我國(guó)天然氣化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及前景分析

黎 園

（中國(guó)石化集團(tuán)重慶川維化工有限公司，重慶 401254）

天然氣是高效、低碳的化石能源。全球天然氣的商業(yè)化應(yīng)用始于1821 年美國(guó)一家天然氣照明公司，至今已有200 余年歷史。而天然氣的規(guī)模化應(yīng)用從1916年發(fā)現(xiàn)的美國(guó)門(mén)羅氣田開(kāi)始，至今已超過(guò)100 年[1]。2022 年全球天然氣產(chǎn)量為4.04 × 1012m3，消費(fèi)量為3.94 × 1012m3[2]，較1920 年全球天然氣產(chǎn)量（2.28 × 1010m3）增長(zhǎng)了170多倍，天然氣在世界能源消費(fèi)中的占比約為25%，成為全球第三大能源產(chǎn)品。天然氣產(chǎn)業(yè)獲得大發(fā)展的原因不僅在于熱值高，還有碳排放低。天然氣的標(biāo)準(zhǔn)熱值（38.97 MJ/kg）與石油標(biāo)準(zhǔn)熱值（41.87 MJ/kg）接近，是煤炭標(biāo)準(zhǔn)熱值（20.93 MJ/kg）的1.86 倍以上；根據(jù)CO2排放因子計(jì)算，天然氣（0.0561 kg/MJ）的碳排放強(qiáng)度分別約為石油（0.0733 kg/MJ）和煤炭（0.0946 kg/MJ）的77%和59%。在雙碳背景下，天然氣的低碳優(yōu)勢(shì)更為凸顯。

除直接作為化石能源，天然氣也是優(yōu)質(zhì)、高效的化工原料。天然氣的主要成分為甲烷（CH4），可通過(guò)化學(xué)轉(zhuǎn)化制得乙炔（HC≡≡CH）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）和氫氣（H2）等產(chǎn)物，進(jìn)而生產(chǎn)出各種衍生產(chǎn)品。天然氣化工主要涉及甲烷化學(xué)、合成氣化學(xué)和乙炔化學(xué)等。與煤和石油化工相比，天然氣化工具有原料更純凈、流程更短和加工過(guò)程更簡(jiǎn)便等優(yōu)勢(shì)。煤和石油主要為有機(jī)長(zhǎng)鏈大分子，并且含硫、氧、氮、磷、砷和鉀等雜質(zhì)，其化學(xué)轉(zhuǎn)化與凈化更加復(fù)雜。甲烷結(jié)構(gòu)中的C和H通過(guò)4個(gè)sp3軌道成鍵，形成穩(wěn)定的正四面體結(jié)構(gòu)，為實(shí)現(xiàn)甲烷活化或化學(xué)轉(zhuǎn)化，必須破壞穩(wěn)定的αC—H 鍵，該過(guò)程需要非常高的能量（約437.7 kJ/mol）。因此甲烷的選擇性活化和定向轉(zhuǎn)化是極具挑戰(zhàn)性的重大課題，甚至被譽(yù)為化學(xué)領(lǐng)域的“圣杯”，吸引了大量研究人員的廣泛關(guān)注。

全球天然氣化工始于20 世紀(jì)20 年代，以天然氣制炭黑為開(kāi)端，興起于天然氣制合成氨（德國(guó)BASF 公司）。到20 世紀(jì)70 年代，全球天然氣化工的年用氣量約占天然氣消費(fèi)總量的5%。近年全球天然氣化工的年用氣量在天然氣消費(fèi)總量中的占比也接近5%，但絕對(duì)量已大幅上升至1700 × 108m3。近年全球范圍內(nèi)以天然氣為原料生產(chǎn)的合成氨、甲醇和乙烯在對(duì)應(yīng)產(chǎn)品總產(chǎn)量中的占比分別為85%、90%和40%。除前述3 種天然氣產(chǎn)品外，天然氣制氫、天然氣制乙炔及炔屬化學(xué)品等也占據(jù)了重要的市場(chǎng)地位，天然氣化工目前已成為世界化學(xué)工業(yè)的主要支柱之一[3]。

