展。
关键词天然气组成应用甲烷甲醇2003年底,重庆发生井喷毒气伤人事件,引起人们的关注与疑惑,其中包括不少化学教育工作者,天然气何以会含有有毒气体?同时,随着世界原油可开采量的减少,关于天然气的开发与利用,也日益引起能源、化工专家的关注,并普遍认为天然气化工将有取代石油化工之势[1,2]。
1 天然气的组成与分类天然气通常是低碳烃的混合物,以甲烷为主,通常不含C10以上烃类[3]。
因此,一般中学教科书只介绍天然气的主要成分为甲烷,但事实上天然气还含有硫化氢(H2S)、氰化氢(HCN)等有毒气体,以及少量氮气和微量的氦、氩等惰性气体,甚至某些地区的天然气以二氧化碳为主要成分(甚至高达99%以上)[3]。
2003年底重庆的井喷毒气伤人事件,就是混杂在天然气中的H2S、HCN等使人中毒。
从组成上讲,天然气可分为干气和湿气。
一般将甲烷含量大于90%的天然气称为干气,而低于90%的叫湿气。
湿气中乙烷、丙烷、丁烷及C4以上烃类占有一定含量。
按来源分,天然气可分为3类,即纯气井生产的气井气(干气)、凝析气井气(湿气)和油田伴生气。
随油田不同,油田伴生气的气量相差较大[3]。
天然气的用途很广。
一是作为一种高效、优质、清洁的能源,供民用或工业用;二是作为一种重要的化工原料,在以甲烷、二氧化碳等为原料的C1化学工业中,占有举足轻重的地位。
专家预测,到21世纪中叶,世界能源结构中天然气将从2000年的25%增加到40%,而石油将由现在的34%降到20%。
因此,天然气利用的开发显得尤为重要[3]。
2 天然气在能源领域的应用天然气直接应用于能源领域,主要表现为城市居民用气、商业用气、发电、工业燃料等方面,但用于汽车燃料和燃料电池等也颇引人注目[4]。
第二章无机化工简答题1、无机化工包括哪些类产品?无机化学工业的原料来源很广,大致可分五大类:空气、水、化学矿物、化石燃料(煤、石油、天然气等)及工业农业副产品。
2、无机非金属材料中的硅酸盐材料包括哪几种?硅酸盐材料主要有陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料四种。
3、烧碱是用什么方法生产的?电解食盐的水溶液4、三酸两碱都包括那些酸和碱?(1)硫酸(H2SO4)、硝酸(HNO3)、盐酸(HCl);(2)烧碱(氢氧化钠,NaOH)、纯碱(碳酸钠,Na2CO3);5、最重要的氮肥是什么?其氮含量大约是多少?尿素氮含量大约是46.6%论述题1、简述硫酸生产的主要步骤和每个步骤的目的,写出主要反应方程式。
接触法生产硫酸工艺(1)二氧化硫的制备(2)含二氧化硫原料气的净化(3)二氧化硫氧化为三氧化硫(4)三氧化硫的吸收2、简述合成氨生产的主要步骤和每个步骤的目的,写出主要反应方程式。
1、原料气的制备造气过程以水蒸气作为气化剂,将原料煤或焦炭气化得到混合气(即水煤气);2、脱硫脱除对合成氨催化剂有害的硫化氢、二硫化碳、硫醇、硫醚、噻吩等。
3、CO变换通过变换工序使得原料气中的一氧化碳与水蒸气作用变为氢和二氧化碳;4、脱CO2采用物理吸收和化学吸收方法,脱除原料气中的二氧化碳;5、氨的合成在高温(400℃)、高压(30MPa)和催化剂(Fe等)作用下,进行合成反应。
第三章石油炼制与石油化工简答题:1、石油炼制和石油化工的主要产品有哪些?各列举5种。
石油炼制主要产品:汽油、溶剂油、航空煤油、煤油、柴油、轮滑油、石蜡石油化工主要产品:2、石油炼制的一次加工主要采用什么方法,得到的燃料油主要包括哪几种?3、原油减压蒸馏的目的是什么?减压操作的目的是降低物料的沸点,避免在高温下蒸馏发生分解。
4、石油二次加工的目的是什么?炼油产品需求量较大的是轻质油(如汽油),但直接蒸馏得到的汽油等轻质油含量很少。
