中国天然气化工技术现状及发展方向

潘珍燕，石 勇

（中国石化南京工程有限公司，江苏南京 211100）

随着中国经济的快速发展，环境保护日益受到重视，促进了天然气需求的快速增长。天然气作为清洁环保的绿色能源和化工原料，加速了天然气资源在化工领域的蓬勃发展。随着世界天然气产量稳定增长，为天然气化工提供充足的原料和能源。天然气化工已成为世界化学工业的主要支柱，世界上80 %的合成氨，90 %的甲醇用天然气为原料，在美国75 %以上的乙炔以天然气为原料生产，而我国分别还不到20 %[1]，可见我国天然气化工利用有着很大的发展空间。

我国坚持走绿色低碳的可持续发展道路，树立和践行“绿水青山就是金山银山”的发展理念，在工业领域全面分析天然气化工的发展现状，科学合理的应用天然气，加强和发达国家的交流合作，不断学习先进技术来提高我国天然气化工技术，实现经济和社会的可持续发展。

1 天然气化工技术现状

中国天然气生产和利用已进入到了一个快速发展阶段。中国天然气主要用于合成氨、制氢、生产甲醇、OXO 合成气、乙炔、氢氰酸系列产品、二硫化碳生产等领域。以天然气为原料的主要产品（见图1）。

图1 天然气化工行业主要产品

从天然气化工发展趋势来看，合成氨、甲醇及其下游产品仍将持续增长，但产品结构会向高技术含量和高附加值方向调整。天然气化工的发展具有下述特点：从天然气出发的大宗化工产品，如氮肥、甲醇及其加工产品（甲醛、醋酸等）发展速度较快；以节能为中心的研究开发工作十分活跃；新工艺相继出现，特别是以合成气为基础的碳一化学更为突出[2，3]。

2 天然气化工发展方向

2.1 天然气制合成气

2.1.1 天然气蒸汽转化技术 天然气蒸汽转化是在一定的温度、压力及有催化剂存在的条件下，天然气与水蒸汽发生化学反应，生成CO 和H2，这一过程为强吸热过程，所需的热量由转化炉辐射段提供，在催化剂床层发生如下反应：

天然气蒸汽转化要求在操作中必须严格控制水碳比，防止蒸汽量不足，增加水碳比有利于反应平衡向正向移动，有利于提高反应转化率，但是发生催化剂氧化等副反应的几率增加；同时由于水蒸汽的热容较大，过多的水蒸汽进入转化炉，会使加热反应物所消耗的燃料气量增大，能耗增加。水碳比过低，会导致烃类在催化剂表面结碳，使催化剂失活，因而必须根据反应条件选择合适的水碳比。

随着合成氨、甲醇等合成气工业的飞速发展，烃类蒸汽转化制合成气技术有了长足的进步。在催化剂性能、能量回收、净化方法等方面均有重大改进，使烃类蒸汽转化技术日臻成熟，可靠性、灵活性有了很大提高。主要体现在：低水碳比、高转化温度，以降低原料和燃料消耗；应用现代节能技术，优化余热回收方案，以进一步降低装置能耗。

2.1.2 天然气干重整转化技术 天然气干重整转化技术是利用CO2和CH4进行干重整反应，可根据目标产品的不同来调整H2/CO 比例关系，使得该工艺流程可根据市场的变化来调整目标产品的种类和规模，可以满足绝大多数合成气下游合成的应用。

可以用于多种基于合成气为原料的碳一化工利用技术路线，如合成氨、直接制还原铁、天然气制甲醇、费托合成尾气转化利用、沼气经羰基合成/氢甲酰化制含氧化合物、CO2减排与高值利用等。

以合成气制甲醇为例，按氢平衡计算，采用CO2/CH4干重整技术，可以提高甲醇产量50 %，减排CO2量相当于甲醇产能的70 %。CO2和CH4干重整制甲醇工艺路线能够在一定规模上替代流程长投资大的煤制甲醇，同时减少CO2排放，提高企业效益。

天然气作为清洁能源用于制合成气对于缓解我国能源紧张，减轻对传统化石能源的依赖，优化能源结构，减少环境污染，改善生态环境，实现可持续发展等具有十分重要的战略意义。

2.2 天然气制合成油（GTL）

天然气制合成油（GTL）是利用天然气生产的汽油和煤油等液体燃料，由于它不含硫、氮氧化合物等杂质，是一种燃烧性佳、污染小、洁净、无色的合成燃料，因此也被称作是“绿色燃料”[4]。

天然气制合成油工艺主要包括合成气生产、费托（F-T）合成、产品精制。一些主要反应如下：

其中最关键的技术是费托催化剂的开发和利用，使用较高活性的催化剂，控制反应温度，提高装置的生产能力，降低装置的投资成本。

2.3 天然气制精细化工产品

天然气生产精细化工产品也有相当好的经济效益，因此，天然气化工技术的发展也在朝着精细化和深加工方向发展。如经天然气合成的乙炔、甲醛、聚甲醛树脂、聚氯乙烯（PVC）、醋酸甲酯等等，下面以天然气生产氯乙烯和聚甲醛树脂为例，介绍其生产技术及工艺过程。

2.3.1 天然气乙炔法生产氯乙烯 以天然气为原料生产乙炔的研究、开发和应用都比较早，生产方法也很多，但工业化生产方法只有3 种：部分氧化法、电弧法和等离子法。其中部分氧化法为天然气制乙炔的主要方法，利用部分天然气燃烧形成的高温和产生的热量为甲烷裂解成乙炔创造条件[5]。主要反应过程为：

乙炔与氯化氢反应生产氯乙烯是原子经济型反应：

整个工艺过程包括原料气混合、氯乙烯合成和产品精制。氯乙烯98 %以上用来生产聚氯乙烯（PVC），还可以与其他单体生产共聚物。

2.3.2 天然气生产聚甲醛树脂 天然气在催化剂的作用下，经合成气制得甲醇，然后甲醇在氧化催化剂的作用下得到甲醛，甲醛水溶液在强酸催化剂的作用下通过共聚工艺生产聚甲醛。主要反应过程为：

整个工艺路线包括甲醛生产、甲醛浓缩、三聚甲醛生产、萃取精制、单体聚合等过程。

3 结语

天然气作为一种清洁和优质的能源，具有很强的技术和经济优势。未来中国天然气需求增长速度将明显超过煤炭和石油。我国应密切跟踪世界天然气先进技术，加大天然气工业自主开发创新力度。中国煤层气、页岩气等非常规天然气资源也相当丰富，未来不仅会深刻影响天然气市场格局，而且将改变一些高能耗的化工行业的命运。因此，为推动我国经济和社会的可持续发展，必须坚持绿色化工的发展理念，加强重大技术攻关，提升天然气化工的技术水平。