我國(guó)的天然氣化工興起于20 世紀(jì)60 年代，曾一度是國(guó)內(nèi)天然氣的主要消費(fèi)領(lǐng)域。1998 年國(guó)內(nèi)天然氣化工用氣量（簡(jiǎn)稱(chēng)“用氣量”）為89 × 108m3，在天然氣消費(fèi)總量中的占比高達(dá)43.5%，2003 年占比為35.0%，2005 年占比為30.0%（用氣量為146 × 108m3），2017年占比為14.6%，2022年占比為8.0%（用氣量增至約300 × 108m3）[4-5]。天然氣的化工利用，不僅可以獲得比直接燃燒更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和就業(yè)，而且能夠以化工產(chǎn)品的形式進(jìn)行碳富集、碳固化，實(shí)現(xiàn)低碳乃至零碳利用，有利于雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。因此天然氣化工的發(fā)展對(duì)于我國(guó)的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展都具有重要意義。

本文從我國(guó)天然氣化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展路徑及發(fā)展前景3 方面進(jìn)行總結(jié)分析，以期為當(dāng)前及未來(lái)我國(guó)天然氣化工的產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供借鑒和參考。

1 我國(guó)天然氣化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析

1.1 資源保障較好，化工消費(fèi)量保持穩(wěn)定

近年來(lái)，我國(guó)天然氣產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，為天然氣化工提供了資源保障。綜合相關(guān)數(shù)據(jù)[6]及最新統(tǒng)計(jì)[2]總結(jié)了2015—2022 年我國(guó)天然氣的供應(yīng)情況，結(jié)果見(jiàn)圖1。由圖1 可知，2015—2022 年國(guó)產(chǎn)天然氣供應(yīng)量一直保持穩(wěn)定增長(zhǎng)，從2015 年的1271 × 108m3增長(zhǎng)到2022 年的2201 × 108m3，增量接近1000 × 108m3，并自2016 年起連續(xù)多年比上年增產(chǎn)超100 × 108m3；進(jìn)口液化天然氣（LNG）量?jī)H在2022年比上年有明顯下降，其他年度均保持穩(wěn)定增長(zhǎng)；進(jìn)口管道氣量總體呈現(xiàn)穩(wěn)定增長(zhǎng)勢(shì)頭。

圖1 2015—2022年我國(guó)天然氣供應(yīng)情況Fig. 1 Supply of natural gas in China from 2015 to 2022

我國(guó)天然氣消費(fèi)領(lǐng)域主要集中在城鎮(zhèn)燃?xì)?、工業(yè)燃料、發(fā)電和化工等方面。2022年我國(guó)天然氣消費(fèi)量為3646 × 108m3，在一次能源消費(fèi)中的占比為8.4%，其中城鎮(zhèn)燃?xì)庠谖覈?guó)天然氣消費(fèi)量中的占比為33%，工業(yè)燃料占比為42%，發(fā)電占比為17%，化工占比為8%[2]。綜合相關(guān)數(shù)據(jù)[6]及最新統(tǒng)計(jì)[2]對(duì)近年來(lái)我國(guó)天然氣的消費(fèi)結(jié)構(gòu)進(jìn)行總結(jié)，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 2015—2022年我國(guó)天然氣消費(fèi)結(jié)構(gòu)Fig. 2 Consumption structure of natural gas in China from 2015 to 2022

由圖2 可知，2015—2022 年我國(guó)天然氣化工在天然氣消費(fèi)中的占比逐步下降，但用氣量（天然氣消費(fèi)量）不降。根據(jù)重慶天然氣交易中心的相關(guān)數(shù)據(jù)，2019—2022年我國(guó)天然氣化工每年的用氣量保持在300.0 × 108m3左右（表1），表明天然氣化工產(chǎn)業(yè)保持了穩(wěn)定發(fā)展態(tài)勢(shì)。