另外,直馏汽油主要含直链烷烃,辛烷值(衡量汽油在汽缸内抗爆性的数字指标)较低。
关于天然气与XX(XX)化工园区的调研报告关于天然气与XX(XX)化工园区的调研报告天然气,系国家重要的战略能源。
XX市累计探明天然气田38个,主要分布在XX、XX、忠县、开县等地区。
XX县的天然气资源地质储量2720亿立方米,已投入开采储量1000亿立方米,现每年采输量25亿立方米。
在国家行政学院工作期间,根据国务院领导同志的要求,参加国家经济安全方面的研究时重点也关注过能源问题。
在从事我县“十一五”规划的研讨中,如何发挥XX天然气资源优势,进一步发展XX县域经济,是我比较关注的重大问题之一。
去年以来,我因博士服务团考察以及龙溪河整治开计委工作片会到XX区去过几次,有重点地对XX(XX)化工园区的状况进行比较认真的考察,现结合有关专家的研究以及XX的情况,整理此份报告供参考。
一、世界能源需求趋势与我国天然气资源状况世界石油需求地区主要是北美、欧洲和亚太国家,占世界总消费量的80%。
世界石油消费随着经济的发展在不断增长,近20年年增长约为1.1%至1.4%。
2003年,全球石油生产量为36.9亿吨,较上年增加3.8%;出口贸易22亿吨,增加约5%。
欧佩克(OPEC)产油国仍是传统的主要供应方。
一些非欧佩克产油国不断增加出口,俄国的石油开采在不断复苏和强化,2003年出口石油达2.8亿吨,较上年增加了12%;西非产油国去年出口约1.8亿吨,较上年增加了15%。
据国际能源署预测,今后20年石油消费年增长将上升到1.9%。
如世界不发生重大突发事件,至2020年,全球年石油消费量有可能达到45亿至50亿吨。
目前,石油供需格局在逐渐发生变化,今后20年变化更为明显。
世界上许多正在开发的油田产量将以年均4%―5%的速度递减,特别是欧洲、北美、亚太的油区产量将下降更多。
即使有新的油田发现和投产,也将减少世界原油产量中的份额比例。
而资源雄厚的欧佩克产油国,特别是中东的产量及在世界石油产量中的份额将有较大加辐度的增加。
第一章概述一、什么是城市燃气城市燃气是指可以供城市居民、企事业单位使用的各种气体燃料的总称。
随着资源的开发和综合利用,用作城市燃气的气体燃料无论在数量上、品种上都在不断增长与扩大。
燃气是以可燃气体为主要组分的混合气体燃料。
50年代以前燃气主要采用煤加工生产,因此习惯地把这类混合气体燃料称为“燃气”。
随着社会生产的发展,燃气的生产方式、气源及组分都有了很大的变化。
天然气、液化石油气逐渐成为城市燃气的重要气源。
城市燃气是指可以作为供给城市居民、工业使用的燃气。
并不是所有燃气均可作为城市燃气使用,对供城市使用的燃气——城市燃气,是有一定的质量标准的。
在我国作为城市燃气的主要气源有:人工煤气、天然气及液化石油气三大类。
人工煤气的种类较多,有以固体燃料——煤为原料的煤制煤气,也有以液体燃料——重油、石油等为原料的油制气化煤气。
天然气包括井气天然气、石油伴生气和矿井气等。
液化石油气一部分来自油气田,一部分来自炼油厂。
随着我国石油工业的发展,液化石油气将得到更为广泛的应用。
二、城市燃气的发展历史1、分为四个阶段第一阶段:煤制气18世纪末期第二阶段:油制气20世纪以来第三阶段:煤、油混合制气20世纪以来第四阶段:天然气20世纪60年代以后有人预言21世纪是天然气时代,天然气的消费比重占整个能源的比重从1950年9.8%增长至1997年23.2%,成为能源家族的后起之秀,据能源专家预测,大约在2020年以后,世界天然气消费将超过石油,跃居各种能源之首。
目前发达国家天然气消费比例都很高,美国占整个能源的27%,在三种能源中仅次于石油,俄罗斯天然气占52.6%,完全超过了煤和石油。
而我国天然气用量仅占2%,与世界水平相差甚远。
