学文网摘 要：伴随煤炭石油等能源的日益枯竭，天然气等新型能源进入到人们的视野当中，如何更有效的利用天然气成为关键。本文简单介绍了国内外天然气的化工利用情况，并介绍了天然气为原料制成的合成物，最后分析了天然气制合成气的新技术。
关键词：天然气 催化 工艺
天然气作为一种新兴重要能源，一般情况下不能直接利用，在合成燃料前会先合成气，而在整个天然气转化为使用能源的过程当中，合成气的步骤耗费相当大的成本，能够占到全程的百分之六十左右，因此天然气制合成气工艺的改善是一个巨大挑战。近年来国外发展了自然重整，非催化部分氧化和联合重整等制合成气新工艺。
一、国内外天然气的化工利用
上世纪初西方国家首次铺设了天然气管道为化工使用，自此天然气成功加入了世界能源的行列，各个国家开始了天然气的开发使用，并在相当长时间段内有着飞速发展，从1940年发展速度的开始提升至1960年达到鼎盛，天然气利用技术趋于成熟，转化成各类能源物，一定程度上促进了各国的发展。至70年代，由于石油化工廉价化，天然气研发的脚步减慢，但仍有着较为稳定的发展速度。目前，石油供给短缺，价格不断上升，世界石油局势紧张，而天然气作为一种新兴能源，处于开发的初级阶段，且储量巨大，国际能源机构认为，天然气产量增加，并且今后将会作为主要能源之一。
作为21世纪新兴能源，天然气合成燃料的工艺备受关注，不断得到改善，被应用到工业化工中去。企业中的天然气转化工艺，可分为以下两种方法：
1.直接转化法
在制作乙烯过程中，当利用甲烷作氧化剂时，可以选择氧化制甲醇和甲醛。
2.间接转化法
天然气制燃料常用的就是间接转化法，利用转化器将天然气进行转化，合成的合成气，应用于工业化工上，将之彻底转变成燃料、化肥等。
二、以天然气为原料的化工合成物
1.合成氨
氨肥是化肥工业中的主导产品，世界各国对化工氨需求量大，氨的产量直接影响到一个国家经济发展，因此提高合成氨产量十分重要。当前，世界各国合成氨年产量大约为1.5亿吨左右其中百分之八十的合成氨是以天然气为原料制成。目前世界上来看，我国合成氨产量占有最大比重，但天然气利用情况不容乐观，以天然气为原料合成的氨仅占百分之二十，而许多西方国家几乎百分百的利用率。我国现有16套大型合成氨生产装置和配套的17套尿素生产装置，其中，除吴泾化工总厂为国产装置外，其余均为引进装置。合成氨的下游产品主要是尿素，只有少量合成氨加工为硝酸、硝氨或其他氨类化合物。合成氨工艺应用广泛，该工艺首先要将天然气转化成合成气，而在整个天然气转化为使用能源的过程当中，合成气的工艺投资大。目前我国以天然气为原料的合成氨厂多采用天然气蒸汽转化的二段炉法，而该技术在生产过程中，耗费大量原料，消耗约三分之一的天然气原料。所以，在整个合成氨工艺中，天然气转合成气的工艺尤其重要，其受天然气供给、价格等因素的影响。
2.制甲醇
20世纪末开始，由于各国化工发展需要，甲醇的需求量越来越大。我国应对形势，吸取国外经验技术加上国内独有技术，建立了以煤、天然气和油为原料的数十套甲醇生产装景。截至2001年，我国共建立生产甲醇的工厂两百余家，其中很多厂家生产过程以煤炭为原料，造成较大污染，而且资金需求大。近些年来，部分规模小的生产厂家不堪煤炭价格浮动大的影响，出现减产甚至停产状态。以天然气为原料的甲醇装置除四川川维厂外，逐步发展的有大庆油田、长庆油田、吐哈油田、青海油阳甲醇厂，以及榆林、云南天然气化工厂等，装置规模仍较小，缺乏全球性的竞争能力。在甲醇的生产过程中，其原料制气的过程与合成氨以天然气制气过程基本一样，但甲醇工艺中原料气要求更严格，需要氢气与一氧化碳比达到2：1。天然气制甲醇相比于其它原料来说，简化了工作流程，减少了原料的耗用，并节约了成本。
3.制取汽油、柴油