表1 2019—2022年我國(guó)天然氣化工用氣消費(fèi)結(jié)構(gòu)Table 1 Natural gas consumption structure of natural gas chemical industry in China from 2019 to 2022

1.2 產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)較好，產(chǎn)業(yè)鏈逐步延伸

我國(guó)天然氣化工產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)較好，產(chǎn)品鏈較豐富，一次、二次加工產(chǎn)品可按轉(zhuǎn)化方式（直接或間接）分為兩大類(lèi)：（1）天然氣直接制炭黑、氫氣、乙炔、氫氰酸、二硫化碳和鹵代烷等，以及在研的天然氣直接制烯烴、芳烴和甲醇等；（2）天然氣經(jīng)合成氣間接轉(zhuǎn)化制氫氣、氨、甲醇、醋酸和合成油（GTL）等。從這些基礎(chǔ)產(chǎn)品出發(fā)，在下游可加工獲得上百種衍生產(chǎn)品，目前在向精細(xì)化工、醫(yī)藥、材料和新型能源等方向延伸、拓展（圖3）。

圖3 我國(guó)天然氣化工產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展情況Fig. 3 Development of natural gas chemical industry chain in China

1.3 區(qū)域發(fā)展集中，逐步形成產(chǎn)業(yè)集群

我國(guó)天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展明顯集中在產(chǎn)氣資源地，已形成川渝、陜西和新疆等多個(gè)天然氣化工基地。以川渝地區(qū)為例，現(xiàn)有氣頭甲醇、合成氨、BDO和氫氰酸等裝置數(shù)十套[7]，氣頭產(chǎn)品產(chǎn)能在我國(guó)同類(lèi)產(chǎn)品產(chǎn)能中的占比較高（表2），成為我國(guó)重要的天然氣化工生產(chǎn)和研發(fā)基地。

表2 2022年度川渝地區(qū)氣頭產(chǎn)品產(chǎn)能及其在我國(guó)同類(lèi)氣頭產(chǎn)品產(chǎn)能中的占比Table 2 Production of natural gas chemical products in Sichuan and Chongqing region in 2022 and its proportion in similar products production in China

2022年末重慶連續(xù)發(fā)現(xiàn)兩大新氣田：中國(guó)石化集團(tuán)公司發(fā)現(xiàn)的綦江頁(yè)巖氣田，資源量達(dá)1.2 × 1012m3；中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司在梁平吳家坪組發(fā)現(xiàn)的1#井，資源量也達(dá)到萬(wàn)億立方米量級(jí)。兩大新氣田的發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步豐富了川渝天然氣資源，將有力推進(jìn)成渝雙城經(jīng)濟(jì)圈建設(shè)天然氣千億立方米級(jí)產(chǎn)能基地和國(guó)家天然氣綜合開(kāi)發(fā)利用示范區(qū)，打造中國(guó)“氣大慶”[8]，進(jìn)一步做大強(qiáng)做強(qiáng)川渝天然氣化工產(chǎn)業(yè)集群。

1.4 技術(shù)創(chuàng)新活躍，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)

近年來(lái)，我國(guó)天然氣化工領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新比較活躍，涌現(xiàn)出不少新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了大量新突破，主要包括天然氣制乙炔、羰基合成醋酸、天然氣制氫，以及甲烷、合成氣直接轉(zhuǎn)化等技術(shù)。

1.4.1 天然氣制乙炔技術(shù)