(新疆已探明天然气储量3900亿立方米,陕甘宁2400亿立方米,四川2700亿立方米)三、城市燃气的分类随着我国燃气工业的不断发展,供气规模、气源类型和用具类型等都在不断增加。
不同类型燃气的成分、热值和燃烧特性等并不相同。
表1非居民用户天然气价格(2010年7月)单位:元/m3资料来源:上海市发展和改革委员会.沪发改价管(2010)016号关于同意实施本市非居民用户燃气销售价格联动调整的复函[Z].上海:上海市发展和改革委员会,2010。
表2上海市城市燃气居民用户可承受气价测算表格低于2.35元/m3时,天然气具有竞争力。
2010年,上海市城镇居民人均年可支配收入约为31838元,居民用各类燃料均按同一耗气指标(7.0×105kcal/人年,天然气价格2.5元/m3)计算,那么,每户3人年消耗天然气约为247m3,人均年燃气费用占人均年可支配收入约0.65%,与建设部建议的合理水平5%相比,说明上海市居民对此天然气价格具有较强承受能力。
———公共服务设施。
公共服务设施类用户主要指为居民提供教育、医疗卫生、交通、社会福利与保障、社区服务、邮电通信和商业金融服务等各种公共服务产品的用户。
天然气用于此类用户时,其替代燃料主要有瓶装LPG、管输LPG、人工煤气、柴油、煤炭及燃料油等,测算结果见表3。
由表3可知,天然气作为公共服务设施类用户使用燃料,与瓶装LPG、管输LPG及柴油相比,价格有明显竞争优势;与人工煤气和燃料油相当;与煤炭相比,虽然不具有价格优势,但如果考虑环保效益,特别是鉴于一些大中城市今后将限制市区燃煤等因素,则天然气仍有明显竞争优势。
2.天然气发电。
与常规燃煤电站相比,天然气发电成本中,固定成本所占比重为25%-45%,小于燃煤电站60%的固定成本;燃料成本所占比重为55%-75%,大于燃煤电站40%的燃料成本。
由此可见,燃气电站上网电价与燃煤电站相比,受燃料价格变动影响更明显。
根据联合循环燃气机组和燃煤机组的相关技术经济参数分析两种发电方式的经济性。
假设燃气电站和燃煤电站的单位静态投资分别为3300元∕千瓦和4000元∕千瓦,在年发电利用小时数为3500小时,若保证燃气发电与燃煤发电经济性基本一致(即相同的上网电价和资本金内部收益率),按热值计算,天然气与煤炭的临界比价应约为2.4;在年发电利用小时数为5000小时,其临界比价应约为2。
天然气生物脱硫工艺一览资料要点天然气生物脱硫工艺一览2015.11生物脱硫( BDS) 是指在常温常压的温和反应条件下,利用特殊需氧、厌氧微生物( 菌种) 的催化作用,在人为控制条件下将原料中的 H2S 或有机硫化合物转化为元素硫或硫酸盐的一种工艺过程。
由于全球能源供应紧张、排放标准日益严格,生物脱硫工艺的技术开发受到普遍重视。
当前,生物脱硫工艺的应用涉及煤炭、原油及油品加工,炼厂废气处理,天然气、地热气及生物燃气净化等诸多化石能源与新型能源领域,并在化工、造纸和采矿等工业中也有应用,故生物脱硫被誉为 21 世纪最有发展前景的脱硫新工艺。
1 发展历程早在1887 年俄罗斯 Winogradsky 就发现了某些微生物具有将硫化物氧化为元素硫的能力。
1950 年代Leathen 等首次从煤坑污水中分离出以硫化氢为营养源的氧化亚铁硫杆菌( T(F) ,Baalsrud 等发现了硫杆菌属的脱氮硫杆菌( T(D) ,随后又发现了同样具有生物脱硫能力的排硫硫杆菌( T(T) ,这 3 种化能自营养型硫杆菌的发现及成功分离奠定了油气工业生物脱硫工艺技术开发的基础。
1994 年美国气体研究院( G,I) 与联邦能源部合作,联合开发了天然气脱硫专用的混合菌群,其商标名称为BIODESULF。
