天然气化工原料需求分析.doc

天然气化工原料需求分析 天然气是高热值的清洁能源，同时也是发展C1化学工业的基本原料，其下游衍生物以合成气为基础原料的产品，如合成氨、甲醇、氢气等已形成规模化生产，有力地推动了天然气化工利用的发展。近年来，随着石油资源的日益紧缺，油价波动很大，而天然气多是签订长期合同，价格相对较稳定。为了能源及化工原料资源多样化的需要，上海市大量引入“西气东输”天然气、东海天然气，还将建设液化天然气(LNG)接收港以进口大量天然气。因此，有必要对天然气的化工衍生物需求进行分析，以便充分发挥天然气化工利用的社会效益与经济效益1天然气气源概况 我国天然气气源情况 据专家预测，我国天然气产量将快速增长，到2020年天然气产量为2001年的3.7倍。2003年中国天然气产量为341.28108m3，居世界第18位，产气格局如表1。为了改变能源结构、改善环境状况，我国正着手引进国外的LNG资源，在广东深圳建造LNG接收终端；并准备在福建、上海、河北秦皇岛等地建造LNG接收终端。深圳大鹏湾LNG接收港，第一期工程，LNG周转量为3Mta，第二期工程，LNG周转量为5Mta。上海LNG接收港周转量为3Mta，正在筹建之中1.2上海天然气气源情况 目前上海天然气气源主要由两个部分组成，即东海天然气、“西气东输”天然气，几年后将有进口的LNG。(1) 东海平湖油气田天然气 (2) 东海平湖油气田外输干气的平均分子量为18.484，组成见表2。C3以上组分在油田已经分离出来了。C3C4作LPG，C5作各种溶剂。东海平湖油气田外供天然气不含硫，产量180104m3d(6.4108)m3a)。若把外供天然气中的乙烷全部分离出来，全年只有约66kt乙烷，数量太小，实际应用有困难，经济上需慎重考虑。(2)“西气东输”天然气 主要成分是甲烷，约占97%。目前进上海的量为2010825108m3a。“西气东输”天然气H2S含量为0.36mgm3，水含量为13mgm3，“西气东输”天然气组成如表3“西气东输”天然气上海门站的价格为1.36元m3，工厂价格是根据合同来定的。(3)LNG 全部是进口的天然气，主要成分是甲烷，几乎没有C2以上的组分。上海的LNG终端接收港正在筹建之中。进口量：3Mta，相当于40108m3a以上3种天然气，只有东海天然气含有约8%的乙烷，将其分离出来作乙烯裂解原料，能耗太大，成本很高。“西气东输”天然气和进口的LNG主要成分是甲烷，不宜作乙烯裂解原料。2天然气的化工用途目前，以天然气为原料生产的一次产品有氨、甲醇、合成油、氢气、乙炔、氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷、四氯化碳、氢氰酸、二硫化碳、硝基甲烷及单细胞蛋白等十几种；由氨、甲醇、乙炔和其他一次产品又可衍生出大量的二次及三次产品。以天然气为原料生产的主要化工产品见图1。目前，天然气化工利用的最大用户是合成氨和甲醇装置。合成氨主要用于生产化肥，而甲醇的用户是甲醛、MTBE及乙酸。随着当今世界石油资源的日益减少和甲醇单位成本的降低，用甲醇作为新的石化原料来源已经成为一种趋势。随着甲醇应用领域的不断开拓，作为C1化学基础产品的甲醇，其市场前景看好。(1)甲醇制烯烃技术的开发已经日趋成熟，美国环球油品公司开发的甲醇制烯烃技术(MTO)已经达到工业化程度；鲁奇公司开发的甲醇制丙烯技术(MTP)已经进入工业示范阶段，其经济性在油价较高的情况下已经接近石脑油、轻柴油为原料的制烯烃工艺。我国中科院大连化物所等单位进行了多年的MTO催化剂研究工作，中国石油天然气集团公司正在筹备进行千吨级的中试，这些都为今后NITO技术引进、吸收和国产化奠定了基础。(2)用甲醇掺人汽油。世界各国根据不同国情，研发了M3、M5、M15、M20、M50、M85、M100等不同掺合比的甲醇汽油。不同比例的甲醇汽油稳定性和腐蚀性不同，对发动机的要求也不同，许多性质仍处于试验阶段。若甲醇替代汽油工程能在近年内铺开，必将对甲醇市场产生重大影响(3)甲醇生产二甲醚燃料(DME)。DME具有十六烷值高、动力性能好、污染少、稍加压即为液体，易贮存等燃料性能。各国研究人员对DME作为柴油机代用燃料进行了广泛的研究。由于DME与柴油的性质存在着一定差异，其在柴油机的使用性能仍处于研究阶段。目前，甲醇、DME生产技术和规模使得DME作为燃料在经济上是可行的，一旦柴油车广泛使用DME，其发展前景十分广阔3国内外天然气利用结构 3.1世界天然气利用结构就世界范围而言，天然气主要用作家庭、发电及工业燃料，化工利用的比例不到10%；但是，其绝对量相当可观，以7%计，则每年化工利用的天然气量就超过1400108m3。