在工業(yè)生產(chǎn)中，一般采用天然氣部分氧化制乙炔技術(shù)，中國(guó)石化集團(tuán)重慶川維化工有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)“川維化工”）通過(guò)不斷升級(jí)，近年來(lái)在國(guó)內(nèi)和“一帶一路”沿線(xiàn)國(guó)家多次成功實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的許可應(yīng)用。另外，研究人員還實(shí)現(xiàn)了等離子體技術(shù)在乙炔合成中的應(yīng)用，陶旭梅等[9]開(kāi)展了等離子體射流裂解天然氣制乙炔研究，在250 kW的中試裝置中，在等離子體輸入功率為100 kW、甲烷進(jìn)氣量為10 m3/h的條件下，甲烷轉(zhuǎn)化率可達(dá)97%，乙炔產(chǎn)率可達(dá)90%。李天陽(yáng)等[10]開(kāi)展了等離子體裂解甲烷制乙炔的數(shù)值模擬研究，尤其是等離子體物理模型與甲烷裂解化學(xué)反應(yīng)模型的耦合，為理解熱等離子體裂解相關(guān)過(guò)程提供了參考。尚書(shū)勇等[11]開(kāi)展了熱等離子體同時(shí)裂解天然氣和煤制乙炔乙烯的研究，獲得的同時(shí)裂解效果與單獨(dú)裂解效果大致相當(dāng)。國(guó)內(nèi)對(duì)等離子體裂解煤制乙炔研究較深入，并已放大到工業(yè)規(guī)模。國(guó)內(nèi)同時(shí)還開(kāi)展了等離子體裂解乙烷、丙烷制乙炔的研究，為甲烷等離子體裂解制乙炔技術(shù)的拓展提供了借鑒。

1.4.2 羰基合成醋酸技術(shù)

國(guó)內(nèi)開(kāi)展的甲醇與CO羰基合成醋酸研究一直以銠碘催化體系為主，近年來(lái)相繼有上海華誼控股集團(tuán)有限公司[12]、中國(guó)石油化工股份有限公司北京化工研究院、上海浦景化工技術(shù)股份有限公司和北京澤華化學(xué)工程有限公司等在銥釕催化體系方面取得技術(shù)突破，形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，具備工業(yè)轉(zhuǎn)化條件。

1.4.3 天然氣制氫技術(shù)

LUK 等[13]針對(duì)傳統(tǒng)的蒸汽甲烷重整集中制氫技術(shù)存在的交付和儲(chǔ)存方面的困難，開(kāi)展了天然氣分布式制氫技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，認(rèn)為天然氣的現(xiàn)場(chǎng)蒸汽重整具有較短的回收期和較高的回收率。中國(guó)科學(xué)院金紅光院士團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了甲烷溫和條件制氫，將反應(yīng)溫度從傳統(tǒng)的800～1000 ℃降到400 ℃，將99%的甲烷轉(zhuǎn)化為高純H2和高純CO2，并使制氫和脫碳總能耗降低20%～40%[14]。2022 年廣東佛山某能源站建成投用國(guó)內(nèi)首套撬裝天然氣制氫裝置，可用4.8 m3天然氣制取11.0 m3氫氣，制氫產(chǎn)能達(dá)到1500 kg/d，氫氣純度為99.999%（體積分?jǐn)?shù)），可實(shí)現(xiàn)直接從天然氣管道取氣制氫[15]。

1.4.4 甲烷直接轉(zhuǎn)化技術(shù)

中國(guó)科學(xué)院包信和院士團(tuán)隊(duì)通過(guò)構(gòu)建晶格限域的單中心鐵催化劑，實(shí)現(xiàn)了甲烷無(wú)氧條件下一步法制乙烯、芳烴和氫氣[16]。OCM制烯烴也是國(guó)內(nèi)的研究熱點(diǎn)，如張偉清[17]利用甲烷偶聯(lián)成功制得了芳烴；LⅠU等[18]對(duì)Ru單原子催化甲烷直接轉(zhuǎn)化制甲醇技術(shù)開(kāi)展了研究。

1.4.5 合成氣直接轉(zhuǎn)化技術(shù)