该菌群至少由 4 种硫酸盐还原菌/硫化物氧化菌( N,SOB) 组成,其功能与 T(D 菌很相似,其特点是 BIODESULF 工艺可以在无氧的条件下运行,但该混合菌群至今尚未见工业应用的报导。
虽然Paneray 在1957 年就申请了利用土壤微生物脱除废气中H2S 的美国专利,但直到1984 年日本钢管公司京滨制作所的2 套处理尾气中H2S 的Bio-S,法生物脱硫装置投入运行,生物脱硫工艺才首次在气体净化工业中得到应用。
Bio-S,法工艺利用T(F 菌的氧化作用在吸收塔内将 H2S 氧化为元素硫,分离回收硫后的脱硫溶液泵入生物反应塔再生,在T(F 菌作用下将 Fe2 +氧化为Fe3 +。
关于低碳时代有机化工的走势分析摘要:工业经济的飞速发展,造成排放co2气体总量增加,加剧了温室气体,全球气候正在变暖。
整个国际社会都在关注新能源的开发利用,人们越来越倡导低碳时代的到来,未来几十年低碳、环保会成为热点话题。
本文将结合低碳经济时代背景下有机化工的走势情况,来全面的分析和探讨实现经济低碳发展的相关措施关键词低碳经济;有机化工;能源发展;走势中图分类号:tf761+.2 文献标识码:a 文章编号:前言随着世界终将走进到工业化时代,各种制品的消耗也将会继续增长。
虽然物料的循环使用效率逐渐在强化,但地球范围内的金属、非金属矿藏是有一定限度的,而且正在逐渐面临开采难度上和消耗过大的问题。
有机化工科技百年来的进步已经在很多领域内以低得多的资源、成本、低碳放替代矿物材料,不断满足人们的需要低碳经济发展背景下的能源发展所谓低碳经济,是指在可持续发展理念指导下主要通过技术创新、制度创新、产业转型、新能源开发等多种手段,尽可能地减少煤炭的使用,以避免奢侈和浪费的碳排放。
低碳经济的发展是根据目前整个国际社会都在关注碳排放,要求实现绿色可持续发展的背景下提出的。
从19世纪 50 年代工业化时代的开始,150多年来,工业经济在不断发展,带来了社会上的很多变化,方便了人们的生活水平。
工业化在带来经济快速发展的同时,也给气候带来了一定的负面影响。
据ipcc(政府间气候变化专门委员会)的评估结果显示,全球气候正在变暖,导致变暖的原因主要是人类燃烧化石能源和毁林开荒等行为向大气中排放大量温室气体,加剧了温室气体的效果。
而据 noaa(美国国家大气和海洋管理局)最新的调查结果,全球大气中的二氧化碳浓度已从工业革命前的280ppm左右上升到了 2010 年的 389ppm。
co2等温室气体浓度的增加会造成地球表面温度增加,造成冰雪的快速融化、海平面上升等气候灾害。
整个国际社会对温室气体引起气候变化的关注促成了联合国气候会议。
加快天然气利用对我国改善能源结构具有重要的现实意义化石能源资源丰富,可再生能源发展面临诸多瓶颈,在未来一段时期内,化石能源依然是支撑世界经济发展的主要动力,天然气作为化石能源中的低碳能源,发挥着越来越重要的作用。
近年来,全球地缘政治格局急剧变化,天然气供需关系发生转变,气候变化和环保压力、美国非常规天然气突破、日本核危机影响以及新能源的经济技术性等因素,进一步推高了全球对天然气的重视度和依赖度。
天然气储产量逐年增加,天然气需求快速增长,非常规天然气开发利用在全球范围内展开,天然气利用领域进一步扩大,天然气工业在全球范围内得到快速发展。
21世纪以来,我国天然气开发利用取得了长足发展,市场进入快速发展期。
加快天然气利用,确立天然气在我国能源系统中的战略地位,对于保障我国能源供应和保障能源安全、保护生态环境、改善能源结构具有重要的现实意义。
一、天然气将成为未来几十年我国发展最快的能源行业1、近年来我国天然气储产量快速增长近几年来,我国天然气储量与产量双双快速增长,天然气工业进入快车道。
根据国土资源部2014年1月8日最新发布的全国油气资源动态评价成果显示,我国天然气地质资源量62万亿立方米,比2007年的评价结果增加了77%。