近些年来，许多科技公司开始研发二甲醚，并将之应用到油料当中。目前，科学领域将二甲醚视作21世纪新型高效燃料，其具有独特的十六烷值，并且作为燃料相当环保，但由于二甲醚处于开发的初级阶段，生产成本较高。近些年来许多国外公司开发了一些新技术，正逐步降低二甲醚的生产成本，有效利用科学技术，最终将会利用二甲醚生产出更有效的燃油产品。将天然气转变为低碳烯烃，如天然气经甲醇生产乙烯和丙烯是一种提高甲烷附加值的可行方式。当然，甲醇本身也是一种有价值的通用化学品。现今进行的广泛研究和开发工作还向人们预示，合成气有可能经济地转化为许多重要的化学品和优质燃料。所以，采用先将天然气转化为合成气再合成化学品和燃料的间接法，是一条现实可行的天然气综合利用途径口。
4.制乙炔
70年代初，我国引进了用天然气制备乙炔的典型工艺，在四川维尼纶厂建设了一套天然气制乙炔工业化装置。以该装置为龙头的维尼纶纤维工厂于1983年竣工投产，现年产4.5万吨乙炔。但在天然气部分氧化制乙炔过程中，乙炔装置反应温度高，炉内温度高达1500℃，设备高温腐蚀严重，对设备材质要求较为严格。，目前，世界上通过天然气制备乙炔及其衍生物的比例正在逐步缩小。20世纪50年代，乙炔曾是重要的有机合成原料之一，从乙炔出发可制备几千种化学品，在合成树脂、合成纤维、合成橡胶、医药、农药、染料、香料、涂料、溶剂、表面活性剂等许多工业部门有着广泛的用途。自60年代后期，石油化工的迅速崛起，使乙炔作为有机化工原料遇到了相对廉价的乙烯、丙烯等的冲击，乙炔作为基本化工原料的用途逐渐缩减。另一方面，在天然气制取乙炔的反应中，反应温度高显乙炔收率较低，急冷导致高温热能无法回收，能量损失较大也是天然气制乙炔工艺路线削弱的一个主要原因。因此，在我国新一轮的天然气化工建设中，尽管天然气制乙炔的工截路线已较为成熟，但不宜扩大采用。
三、天然气催化部分氧化制合成气技术
在整个天然气转化为使用能源的过程当中，合成气的步骤耗费相当大的成本，天然气制合成气受到格外的重视。天然气催化部分氧化制合成气工艺不断发展进步，大致可分为三种工艺：
1.水蒸气重整法
水蒸气重整法是生产中最常用、应用时间最长的技术之一，生产中实用经验丰富，被广泛应用。该技术在生产中巧妙利用水蒸气为合成气中提供了大量氢气，而氢气是工业合成氨的主要原料，方便了生产。但是由于氢气含量太高，导致合成气中氢气与一氧化碳比严重失调，不适于甲醇等燃料的生产，且该技术步骤繁琐，投资大耗费大量原料，给生产带来麻烦。
2.蒸汽重整接二段氧吹法
针对水蒸气重整法不适于生产甲醇、耗资大等不足，逐渐兴起的蒸汽重整接二段氧吹法更适于天然气制合成气，相对于水蒸气重整法，该技术对天然气等原料的耗费大大降低，并且采用一系列高效回收设备，环保又节约。
3.部分催化氧化法
部分催化氧化法又称为部分氧化法，是起步最晚的一个氧化技术，该技术还未应用到实际生产当中，处于试验阶段，其中涉及的化学发应有：
CH4+O2CO2+H2O
CH4+H2OCO+3H2
CH4+CO22CO+2H2
总反应CH4+1/2O2CO+2H2
部分催化氧化工艺的工作过程不同于前两种工艺，其能够缓和放热反应，使放热反应趋于温和化，部分氧化法的TOF较高，导致合成气中的氢气与一氧化碳比为2：1，更适合甲醇气的生产。另外，该技术在一定条件下可以反应于极大空速（1～5）×105h-1当中，减小了合成气的规模，节约了成本，提升了效率。并且该技术可以直接在原有工艺基础上进行改造并投入到实际生产当中，生产效率提升几十倍。综上所述，部分催化氧化工艺能够更加有效的进行生产，其研发受到广泛重视。
参考文献
[1]闻战.天然气-二十一世纪能源主力[J].河南国土资源，2004（1）.
[2]尤向阳.我国天然气化工技术进步亟待加快[J].中国石油和化工，2004（3）.
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