中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所經(jīng)過(guò)創(chuàng)新開(kāi)發(fā)獲得的“煤基合成氣直接制烯烴”成果入選了科技部評(píng)選的2016年度“中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展”，其低碳烯烴（碳原子數(shù)為2～4）的單程選擇性超過(guò)80%，而基于傳統(tǒng)費(fèi)托合成方法的理論最高單程選擇性?xún)H為58%[19]。中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院、中國(guó)石油化工股份有限公司上海石油化工研究院（簡(jiǎn)稱(chēng)“中石化上海院”）等開(kāi)展了合成氣直接制烯烴（STO）研究[20]，其中中石化上海院已完成中試研究，催化劑通過(guò)了1000 h 的穩(wěn)定性運(yùn)行測(cè)試。以上研究可為天然氣經(jīng)合成氣制烯烴技術(shù)路線(xiàn)的設(shè)計(jì)提供參考。

1.5 天然氣政策修訂，化工利用有所調(diào)整

2012年國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)發(fā)布《天然氣利用政策（2012）》。政策規(guī)定化工利用以可中斷用戶(hù)的天然氣制氫為優(yōu)先類(lèi)，其他天然氣制氫為允許類(lèi)，化工利用項(xiàng)目總體上為限制類(lèi)或禁止類(lèi)。2023年9月國(guó)家能源局網(wǎng)站發(fā)布《天然氣利用政策（征求意見(jiàn)稿）》[21]，將《天然氣利用政策（2012）》中“禁止類(lèi)”的新建或擴(kuò)建以天然氣制甲醇及下游產(chǎn)品裝置、天然氣代煤制甲醇項(xiàng)目等提升到“限制類(lèi)”，“禁止類(lèi)”中僅有一項(xiàng)“天然氣常壓間歇轉(zhuǎn)化工藝制合成氨”。這一調(diào)整表明新修訂的天然氣政策試圖擴(kuò)大天然氣的使用范圍，將有利于天然氣化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

當(dāng)然，對(duì)天然氣化工企業(yè)而言，最重要的是在天然氣價(jià)格逐年上升的情況下，實(shí)現(xiàn)天然氣用得起、用得好，獲得更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益，從而爭(zhēng)取更大的政策支持，獲得更多的天然氣資源，贏得更好的發(fā)展機(jī)會(huì)。這就需要企業(yè)探尋適宜的發(fā)展道路，以開(kāi)創(chuàng)更好的發(fā)展前景。為此，本文針對(duì)我國(guó)天然氣化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展路徑和前景進(jìn)行了分析，希望能為相關(guān)企業(yè)提供一些思路和參考。

2 我國(guó)天然氣化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑及前景分析

我國(guó)天然氣化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展有多條路徑可走，并且道路寬闊，前景看好。以下分別從產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)化、精細(xì)化開(kāi)發(fā)、新材料轉(zhuǎn)型和新型能源拓展等發(fā)展路徑，對(duì)天然氣化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景進(jìn)行了分析，并針對(duì)雙碳目標(biāo)下天然氣消費(fèi)量將要達(dá)峰的預(yù)測(cè)，展望了達(dá)峰以后未來(lái)天然氣化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景。