近年来我国天然气储量都保持了增长高峰,2000-2012年探明地质储量由7600亿增加到1.33万亿立方米,年均增长5.9%。
产量呈年均两位数的增长,从2000年的270亿立方米到2012年的1070亿立方米,年均增长12%。
2013年天然气依然保持高产,约1170亿立方米,同比增长8.6%。
2、产量增长已跟不上需求的急速攀升,对外依存度不断上升2013年,我国天然气表观消费量达到1676亿立方米,同比增长13.9%,已成为世界第三大天然气消费国。
从2006年我国天然气开始进口,进口量逐年上升,天然气进口通道不断完善,对外依存度不断提高。
2013年,随着中缅管道建成投运,广东珠海、河北唐山和天津浮式LNG项目陆续建成投产,西北、西南、海上三条天然气进口通道初步建成。
历年考题总结简答题1、简单解释化工的含义?化学工业(chemical industry)、化学工程(chemical engineering)和化学工艺(chemical technology)的总称或其单一部分都可称为化工。
化工可以分别指化学工业、化学工程和化学工艺,也可指其综合。
2、指出按现行学科的分类,一级学科《化学工程与工艺》下分哪些二级学科?化学工程、化学工艺、应用化学、生物化工、工业催化3、简述化学工程与化学工艺的差别?化学工程研究以化学工业为代表的过程工业中有关的化学过程和物理过程的一般原理和共性规律,解决过程及装置的开发、设计、操作及优化的理论和方法问题。
化学工艺即化工技术或化学生产技术。
它是指将原料物质主要经过化学反应转变为产品的方法和过程,包括实现这一转变的全部措施。
化学工艺学是以产品为目标,研究化工生产过程的学科,目的是为化学工业提供技术上最先进、经济上最合理的方法、原理、设备、流程。
4、简述现代高等教育指导思想与培养目标?1、三大合成材料主要指什么?在日常生活中有哪些应用?请分别举出它们各自的3种常见品种名称塑料、合成纤维、合成橡胶2、指出至少5种功能高分子材料的类型。
3、离子交换树脂的基本功能是什么?4.常用的聚合反应有哪四大类型?1、重要的能源有几种?其中有哪些是可再生的?2、天然气资源的四种蕴藏形式的简单名称各是什么?指出天然气在化学工业中上的主要用途。
3、由气田采出的天然气和由油田气采出的天然气的主要区别是什么?4.试指出煤的三种化学利用方法。
5、煤的主要化学加工方法有哪几种?煤的高温干馏后的主要产品有哪四种?6、石油炼制和石油化工的主要产品有哪些?各列举5种。
7、石油一次加工的基本过程是什么?得到的燃料油主要包括哪几种?属于哪一种单元操作?1、无机化工包括哪些类产品?无机非金属材料中的硅酸盐材料包括哪几种?2、举出产量较大的五种无机化工产品及五种有机化工产品。
3.、指出侯氏制碱法与氨碱法(索尔维发)的主要区别。
利用CO2 合成甲醇的催化剂合成开发研究——节能减碳,变废为宝甲醇是一碳化工中最核心的中间产品,是生产醋酸、甲醛、对苯二甲酸二甲酯、医药、农药等有机化工产品的原料,也是部分替代燃料和裂解生产烯烃的重要原料。
甲醇还可作为液体清洁燃料,便于携带和运输。
它既可作为车用替代燃料,又是重要的高附加值产品的特点,使得甲醇的合成和应用研究越来越受到人们重视。
甲醇化学作为21世纪的化学交出学科的一个分支和甲醇化工同时作为化学工业与能源工业的一个重要领域的地位正在形成。
甲醇产量是一个国家一碳化工发展水平的标志和能源化工的晴雨表。
现有的甲醇生产是通过消耗不可再生的能源煤、气、油,通过制气、变换、合成工序生产,消耗较多。
我国是世界上能源消耗最大的国家,但高耗能、低效率使得我国的能耗效率很低。
2008年全球CO2排放量达到86.7×108t/a,我国占21%,全世界第一。
