一碳化工发展现状跟展望Word文档下载推荐.docx

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不同地区化工用天然气的比例不同。

天然气化工正在向天然气资源丰富且价格相对低廉的地区转移。

我国天然气化工已有40多年的历史，形成了—定的生产规模。

目前我国以天然气为原料生产的化工产品主要有合成氨、甲醇、氢气、乙炔、羰基合成化学品、光气、氰化物、甲烷氯化物、二硫化碳、炭黑等等。

虽然我国化工生产目前消耗的天然气量不是很大（100多亿m3/a），但其占国内天然气消费量的比例较高，目前仍达30%左右。

虽然相对用气量逐年下降，但绝对用气量不断增加。

在四川、重庆等天然气丰富和开发利用较早的地区天然气化工占化工行业的比重很大，如重庆天然气化工产值已占其化工总产值的一半以上。

1.1制氢

氢不仅在化工领域用途广泛，也是一种重要的新型能源载体，目前世界氢的年消费量已达到近5000万t。

氢的制取和来源途径较多，但甲烷是大规模制氢的最理想原料，目前世界上80%左右的氢气是以天然气为原料生产的。

氢气的主要消费领域是石油化工产品的生产，包括合成氨、甲醇、石油炼制产品和其它石化产品等，三者占总消费量的98%以上，另外还在食用油脂、金属加工、电子、浮法玻璃、火箭等领域有较广泛的应用，但用户分散、用量小，约占总消费量的1%～1.5%。