据统计，目前世界上约有84%的氨、90%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。随着一些新的天然气合成氨和甲醇装置的建成投厂，上述比例还要升高。表4为美国、西欧及我国天然气化工利用结构。从表4可以看出，在我国天然气化工利用中，用于制合成氨所占比例较大，高于美国、西欧，而用于制甲醇的比例低于美国、西欧，其余相差不大美国及西欧均是天然气消费量巨大的地区。美国用作原料的天然气量约为183108m3a，占其天然气总量的2.94%；西欧约146108m3a，占3.75%。美国的合成氨装置，98%以上是以天然气为原料；英国及荷兰的合成氨装置则全部以天然气为原料。在天然气化工利用中，美国及西欧的合成氨均占三分之二左右。另有报道，美国天然气化工利用结构中，制氢占6%。3.2我国天然气利用结构 2003年我国大陆天然气消费量为328108m3，居世界第18位。消费结构中化工占42.1%，工业燃料占27.3%，发电占16.1%，城市燃气占14.5%。我国合成氨大都采用煤炭为原料。1999年我国以天然气为原料的合成氨生产能力只有7260kt，仅约占合成氨总生产能力的17.8%，比例较低。但在大型合成氨厂中，天然气为原料的比例则高达70%，全国已有15套300kta以天然气为原料的合成氨装置我国甲醇生产原料也是以煤为主，煤占总生产能力的77.0%，天然气占10.3%，乙炔占3.4%，重油占9.3%目前，上海某厂仍以煤为原料生产甲醇和合咸氨。因为上海远离天然气产地，以煤作原料有一定的原料价格优势。然而，煤和石油资源日益紧张且价格波动大。而天然气资源较丰富，且价格多是按长期合同签订的，较为稳定随着天然气化工技术的进一步发展，成本将会进一步下降。 4上海可用天然气生产的主要化工产品及所需天然气量 上海可用天然气生产的主要化工产品是氢气、合成氨、甲醇及其衍生物等。4.1天然气制氢 上海地区拥有制氢装置的厂家有中国石化上海石油化工股份有限公司(SPC)、中国石化上海高桥石化分公司(GPC)、上海化学工业区一期(SCIP)、上海化学工业区二期(SCIP，正筹建之中)。上海制氢装置原料用量情况见表5。上海地区石化系统制氢原料全部采用LNG的话，需要LNG647.5kta(8.93108m3a)。然而，GPC两套、SPC一套制氢装置是采用炼厂干气和甲烷氢作原料的，不一定需要替换成LNG。除这三套外，上海地区其余制氢装置需用LNG的总量约为450kta(6.2108m3a)。制氢装置有两种生产方案可供选择，一是只生产H2；二是生产H2和CO。CO也是化工原料之一。如以甲醇和CO为原料可生产乙酸、甲酸甲酯、碳酸二甲酯以及各种羰基合成醇等。上述制氢装置若考虑生产部分CO以供羰基合成用的话，对LNG的需求量还会增加一些。4.2天然气制合成氨、甲醇等产品 目前上海地区合成氨和甲醇生产厂都集中在华谊集团，其他的小型化肥厂都已经陆续关闭。上海华谊集团合成氨、甲醇生产情况见表6。主要的有机化工原料如醋酸、乙二醇、乙醛等都可以通过甲醇和合成气来生产。目前，我国上述产品中，相当大的部分是以乙烯为原料生产的，如上海石化的乙酸、乙二醇、乙醛等产品。吴泾化工有限公司的200kta乙酸装置和2006年将建成的300kta醋酸装置都是以甲醇和CO为原料生产的。部分氧化法是天然气制乙炔的主体。以乙炔为原料可生产氯乙烯、醋酸乙烯、聚乙烯醇、丙烯酸等。随着石油化工的发展，乙炔逐渐被乙烯取代。但近年来石油资源紧缺，石油价格飞涨，而天然气价格相对较稳定，因此在发展石油化工的同时发展天然气乙炔化工也是有必要的5小结 (1)我国天然气产量逐年增长，目前居世界第18位。上海市的天然气气源也日益丰富，待LNG进入上海后，上海的天然气气源总量将达70108m3a以上。(2)东海天然气中含有7%8%的C2，约为66kta；如果要把它分离出来单独利用，数量太小，是不经济的。“西气东输”天然气和LNG中97%以上是C1，因此进入上海的天然气不可作乙烯裂解原料(3)从天然气出发，经合成氨、甲醇、乙炔可以合成许多化工产品。其中天然气制合成氨、甲醇、乙炔都是相当成熟的工艺。(4)目前上海可用天然气生产的主要化工产品是氢气、合成氨、甲醇及其衍生物。初步估计，如果上海制氢、合成氨和甲醇装置都采用天然气为原料的话，约需天然气1090kta(约15108m3a)(5)通过对天然气制氢、合成氨、甲醇进行经济比较，认为天然气制氢经济性较好(目前上海、天然气门站价格为1.36元m3)。但随着技术的进步，天然气原料单耗不断下降，以及市场产品价格的上涨，用天然气生产合成氨和甲醇的经济性必将好转。