CO2主要为回收合成氨厂、石化厂、炼油厂、乙醇厂、天然气化工厂外排的CO2,但目前全球CO2的利用不足1×108t,浪费极大。
我国CO2产能约为125×104t,大量CO2排入大气。
以煤为主,石油、天然气、水核电仅占25%左右的能源结构,决定了我国CO2排放量持续增长的趋势在短期内难以改善。
经济的快速持续发展,与之相适应的能源增长,CO2排放量增加与保护环境、减少CO2类温室气体的排放,已成为制约经济发展的瓶颈。
而通过提高能源的利用率、降低能源消耗和综合利用外排CO2是减少CO2排放量的有效措施。
二氧化碳加氢合成甲醇将二氧化碳转化成可用化工产品,为上述问题提出了最好的解决方案。
二氧化碳制甲醇法中每摩尔甲醇所产生的反应热仅是传统甲醇合成法的一半。
采用CO2加氢合成甲醇的装置的合成和蒸馏单元的投资与传统的C2加氢合成甲醇装置相当。
以CO2为原料的绿色合成甲醇技术为降低CO2排放、综合利用CO2碳资源、开拓C1化工的发展空间提供了强大的技术支持。
21世纪的天然气化工
摘要:能源在经济发展中起着至关重要的作用, 我国的经济发展方式正在由 粗
放型向集约型转变,人们对能源的需求以及传统的能源结构已经发生了改变。 我国天然气利用的一个新时代正在到来。 天然气是优质的有机化工原料,在化肥 等化工生产中使用天然气做原料,可以大幅度降低原料成本,提高化工产品的市 场竞争力。同时,天然气又是一种多用途的优质能源,通过在发电、交通燃料、 城市民用燃料等方面增加天然气消费比例, 优化能源结构。特别是天然气作为一 种清洁燃料,对改善城市大气环境有重要的作用。 天然气的各种用途之间需要综 合规划,做到资源最佳配置,使这种优质资源得到高效利用。当前我国关于环境 问题的改善任务相当紧迫,提高天然气在一次能源中的比重有利于实现我国经济 社会的健康可持续发展、有利于建设生态文明。 关键词:天然气化工市场消费天然气利用效率
一、我国天然气工业发展的良好机遇 对于天然气,我国早在3000多年前的西周时期就被人们发现并且利用,虽 然发现得早,但对天然气的进一步利用却较晚,上世纪50年代天然气才被运用 到民生当中。我们不得不正视“醒得早,起得晚”这一种实际情况,正是因为这 种情况,我国民众对天然气的认识依然停留在天然气是有毒的。 能效低、使用不 安全等印象,许多民众甚至将天然气和煤气混为一谈。天然气的主要成份是甲烷, 甲烷具有很高的热值和稳定性,天然气燃烧后没有废渣和废水的排放, 更不会排 出粉尘,因此具有安全、热值高、洁净等优势。 我国是能源和化工原料生产大国,也是消费大国。能源与化工原料的短缺使 国家每年拿出大量的外汇用于进口,因此加快能源和化工原料的开发和生产,特 别是清洁能源和化工原料的生产,已经成为我国经济可持续发展的迫切要求。天 然气既是洁净高效的优质能源,又是用途广泛的有机化工原料,从优质能源和环 保的意义来讲,21世纪将是天然气的世纪。 多年来煤炭和石油一直在我国能源结构中占主导地位, 在一次能源消费结构 中,煤炭所占比例长期保持在 75%左右。随着煤炭和石油的大量燃烧,造成大 量二氧化碳排放和烟尘污染,使大气污染问题日益严重, “酸雨”、“温室效应” 等已给人类的生存和发展带来巨大伤害。而每使用 100亿m3天然气可替代300
万t煤炭燃料,可减少二氧化碳排放量 36万t,减少大气粉尘30万t⑴。 我国政府对环境问题极为重视,近几年来已关闭了 3万多个小煤矿、土煤窑, 将煤炭产量逐步由14亿t压缩到2000年的9.98亿t。与此同时,国家大力扶持 天然气工业,其中“西气东输”工程就是开发和利用天然气资源的重要举措,也 是国家西部大开发的一项重要战略措施。 因此可以说煤炭工业的总量控制、 对环 境保护的需求和国家西部大开发战略,为我国天然气的开发和利用提供了良好的 发展环境。