目前氢的生产和消费不断增长，除了合成氨、甲醇等的发展推动外，炼油行业的需求增长迅速，由于炼油原料重质化和油品质量指标提高，氢耗增加。

氢在未来的最大发展潜力是在能源领域，氢能发电、氢燃料动力汽车将引领未来的发展潮流。

作为纯氢能的一种过渡，氢烷（一种氢和甲烷混合物）燃料动力汽车，因其可减少污染物排放也引起了一定程度的重视。

甲烷等烃类制氢目前主要通过重整的方法，会副产大量的二氧化碳有害气体。

在环境保护越来越受重视的背景下，烃类分解生成炭黑和氢气的制氢新方法渐渐受到人们的关注。

该工艺的最大特点就是在生成氢气的同时副产炭黑，而不是二氧化碳。

尽管通过对烃类进行热氧化即不完全燃烧法制取炭黑是较为成熟和常用的炭黑生产方法，但它不适用于制取氢气，以下两种方法则较为理想：

（1）热裂解法烃类的热裂解法本是为生产炭黑开发的，但它同样适用于制氢。

该法是将烃类原料在无氧、无火焰的条件下，热分解为氢气和炭黑。

可安装两台裂解炉，炉内衬耐火材料并用耐火砖砌成花格构成方型通道。

在生产的过程中，先通入空气和燃料气在炉内燃烧并加热格子砖，然后停止通空气和燃料气，用格子砖蓄存的热量裂解通入的原料气，生成氢气和炭黑。

两台裂解炉轮流进行蓄热－裂解，周而复始循环操作。

将炭黑与气相分离后，气体经提纯即可得到纯氢。

（2）等离子体法等离子体是物质存在的第四种状态。

用等离子体使烃类分解生成炭黑和氢气的方法早在几十年前就被提出来了。

近年来，等离子体技术进步很快，同时二氧化碳排放引发的环境问题也越来越受到关注，等离子体法也因此被开发为无二氧化碳排放的制氢技术。

等离子体法制氢的优点首先是成本低。

如果考虑炭黑的价值，等离子体法是在包括风能制氢、水电制氢、地热制氢、生物法制氢、天然气蒸气转化制氢在内的几种制氢方法中，成本最低的。

其次是原料利用效率高。

在该过程中几乎所有的原料都转化为氢气和炭黑，没有其它副反应。

除原料带入的杂质外，过程中没有二氧化碳的生成，其它非烃杂质也很少。

再次是原料的适应性强。

几乎所有的烃类，从天然气到重质油都可作为其制氢的原料。

在该工艺中，原料的改变仅影响产品中氢气和炭黑的比例。

四是与该工艺配套的装置生产规模可大可小。

烃类制氢副产炭黑工艺的优越性从能量利用的角度也可反映出来。

把二氧化碳排入大气相对于留在地面上的副产物炭黑而言，本身就是一个能源浪费的过程。

而热分解烃类生成炭黑和氢气，不仅减少了二氧化碳的排放，而且节省能耗。

烃类制氢副产炭黑工艺伴生的炭黑用途很广泛，如用于橡胶、塑料、印刷、道路沥青等。

在大量副产炭黑的情况下，上述途径所使用炭黑的量依然有限，而且不同的用途对炭黑的规格要求也不尽相同，因此，烃类制氢副产炭黑的配套工艺还有待于进一步开发。

由于氢气需求量的增加甲烷制氢正在向越来越大型化发展，然而由于氢气的储运成本高，小型的现场制氢装置也得到了发展。

1.2合成氨

合成氨是生产尿素、磷酸铵、硝酸铵等化学肥料的主要原料，工业生产过程是以天然气或煤炭为原料通过水蒸气重整工艺制得氢气，然后与氮气进行高压合成制得合成氨。

据统计，世界合成氨产能已超过1.76亿吨/年，主要生产能力分布情况：

美国1000万吨/年、加拿大520万吨/年、墨西哥291万吨/年、南美地区856万吨/年（其中特立尼达453万吨/年）、西欧1218万吨/年、东欧3333.4万吨/年、中东/非洲1560.2万吨/年、亚太地区8720万吨/年。

合成氨按终端用途来分，约85%～90%的合成氨用作化肥：

液态氨、硝酸铵、尿素或其他衍生物，仅13%用于其他商品市场。

据预测，未来几年年世界合成氨产量将以3.5%/年增速继续增长，2010年将达到2亿吨。

世界上将近80%的合成氨是以天然气为原料生产的，天然气基合成氨与煤基合成氨相比，流程短、投资省，因此天然气是合成氨的最佳原料。

但是，近年天然气价格的快速上涨，已使美国、欧洲等地区关闭了一批合成氨装置。

合成氨生产正向天然气低价格地区转移，将集中在中东、北非和特立尼达等地区。

我国由于煤资源相对较为丰富而天然气较缺乏，合成氨的发展重点以煤为原料，但在天然气相对丰富的四川、重庆、新疆、宁夏、海南等地区，天然气合成氨还是得到了发展。

目前我国合成氨生产能力已超过5000万t/a，其中以天然气为原料的仅约占21%，但30万t/a以上的大型合成氨装置天然气为原料的占多数。

除十几套大型合成氨装置外我国还有60多套以天然气为原料的中、小合成氨装置。

合成氨生产的发展方向是节能和大型化。

1.3合成甲醇

甲醇是极其重要的一种基础有机化工原料，广泛应用于有机合成、染料、医药、涂料和国防等工业。

随着科学技术的发展，甲醇又开辟了一些新的应用领域，以甲醇为原料的系列产品也越来越多，甲醇的燃料用途也越来越受重视。

2005年全球甲醇产能达4860万吨，产量3600万吨，2006年世界甲醇总生产能力为4965万吨。

2010年世界甲醇生产能力预计将达到6400万，2015年达7200万吨。

近年，我国甲醇生产和消费发展迅速，2006年底我国甲醇产能已达1097万吨，2006年产量为762.3万吨，其中30%左右以天然气为原料生产。

目前我国在建和规划建设的天然气甲醇项目产能达770万吨/年。

在过去的20多年里，甲醇生产能力的地区分布及生产状况已发生了巨大的变化，那些具有丰富天然气资源的国家尽管国内需求有限，但还是建设了世界级的大型甲醇生产装置，向美国、西欧和日本等发达国家出口大量甲醇，而工业发达国家则纷纷关闭了那些效率不高的甲醇生产装置。

