天然氣化工技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展研究

胡 文

天然氣化工技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展研究

胡 文

（朝陽廣播電視大學(xué)， 遼寧 朝陽 122000）

天然氣不僅是一種清潔性能源，而且是較為重要的化工原料，加強(qiáng)天然氣化工技術(shù)的研究，對(duì)推動(dòng)我國工業(yè)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。對(duì)天然氣化工技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展進(jìn)行探討，以期為生產(chǎn)出更多高質(zhì)量的天然氣產(chǎn)品提供參考。

天然氣；化工技術(shù)；發(fā)展

天然氣是僅次于石油、煤炭的第三大能源，是一種性能優(yōu)異的化工原料，因此，很多國家非常重視天然氣化工技術(shù)的研究，相繼研發(fā)出了天然氣制備其他工業(yè)產(chǎn)品的優(yōu)越工業(yè)方法，在降低生產(chǎn)成本低基礎(chǔ)上，生產(chǎn)出的產(chǎn)品一定程度上滿足了工業(yè)生產(chǎn)的相關(guān)要求。我國也非常重視天然氣化工技術(shù)方面的研究，在天然氣化工技術(shù)研究領(lǐng)域投入了大量的人力、物力與財(cái)力，經(jīng)過多年的不懈努力，我國掌握了一系列以天然氣為原料的化工技術(shù)，為推動(dòng)我國工業(yè)發(fā)展提供了有利的理論支撐。

1 天然氣化工技術(shù)現(xiàn)狀

從上個(gè)世紀(jì)20年代，世界范圍內(nèi)的天然氣化工保持著較為穩(wěn)定的發(fā)展趨勢，尤其最近幾年隨著世界各國環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，更加重視天然氣化工的發(fā)展，天然氣化工也因此成為化工工業(yè)的重要支柱產(chǎn)業(yè)。目前來看，天然氣化工加工的產(chǎn)品包括醋酸乙炔、乙炔、甲醇、氨等，其應(yīng)用涵蓋了國民經(jīng)濟(jì)的諸多領(lǐng)域。

我國非常重視天然氣化工技術(shù)的發(fā)展，尤其中西部地區(qū)的天然氣化工起步較早，經(jīng)過多年的探索與研究，已經(jīng)形成了較為穩(wěn)定的產(chǎn)業(yè)。同時(shí)，在天然氣化工建設(shè)與生產(chǎn)方面積累了大量的寶貴經(jīng)驗(yàn)。該地區(qū)的天然氣化工技術(shù)主要利用當(dāng)?shù)亓畠r(jià)的資源，生產(chǎn)甲醇、化肥、氨及其衍生物等產(chǎn)品。如重慶、四川、寧夏等地將天然氣作為生產(chǎn)原料的大化肥裝置等。而且位于四川的瀘天化、云天化等加大了生產(chǎn)投入，為后續(xù)產(chǎn)品的穩(wěn)步生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

我國天然氣化工發(fā)展雖取得了可喜的成績，但與西方發(fā)達(dá)國家相比仍存在不小的差距，這一差距表現(xiàn)在：生產(chǎn)能耗比較高，而且采用的生產(chǎn)工藝落后，生產(chǎn)規(guī)模小，產(chǎn)品的附加值低，嚴(yán)重影響了企業(yè)的市場競爭力［1］。另外，我國中西部天然氣化工雖起步早，但產(chǎn)品大多數(shù)用于化肥生產(chǎn)，高附加值產(chǎn)品占有較小的比重。由此可見我國天然氣化工還有很長的一段路要走，我國天然氣化工生產(chǎn)企業(yè)的面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

2 天然氣化工技術(shù)發(fā)展研究

天然氣化工技術(shù)的發(fā)展主要體現(xiàn)三個(gè)方面，即，用于合成氣的生產(chǎn)、用于二甲醚的生產(chǎn)以及用于生產(chǎn)精細(xì)化產(chǎn)品，接下來逐一對(duì)其進(jìn)行探討。