二、我国天然气利用的主要方向 2000年我国煤炭产量位居世界第二;石油产量为 1.63亿t,居世界第五位。 我国是目前世界上最大的煤炭消费国。也是潜在的石油进口大国, 2000年我国 进口原油已超过7000万t。与煤炭和石油相比天然气所占比例极低, 仅为2.1%。 而90年代末天然气在世界一次能源结构中的比例已达 24%,亚洲也达10%。因 此如何加快天然气资源的利用,加快发展天然气工业,对我国改善能源结构,缓 解石油需求压力和改进环境质量都有重要意义。 我国国民经济和社会发展第十个 五年计划纲要中就提出要优化能源结构、提高天然气消费比重、降低石油消耗。 因此根据我国国情,我国天然气利用的主要途径应注重在以下几个方面: 1、 化肥生产 我国是一个人口众多的农业大国,化肥进口量占世界市场的四分之一,预计2020 年中国化肥(合成氨)需求量将超过4000万to而天然气是生产合成氨的理想原 料,合成氨主要用于生产尿素、硫铵和硝铵等化肥,其成本比煤、渣油、焦等生 产的化肥低得多,因此继续发展天然气化肥工业, 对满足农业生产的需要,降低 化肥的进口量都是十分必要的。 2、 化工原料 发展天然气化工,开拓下游高附加值产品。采用天然气生产甲醇其生产投资 费用仅为以煤为原料的三分之一,是以重油为原料的二分之一。美国的甲醇基本 上都是用天然气生产的。目前世界上 80%的甲醇由天然气合成。而大型甲醇化 工厂可生产一系列的有机化工产品和原料,例如甲醛与聚甲醛、甲胺、醋酸及醋 酐、碳酸二甲酯等。 聚甲醛是重要的化工原料,有代替有色金属和合金材料的趋势,广泛用于汽 车、电子、电气、轻工、军工等领域,需求量很大,经济效益又显著,生产聚甲 醛可填补我国目前无大规模生产装置的空白。 甲胺是精细化工重要原料,可用于合成胶炸药、植物生长调节剂和高能燃料, 二甲胺是合成液体火箭推进剂的主要原料。 醋酸及醋酐,前者是一种有机酸,主要用于生产醋酸乙烯、苯二甲酸及醋酸 纤维等;后者主要用于生产乙酰化剂和脱水剂, 在医药上醋酐广泛用于合成药物 的中间体。 碳酸二甲酯是重要的有机化工原料,可制备苯甲醚(是食用香料,抗氧剂、 塑料加工稳定剂)、二甲基对苯二酸(用于有机合成,医药、香料、染料等)、聚 碳酸酯(制备高级绝缘、高级薄膜片、录像磁带和合成纤维等) 、二甲基芳基胺 (制备染料、香料、植物保护剂等)。 3、天然气发电 蒸汽燃气联合循环发电既经济污染又小,在国外已经被大量采用。联合循环 发电机,是指燃气发电、蒸汽发电和余热利用的联合循环发电机组, 它首先用天 然气为燃料的燃气轮机直接拖动发电机组发电, 然后利用燃气轮机排出的高温烟 气进入“余热锅炉”(包括废气预热器、汽化器等)产生过热蒸汽,进入汽轮机 进行第二次发电,最后将余热锅炉排放出来的烟气与冷水换热向热用户供热, 实 现能源的梯级利用。其系统热效率可达到 80%左右。 根据国家环保政策和可持续发展要求,北京作为华北电网的负荷中心,今后 将严格控制新建燃煤电厂,陆续建设一批天然气发电厂。目前京津唐地区主要为 燃煤机组,电网调峰难度较大。采用天然气发电后不仅可有效减少污染, 而且燃 气机组启动速度快,既可带基本负荷,又可用于电网调峰 (可有效提高电网调峰 能力,改善电网的运行质量。 三、天然气化工发展趋势