目前国外在建或计划建设的甲醇生产能力，多数位于中东、南美等富产天然气的地区。

大型化是甲醇生产发展的另一趋势。

目前产能30万t/a以上的甲醇装置的生产能力已占总生产能力的80%以上。

近年国外多家公司开发了生产能力5000～10000t/d的超大型甲醇装置生产新技术，可显著降低投资和甲醇生产成本。

目前，生产能力170万t/a的超大型甲醇装置已建成投产。

目前几乎所有的甲醇都是经由合成气合成的，甲烷不经合成气而直接合成甲醇的新技术是当前的一个研究热门，但目前距工业应用仍有一定距离。

1.4合成油

天然气合成油是利用边远地区天然气的一条重要途径，油价的长期走高使其吸引力越来越大。

天然气合成油（GTL）最重要的优点是不含硫、氮、镍杂质和芳烃等非理想组分，属于清洁燃料，完全符合现代发动机的严格要求和日益苛刻的环境法规。

目前马来西亚和卡塔尔已建成投产有GTL装置。

近年GTL技术经过不断改进和完善，投资和生产费用逐步降低。

虽然目前GTL工业化产能不大，但业内人士对GTL未来前景保持乐观，认为未来10～15年GTL项目将有较大发展。

据南非Sasol公司预测，到2020年，世界GTL产量可达9000万吨/年。

2007年2月底，中石化集团与美国合成油公司成立了一个技术合资公司，以便在中国推广商用GTL天然气液化和CTL煤炭液化技术。

计划中GTL天然气合成油设备的年生产能力为79万吨。

1.5乙炔

乙炔曾是世界化学工业中“有机合成之母”，早期的石油化工就始于天然气乙炔工业和天然气凝析液（NGL）制乙烯工业的兴起。

天然气生产乙炔于1940年实现工业化，工业发达国家于20世纪60、70年代发展到顶峰。

在经过廉价石油乙烯出现后的30多年竞争后，至今世界上仍有十多套天然气乙炔装置在运转，用于生产氯乙烯，醋酸乙烯，1,4-丁二醇等几种化工产品，占国外乙炔生产能力的50%左右。

由于石油价格上涨，乙炔化工在一定程度上又重新受到重视。

我国1978年引进BASF公司技术建设3万t/a的四川维尼纶厂天然气乙炔装置，所产乙炔用于合成醋酸乙烯和维尼纶，乙炔尾气则用于合成甲醇。

2003年该厂又新建了一条3万t/a的天然气乙炔生产线。

该厂目前正在与新疆美克化工有限责任公司合作在库尔勒美克集团化工工业园区建设天然气乙炔装置，为美克化工6万t/a1,4－丁二醇项目生产原料。

我国目前乙炔生产主要采用电石法，但天然气法生产乙炔具有清洁污染少、可连续大规模生产等优点，在天然气丰富且价格相对较低的地区仍有一定发展前景。

天然气制乙炔目前工业上主要采用部分氧化法。

等离子体法是目前的一个研究热门，近年在研究上也取得了一些进展，但距工业化应用仍有距离。

1.6氢氰酸

氢氰酸主要用于生产己二氰、丙酮氰醇和甲基丙烯酸甲酯、蛋氨酸、氰化钠、三聚氯氰和螯合剂等，在化学工业中有重要地位。

氢氰酸有多种工业生产方法，其中以天然气和氨为原料在贵金属催化剂下反应的生产方法占主导地位，该法以Andrussow工艺（安氏法）最具代表性，其后Degussa改良开发出BMA工艺。

目前世界氢氰酸产能为180万t/a左右，以天然气为原料的氢氰酸占总生产能力的60%以上。

我国氢氰酸生产目前以天然气为原料的比例仍较低，而以丙烯腈副产法和轻油裂解法为主。

国内以天然气为原料的几个氢氰酸生产厂家合计生产能力约20kt/a，用于加工成多种氢氰酸下游产品。

重庆三峡英利公司目前正在建设“天然气—3万吨氢氰酸—12.6万吨羟基乙氰—5万吨甘氨酸”项目，该技术为清华紫光英利的自主技术，属于国际先进的直接Hydantion工艺，即：