2.1 用于合成氣的生產(chǎn)

以天然氣為原料生產(chǎn)有機(jī)化學(xué)品或清潔能源時(shí)經(jīng)過合成氣制備、產(chǎn)品合成以及產(chǎn)品后處理三個(gè)基本環(huán)節(jié)，而在制備合成氣生產(chǎn)環(huán)節(jié)的投入占據(jù)總投入的60%左右［2］，因此，重視合成氣制備方面的研究，對(duì)提高企業(yè)效益具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

制備合成氣時(shí)工業(yè)上多應(yīng)用天然氣水蒸氣轉(zhuǎn)化法，即利用特定的催化劑，使天然氣與水蒸氣發(fā)生反應(yīng)生成氫氣與一氧化碳，具體化學(xué)式為：

但該反應(yīng)的發(fā)生需要吸收大量熱，屬于強(qiáng)吸熱反應(yīng)，消耗的能量比較多，因此，需要投入大量成本。而上個(gè)世紀(jì)九十年代曾有報(bào)道給出了制備合成氣新的化學(xué)方程式：

該反應(yīng)雖然降低了能源消耗，但制備氧氣仍需要投入一定的成本，其并未使生產(chǎn)成本降低。

目前，世界各國比較重視合成氣先進(jìn)工藝的研發(fā)，探索出了一系列合成氣制備工藝，如天然氣空氣部分氧化工藝、天然氣空氣自熱重整工藝以及天然氣純氧自熱重整工藝等，考慮到不同的生產(chǎn)工藝采用的原材料有所區(qū)別，因此，具體采取何種合成工藝需要根據(jù)所需產(chǎn)品而定。

2.2 用于二甲醚的合成

二甲醚是工業(yè)生產(chǎn)常用的化工原料，尤其在農(nóng)藥、燃料以及制藥領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。另外，因其燃燒性能優(yōu)良可用作LPG或柴油的替代品。其具有以下優(yōu)點(diǎn)：具有較好的可燃性，產(chǎn)生的廢氣無毒，而且在常溫下可被壓縮成液體，運(yùn)輸方便。

生產(chǎn)二甲醚的傳統(tǒng)方法為甲醇脫水法，而以天然氣為原料制備二甲醚時(shí)主要利用天然氣空氣催化部分氧化法制備合成氣，其中應(yīng)用的催化劑為金屬-酸性催化劑，當(dāng)將甲醇與甲醇脫水反應(yīng)進(jìn)行耦合可顯著提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率。另外，考慮到合成氣含有較高比重的惰性成分，因此，一般將反應(yīng)壓力控制在6～8 MPa，反應(yīng)溫度設(shè)置在250 ℃上下。

2.3 用于精細(xì)化工產(chǎn)品的制備

以天然氣為原料制備精細(xì)化工產(chǎn)品的基礎(chǔ)為：先利用天然氣完成乙炔的制備。

2.3.1 天然氣制乙炔

目前來看，制備乙炔的工業(yè)方法主要包括烴類部分氧化法、電弧法、電石法等，其中烴類部分氧化法時(shí)以天然氣為原料是相當(dāng)成熟的生產(chǎn)工藝，以德國BASF公司申請(qǐng)的專利技術(shù)為代表。我國引起該技術(shù)后經(jīng)過多年的發(fā)展，已完全掌握，而且以此為基礎(chǔ)有所創(chuàng)新［3］。

2.3.2 用乙炔制備1，4- 丁二醇

生產(chǎn)1，4-丁二醇工藝非常之多，如以丁二烯、丙烯去、乙炔等為原料的生產(chǎn)工藝比較常用，以乙炔為原料的生產(chǎn)方法包括REPPE法以及BASF法。其中REPPE法為利用淤漿床的常壓工藝，依據(jù)產(chǎn)物與催化劑分離方式該工藝有淤漿床流程與懸浮床流程之分。REPPE方法下制備1，4-丁二醇的工藝包括 Linde/Yukong工藝以及Linde工藝，其中以前者最為常用。

