淺談天然氣化工技術現狀及其發展分析

潘作志

（大慶華凱石油化工設計工程有限公司，遼寧 大連 116033）

1 概述

隨著我國經濟的快速發展和國民環保意識的提高，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能源資源，而天然氣以“清潔能源”著稱，在能源領域額外引起人民的青睞。世界每年的天然氣耗量達到能源消費總量的5%左右，除此之外，天然氣資源在化工領域的利用也越來越受到人們的關注，大多數國家都已經開展了關于天然氣化工的研究、開發，利用天然氣生產合成氨、甲醇、乙烯、乙炔、硝基烷烴和二硫化碳等20多種衍生物，對世界工業和經濟的發展具有重要的意義。本文就當前我國天然氣化工技術的現狀和發展方向進行了詳細的分析。

2 天然氣化工技術的發展現狀

從20世紀20年代至今，天然氣化工工業始終保持著穩定、快速發展的趨勢，尤其最近幾年來，隨著世界能源需求的快速增長和環境保護壓力的不斷加大，世界各國對天然氣的重視程度也越來越高。目前，天然氣資源已經成為世界化學工業領域的重要支柱，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到世界能源年消耗總量的5%左右。目前大多數國家都已經開展了天然氣化工的研究、開發，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，其應用涉及了世界經濟的所有領域，對世界工業和經濟的發展起到了重要的作用。

我國天然氣化工技術的發展起步較晚，但是從20世紀90年代開始，隨著天然氣勘探技術的發展和探明儲量的快速增長，我國天然氣消費市場逐步擴大，促進了天然氣工業高速發展，已經形成了一定的產業基礎，并積累了大量建設的生產經驗。目前我國的天然氣化工技術主要是通過天然氣生產合成氨、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公司的建立，我國在天然氣化工衍生品領域的發展取得了重要成就。但是，在天然氣化工技術快速發展的同時，我們也要清楚的認識到目前我國天然氣化工技術與國外的差距，這主要表現在生產裝置規模較小、能耗較高、工藝較落后、產品附加值較低等多個方面，導致我國天然氣化工生產企業效益和產品的市場競爭力較低。因此，在今后還要繼續加強對天然氣化工技術的研究和開發。

3 天然氣化工技術發展分析

3.1 合成氣

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

傳統的工業制備合成氣技術為:天然氣與水蒸汽通過催化劑作用，轉化為合成氣，其反應原理為:

因為該反應屬于強吸熱反應，所以反應過程消耗熱量較大，同時，由于水蒸氣的重整反應較慢，綜合導致該工藝生產裝置規模過大和投資較高的缺點。

目前國內外正在進行合成氣工藝改進的多方面研究，其中，天然氣空氣部分氧化工藝的優點十分顯著，該種工藝能耗低、生產裝置小，因此投資較省，經濟效益明顯。另外，因為不同工藝產生的合成氣組分各不相同，所以工藝的選擇要根據實際情況，結合下游產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品，廣泛應用于農藥、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，封裝和運輸都十分方便，因此，二甲醚的制備、應用受到人們廣泛關注。

二甲醚的傳統生產方法是甲醇脫水法，而天然氣制備二甲醚則是應用天然氣部分氧化、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行脫水耦合，此種工藝的轉化率比傳統方法高，但是因為合成氣中的惰性成分較高，因此，反應壓力較高，反應溫度一般控制在250℃左右。

3.3 合成精細化工產品

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

3.3.1 乙炔

現在生產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，經過部分氧化而生產乙炔的工藝目前已經非常成熟，目前世界上以德國BASF公司的乙炔制備工藝技術最為可靠，1979年我國的四川維尼龍廠引進了德國BASF公司的專利技術建成了天然氣乙炔裝置，并且此裝置生產沿用至今，國內對其工藝技術已經完全掌握并有部分創新。

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，通過天然氣轉化為甲醇，然后作為生產甲醛的原料。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行反應，大量空氣保證了甲醇的轉化率和選擇性。

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，這種工藝使用強酸催化劑，將甲醛水溶液轉化為三聚甲醛單體，然后使用溶劑萃取精制，后在雙螺旋桿反應器內進行連續的單體聚合，后聚合體依次經粉碎、穩定、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、尺寸穩定、自潤滑、耐化學介質、質輕、強度高和電性能好的顯著優點，與金屬的性質十分相似，是重要的、不可或缺的工程結構塑料。

結論

天然氣作為一種清潔、優質和經濟能源和化工原料，已經被國際工業領域所認可，目前，世界范圍內已經迎來了新一輪大力發展天然氣化工技術的高潮。從20世紀90年代開始，我國就已經在天然氣勘探技術領域取得了重大突破，探明儲量快速增長，天然氣消費市場逐步擴大，實現了天然氣工業的高速發展。隨著我國能源需求量的快速增長和環境保護壓力的不斷加大，天然氣及其化工技術必將成為我國能源發展的重要課題。

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