天然气—氢氰酸（+甲醛）—羟基乙氰（+氨和二氧化碳）—氨基乙氰（脱水）—氨基乙酸（即甘氨酸）。

该工艺与传统的氯乙酸氨解法甘氨酸生产方法相比在产品品质、收率、成本及环保方面都具有非常显著的优势。

我国无论氢氰酸的生产技术和规模，还是氢氰酸的下游开发利用都仍有较大的发展空间，不少氢氰酸的下游产品如蛋氨酸等主要依赖进口。

1.7二硫化碳

二硫化碳的生产方法以原料划分主要有天然气法和木炭法两种，国外主要采用天然气法，目前世界二硫化碳年消费量估计约为100万t。

二硫化碳是生产粘胶纤维、玻璃纸的溶剂和生产二甲基亚砜、橡胶硫化促进剂的原料，我国是粘胶纤维和二甲基亚砜的生产大国，对二硫化碳需求量大。

目前我国二硫化碳的年生产能力已达30多万t，其中以天然气为原料的占三分之一左右。

1.8炭黑

天然气曾经大量用于生产炭黑，但由于天然气价格的上涨使天然气制炭黑在大部分地区已失去竞争能力。

国外目前天然气在炭黑生产中主要是用作燃料而不再是原料。

由于油价上涨，在一些天然气外输利用比较困难、价格比较低廉的天然气产地，利用天然气生产炭黑仍然是有利可图的。

国内虽然一些天然气炭黑装置已关闭或改换原料，但近年在一些天然气产地又建设了几家天然气炭黑厂。

目前国内天然气炭黑年生产能力仍有数万吨。

制氢联产炭黑或许会为将来受重视的天然气生产炭黑路线。

1.9合成烯烃

甲烷合成乙烯、丙烯等烯烃有甲烷直接氧化偶联合成烯烃、甲烷氧化氯化经氯甲烷转化合成烯烃、甲烷经甲醇合成烯烃（MTO）、甲烷经二甲醚合成烯烃（DMTO）及由甲烷制得的合成气通过费托合成直接合成烯烃等路线。

通过甲醇或通过费托合成法制烯烃，这些路线均需生成合成气作为中间步骤，而这一中间步骤投资大、能耗高。

因此，对甲烷氧化偶联和甲烷氧化氯化等直接法技术也进行了大量研究。

最近美国陶氏化学公司在甲烷氧化氯化制烯烃工艺研究上取得了新的进展。

陶氏化学公司开发的三氯化镧催化剂在此过程中具有非凡的应用效果。

借助三氯化镧催化剂在氧气存在下，使甲烷与氯化氢反应，得到的氯甲烷再转化为化学品或燃料。

甲烷直接转化为烯烃虽然具有很大的吸引力，但在目前的技术条件下大规模工业应用仍存在许多障碍。

目前甲烷合成烯烃工业上成熟可行的路线是经过甲醇的间接合成路线，已有大型装置正在建设之中。

1.10合成芳烃

甲烷脱氢芳构化可同时获得芳烃和氢气，是一条很有吸引力的生产芳烃芳烃和氢气的非石油甲烷化工新路线，因此国内外都进行了大量的研究开发，在此研究领域我国处于世界先进水平。

采用单纯的甲烷进料，需要相对较高的反应温度，甲烷转化率也相对较低。

最近国内有研究发现，采用甲烷、丙烷共进料，使用Mo-Zn/HZSM-5催化剂，可显著改进这一过程，可达34.8%的甲烷转化率和69.6%的丙烷转化率，芳烃总选择性大于80%。