BASF法起初應(yīng)用涓流床高壓法制備1，4-丁二醇，工藝流程如圖1所示：

2.3.3 用1，4- 丁二醇制備四氫呋喃

四氫呋喃（THF）是工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用率比較高的化工原料。統(tǒng)計(jì)表明，THF多數(shù)以1，4- 丁二醇為原料，利用以下反應(yīng)制備：

該種生產(chǎn)工藝具有較低的能耗，而且生產(chǎn)的產(chǎn)品純度高、工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)。

2.3.4 THF生產(chǎn)聚四甲撐乙二醇醚（PTMEG）

PTMEG可用于生產(chǎn)聚氨酯橡膠、聚醚型聚氨酯高回彈泡沫，其可用于制造人造革、鞋底、傳動(dòng)皮帶、輪胎等。

生產(chǎn)PTMEG一般以THF為原料，在含氟酸催化劑作用下由THF聚合而成。聚合反應(yīng)結(jié)束后，用水終止反應(yīng)，未反應(yīng)的產(chǎn)物汽提除去，萃取、水洗將其中的硫酸、氫氟酸去除，并使用氫氧化鈣再次處理，除去剩余的酸，接著進(jìn)行干燥處理。如反應(yīng)用三氟化硼為催化劑，需向其中添加醋酸終止反應(yīng)，生成的含酯基團(tuán)，需進(jìn)一步水解。該種工藝方法應(yīng)用的催化劑中的氟磺酸生產(chǎn)成本較高，而且處理副產(chǎn)酸鹽及應(yīng)用的材料，給該工藝推廣造成一定的阻礙。日本、美國研制出了新的制備PTMEG工藝，有效的客服了原有工藝存在的問題，例如，日本使用雜多酸為催化劑，而美國則使用含氟酸性離子交換樹脂［4］。

3 結(jié) 論

隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，如何以天然氣為原料合成更多高質(zhì)量工業(yè)產(chǎn)品，不斷提高我國工業(yè)化生產(chǎn)水平是業(yè)內(nèi)人士關(guān)注的重點(diǎn)。因此，我國非常重視天然氣化工技術(shù)方面的研究，經(jīng)過不斷的攻堅(jiān)克難取得了卓越成效，給推動(dòng)我國工業(yè)化穩(wěn)步發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

［1］ 潘作志. 淺談天然氣化工技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展分析[J]. 中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2013(04):166.

［2］ 喬會(huì)杰. 論天然氣價(jià)格政策和天然氣化工技術(shù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展[J]. 中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2014(03):24．

［3］張冰,鄭健雄. 淺談天然氣化工的利用與發(fā)展[J]. 化工管理,2014,29:228．

［4］ 孟玲菊,高峻峰. 天然氣化工利用與發(fā)展趨勢的探究[J]. 佳木斯職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2015(01):180-181.

Present Status and Development of Natural Gas Chemical Industry Technology

HU Wen
（Chaoyang Radio and Television University, Liaoning Chaoyang 122000，China）

Natural gas not only is a kind of clean energy, but also is an important chemical raw material, so strengthening study on natural gas chemical industry technology has important practical significance for promoting China's industrial development. In this paper, present status and development of the natural gas chemical industry technology were discussed, which could provide reference for the production of more high quality natural gas products.

Natural gas; Chemical technology; Development

TE 6

： A

： 1671-0460（2015）05-1001-02

2015-03-13

胡文（1962-），女，遼寧朝陽人，高級(jí)講師，1995年畢業(yè)于遼寧師范大學(xué)，化學(xué)專業(yè)，研究方向：化工原理 高等有機(jī)化學(xué)。E-mail：15951805096@163.com。