天然气化工还是大有可为的,主要的可持续发展的技术趋势和产品方向 : (1) 、传统的天然气乙炔路径方面,一体化成为必然趋势。举例来说,乙 炔用来生产1,4-丁二醇,乙炔尾气一部分用来生产甲醇,一部分用来分离 CO和 H2,甲醇一部分用来和CO生产醋酸,一部分用来生产 BDO所需的原料甲醛, 这样可以最大程度地吃干榨尽每一方天然气。 (2) 、甲醇的进一步深加工。包括 MTO/MTP,进而发展乙烯及丙烯下游产 品。 (3) 、天然气合成气路线制乙二醇。这一路径可突破目前由环氧乙烷制乙二 醇这一唯一工业路径的瓶颈,从而减少乙二醇对石脑油乙烯进而对原油的依赖。 (4) 、甲烷氧化偶联制乙烯。这将是未来天然气化工长期努力的方向。 对于天然气化工企业的未来发展,除应继续保持天然气乙炔的传统优势,走 国际化、一体化的道路,发展如 BDO-醋酸一体化等项目,大力发展甲醇下游产 品,如MTO/MTP-EVA等项目,还需努力做好天然气合成气路径方面的项目储 备,择机发展如乙二醇等项目,延伸和丰富产业链,提高企业盈利能力和抗市场 风险能力⑵。
四、合理利用天然气的措施 我国国民经济和社会发展第十个五年计划纲要中提出“要优化能源结构,提 高天然气消费比重,降低石油消耗” [3],因此根据我国国情,建议采取以下措施: 1、政府制定天然气工业发展的政策和法律框架,保护天然气可持续的开发与 利用 我国天然气工业还处于起步阶段,其发展和市场开拓离不开政府政策和法律 的支持,为了使我国天然气资源的开发和利用走上法制化、 规范化的道路,各级 政府和立法机构应该积极介人,制定天然气开发利用的法规,借以平衡来自各利 益集团的矛盾,制止不合理的竞争,坚持以改善环境、节约资源、保护消费者利 益、建立公平竞争机制为政策与立法的最终目的。 此外,可持续的资源开发模式 必然要求相应的法律体系保障,并且需要在制度上进行一定的创新,这包括 :经 济法规、环境法规、人口与资源法规等。 2、 放开天然气价格,使其更具有竞争力 对天然气商品从生产、运输到消费的各个环节进行考察,主要在四个环节存 在着定价问题:天然气井口价、天然气管输费用、天然气营销公司的费用、天然 气的用户价⑷。其中牵涉的交易主体包括天然气的生产企业、 天然气的运输企业、 天然气的调配与销售企业及消费者,如何在各部分合理定价使各交易主体的利益 都得到最大限度的实现,是一个十分复杂的问题。 可以借鉴国外经验⑸,研究制定适合市场经济的天然气价格体系,把目前以 国家定价为主的价格体系,逐渐过渡到市场调节为主,行政干预为辅的价格体系 上来,使我国的天然气价格逐步与国际接轨,真正反映天然气商品的价值,以保 证天然气工业处在一种健康良性发展的轨道上。 3、 大力发展“西气东输”工程,实现天然气工业的可持续发展 “西气东输”从广义上讲,是我国西部的大气田,即陕甘宁、四川、青海、新 疆气田蕴量丰富的天然气,经长输管线送到所需要天然气能源的东部市场 ⑹。其 工程干线总长度超过4000km,西起新疆巴州轮南,东抵上海,将把西部地区储 量丰富的天然气资源和东南沿海的巨大市场连接起来,预计 2005年以后,西部 每年将向上海等长江三角洲地带供应 120*105m的天然气.
实施“西气东输”不仅可以把西部地区的资源优势化为经济优势,而且可以 促进西部地区的生态建设和环境保护,促进西部地区的可持续发展。同时 ,“西 气东输”将在更大范围内实现资源优化配置,实现天然气工业的可持续发展 ⑺o
五、结论与展望 天然气是仅次于石油、煤炭的世界第三大能源,还是一种优质的化工原料。 世界上约有50多个国家不同程度地发展了天然气化工,天然气化工年耗气量约 为1
400亿m3,约占世界总消费量的5%左右。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、42%的乙烯由天然气 为原料制取。21世纪天然气化工大有可为。 为了我国天然气行业的持续发展,我们必须从多方面寻找气源,保障国内天 然气正常消费。在国内,我们要增加天然气投资在油气总投资中的比例, 加大对 常规气的勘探开发力度,鼓励开发页岩气、煤层气、天然气水合物等,非常规气。 除此以外,应增强对外合作,通过份额气、进口 LNG等途径来弥补国内供应的 不足⑹。