此种用丙烷活化甲烷的过程可能为天然气和炼厂气的直接利用提供了一个新的反应途径。

1.11甲烷燃料电池

目前，许多大公司正在开发这种燃料电池。

使用甲烷（天然气）作为燃料电池的燃料可避免贮氢和补充氢燃料的后勤问题。

燃料电池将来不止使用在汽车和大型发电装置上，小型燃料电池的开发也备受重视。

韩国三星公司的研发机构三星先进技术研究所已经成功研制成功一种小型直接甲烷燃料电池（DMFC）。

这种电池能将甲烷与空气和水混合，然后产生电能。

这种电池未来可以取代现在笔记本电脑以及其他便携电子设备等所使用的锂离子电池。

三星公司称他们的电池使用100cm3的甲烷所产生的电能能够供一台笔记本电脑运行10h。

MTIMicroFuelCells公司已经获得了一种直接甲烷燃料电池的专利，它采用的简化结构可使小型手持设备为手机、笔记型计算机等电子设备供电。

MIT宣称其待机时间将可望达到一般锂电池的三到十倍。

最近有报道称，日本东芝目前正在研发一种笔记本电脑使用的甲烷燃料电池，该款电池的续航时间可达到20h以上。

目前，东芝正在测试该项技术，产品原型很快就会推动。

据预计，这种燃料电池2008年有望于全球用户见面。

据悉，燃料电池的安全系数是很高的。

因此，美国联邦航空局已允许在美国的航班上使用甲烷燃料电池。

1.12其他产品

除了上述介绍的一些产品外，甲烷还可用于合成许多其他产品，如生产重要的化工原料甲烷氯化物，硝基甲烷，一氧化碳和OXO合成气，用于合成OXO醇，光气，羰基合成醋酸、甲酸等。

2合成气化工

目前甲烷化工大多数是通过合成气的间接方法合成其他化工产品，但是合成气除了由甲烷（天然气）生产外，还可通过煤、渣油、生物质等气化生产。

天然气短缺及其价格上涨，已使得合成气生产更多地转向依赖煤原料，而为了保护环境和可持续发展的需要，生物质气化生产合成气也得到了越来越多的关注。

2.1煤制氢和合成氨

在经济与环境保护等多重因素的促进下，煤气化制氢并进而制氨等越来越占据重要地位。

中国富煤少气的能源结构，使我国的氢气生产不得不更仰赖煤。

目前我国合成氨约80%以煤为原料。

其他领域所需的氢气也有不少来自煤基路线，如神华直接法煤制油装置所需的大量氢气即是通过煤气化生产。

目前的燃煤火力发电厂，排放大量的二氧化碳等对环境有害的气体，氢能发电已被考虑用于替代。

不少国家正在实施“绿色煤电”发展战略，以煤气化制氢和氢能发电为主，对二氧化碳进行分离和处理，使煤炭发电符合可持续发展的要求。

与现有的燃煤发电技术相比，煤气化制氢及其发电技术可以达到更高的发电效率，可实现包括二氧化碳在内的各种污染物的近零排放，这是现有燃煤发电技术无法实现的目标。

但是，发展真正意义的“绿色煤电”，还有很长的路要走。

煤制氢最关键的是煤气化技术，目前国内主要仍依赖从国外引进。

近年国内在煤气化技术的研究开发方面也取得了不少成果，缩小了与国外先进技术的差距。

合成气制氢是通过水煤气变换反应，因此开发高性能的变换催化剂也十分重要。

美国俄亥俄州立大学成功开发出一种不含毒性金属Cr的高温变换制氢催化剂，可大幅度提升制氢产率。

试验结果表明，该催化剂与现有商业化催化剂相比，氢转化率可提高25%。

我国变换催化剂的开发虽然已取得相当成就，但仍有进一步提高的必要。

2.2煤和生物质合成油

煤合成油（CTL）、生物质合成油（BTL）与天然气合成油（GTL）一起，被认为是最有希望在未来替代石油用于交通的能源。

煤气化经F-T反应合成油国外已有较长的生产历史，技术成熟，南非现有年耗煤近4200万吨、生产合成油品约500万吨和200万吨化学品的合成油厂。

在技术方面，南非SASOL公司经历了固定床技术（1950～1980）、循环流化床（1970～1990）、固定流化床（1990～）、浆态床（1993～）4个阶段。

近年国内不少单位计划引进技术建设大规模生产装置。

我国自行开发的技术，近年也取得了较大进展，已分别建成了设计合成产品能力为1000吨/年、1万吨/年的低温浆态床合成油（间接液化）中试装置，并进行了长周期试验运行，完成了配套铁系催化剂的开发，完成了10万吨/年、100万吨/年级示范工厂的工艺软件包设计和工程研究。

2007年4月6日，16万吨/年的合成油装置已在山西潞安正式开工建设，计划2008年7月31日正式产出合格产品。

低温浆态床合成油可以获得约70％的柴油，十六烷值达到70以上，其它产品有LPG（约5％～10％）、含氧化合物等。

煤间接液化技术有较宽的煤种适应性，工艺条件相对缓和，可以通过改变生产工艺条件调整产品结构，或以发动机燃料为主，或以化工品为主，因此将会成为未来煤制油产业发展的主要途径。

单一以煤为原料合成油，合成气的氢碳比优化困难。

南非金山大学与中国陕西金巢投资公司最近合作开发了使用煤炭和天然气（或煤矿的瓦斯废气）混合原料的新技术，使得氢碳比可以进行调整，新技术还省略了合成工艺流程中的回路环节，简化了工艺流程，降低了技术风险和运行成本。

目前，煤变油同行领先者的技术改造集中在合成工艺中的反应器上，但反应器的造价不超过整个企业投资的10%，而该新工艺流程的创新可节省15%至30%的投资。

截至2006年底，我国在建和规划中的煤制油项目规模达到4017万吨/年，其中有相当一部分采用经合成气的间接合成法。

其中兖矿集团规划建设1000万吨/年的间接法煤制油，第一期建成100万吨间接液化煤制油示范装置后，分别采用两种技术各建成200万吨间接煤液化装置，年产油品500万吨；

第二期将煤制油能力扩大一倍，达到1000万吨，同时建设石脑油、烯烃和含氧化物的下游加工利用工程，形成既有低温又有高温的大型煤制油及下游煤化工的联合生产装置。

据介绍，该项目的建设周期为4年，将在2008年试车投产。

一期设计生产液化石油气10.21万吨，石脑油24.99万吨，柴油71.46万吨，苯酚0.36万吨。

百万吨油品的煤炭需要量为405万吨/年，水需要1952立方米/小时，产品方案为柴油77.2%，石脑油19.6%，液化石油气2.3%，特种蜡为0.9%。

按照150元/吨的煤炭成本、3700元/吨的柴油售价计算，总投资101亿元的百万吨级煤间接液化制油项目，其年均税后利润为8.9亿元，财务投资回收期（含建设期）小于9年。

吨油完全成本1986元，可与25～28美元/桶的石油加工过程相竞争。

由于煤炭成本上升，最近兖矿集团调高了煤制油成本为2130元/吨（以煤价180元/吨计），可与35美元/桶的石油加工过程相竞争。

神华煤制油分为直接液化和间接液化两种方式，其三大间接法煤制油项目技术合作方是南非萨索尔公司和壳牌公司，其中萨索尔参与的是其在宁夏宁东和陕西榆林的两大项目，另一陕西项目则可能选择壳牌公司。

BTL（Biomass-to-liquid）是以生物质为原料生产合成油，被成为第二代生物燃料。

生产BTL的原料主要是可从各种生物质中获取的合成气。

与从天然气或者煤炭制取的合成燃料相比，BTL的独特优势是二氧化碳排放量较低，这是因为生物质在生长过程中吸收二氧化碳，因此可以大部分抵消其在燃烧过程中排放的二氧化碳。

BTL既可以作为添加剂，也可以作为纯净燃料用在柴油发动机中。

生物质液化燃料具有可再生性和对环境友好特征，因此被越来越多的国家所重视。

德国Choren公司是世界上生物质合成柴油和煤间接转化合成油生产领域的先驱者，Choren在生物垃圾变为柴油方面效率和品质高都很高。

其专利技术Carbo-V气化技术，即把植物和动物废料转化为合成气，在全球处于领先位置。

Choren公司计划投资5亿欧元在德国建成年产近1百万吨的BTL生产线，目前正在选址阶段。

Choren已经和Shell（壳牌）、戴姆勒-克莱斯勒、大众等公司密切合作，以推进这项计划顺利进行。

Choren目前已在德国Freiberg建成了一个年产15000吨的BTL生产基地，预计2007年秋季即可投入生产。

根据Choren的数据，5吨生物质可以生产1吨燃料，每公顷土地生产的生物质可以制备4吨BTL燃料。

2.3煤和生物质合成甲醇

国外甲醇主要以天然气为原料生产，由于天然气价格上涨和甲醇需求的扩大，已使煤制甲醇的吸引力增加，尤其在我国目前煤制甲醇发展迅猛，煤制甲醇在我国达75%左右。

对环境保护的关切，使得利用生物质制合成气生产甲醇也受到重视。

荷兰与比利时共同投资收购了位于荷兰东北部德尔福斯港的一家甲醇制造厂，准备