2.1 產(chǎn)業(yè)鏈條通過(guò)強(qiáng)鏈補(bǔ)鏈做優(yōu)做強(qiáng)，大有可為

以川維化工的產(chǎn)品鏈為例，該公司現(xiàn)有“天然氣-乙炔-VAC-PVA-VAE-維綸-醋酸甲酯”和“合成氣-甲醇-醋酸（合資）-合成氨”兩條產(chǎn)品鏈，天然氣年加工量約為15.5 × 108m3（含合資企業(yè)），可實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)值超100 × 108CNY，1 m3天然氣的產(chǎn)值超7 CNY。進(jìn)一步，如果每年新增約6.0 × 108m3的天然氣加工量，可新增“天然氣-乙炔-甲醛-BDO-醋酸-高純氫”產(chǎn)品鏈，每年可新增商品量近100 × 104t，對(duì)應(yīng)新增產(chǎn)值50 × 108CNY 以上，1 m3天然氣的產(chǎn)值也可達(dá)7 CNY 以上。企業(yè)原有的甲醇可全部轉(zhuǎn)化為甲醛和醋酸，不再以?；沸问浇?jīng)三峽大壩運(yùn)往華東市場(chǎng)；生產(chǎn)的BDO 可在企業(yè)化工園區(qū)內(nèi)就地消化，用于生產(chǎn)鋰電池溶劑用NMP，或用于發(fā)展其他下游產(chǎn)品鏈；高純氫則可用于發(fā)展氫能或氨能。由此可見(jiàn)，通過(guò)強(qiáng)鏈補(bǔ)鏈的方式可做優(yōu)做強(qiáng)天然氣化工產(chǎn)業(yè)，并且前景較好、大有可為。

2.2 基礎(chǔ)化工向精細(xì)化工提質(zhì)升級(jí)，前景廣闊

以天然氣化工生產(chǎn)乙炔和VAC 基礎(chǔ)化學(xué)品為例，下游走精細(xì)化、差異化、高端化路徑，前景十分廣闊。除可用于生產(chǎn)VAC、氯乙烯外，乙炔還可與丙酮作為起始原料合成異植物醇，用作合成維生素E的中間體；與2-吡咯烷酮合成NVP，進(jìn)而制得PVP[22]，用于醫(yī)藥、化妝品及食品添加劑等高附加值領(lǐng)域；與無(wú)水氫氟酸合成二氟乙烷、乙烯基三甲氧基硅烷等炔屬化學(xué)品；與叔碳酸合成功能性單體VeoVa10。由VAC制得的PVA、VAE等產(chǎn)品，屬于典型的精細(xì)化產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有上百個(gè)品種牌號(hào)，還可進(jìn)一步開(kāi)發(fā)多種共聚、改性或功能化產(chǎn)品，滿(mǎn)足中高端應(yīng)用需求。VAC 還特別適合與VeoVa10 進(jìn)行共聚改性，顯著提高VAE的耐水、耐堿、耐候和耐老化等應(yīng)用性能[23]。由此可見(jiàn)，精細(xì)化開(kāi)發(fā)是天然氣化工提質(zhì)升級(jí)的重要舉措。

2.3 化工產(chǎn)品向高端材料轉(zhuǎn)型升級(jí)，市場(chǎng)期待

近年來(lái)，化工新材料在市場(chǎng)上頗受重視，尤其是屬于“卡脖子”的關(guān)鍵高端材料。化工新材料將成為天然氣化工轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要方向。以PVA 為例，在傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域，PVA 主要用于粘合劑、漿料、內(nèi)墻涂料和造紙施膠等。將PVA 與丁醛縮合制成聚乙烯醇縮丁醛（PVB）樹(shù)脂，進(jìn)而生產(chǎn)出的PVB膜材料，可作為汽車(chē)和高層建筑的安全玻璃膜，近年來(lái)PVB 樹(shù)脂的應(yīng)用又拓展到光伏材料、片式多層陶瓷電容器（MLCC）等新領(lǐng)域。PVA 具有優(yōu)異的水溶性、成膜性和透明性等特性，可用于制備洗衣凝珠膜等高附加值產(chǎn)品。PVA 還具有良好的生物相容性和可降解特性，可用于制造醫(yī)藥包衣、手術(shù)縫合線(xiàn)和醫(yī)用敷料等醫(yī)用高端材料。乙炔、BDO下游也可發(fā)展高端材料，乙炔合成二氟乙烷進(jìn)而制得聚偏二氟乙烯（PVDF），可用作工程塑料、密封材料、絕緣材料及離子交換膜材料；BDO 下游可發(fā)展PBT、PBAT及聚丁二酸-共-對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBST）等生物降解材料，滿(mǎn)足市場(chǎng)對(duì)環(huán)保產(chǎn)品的需求。

2.4 傳統(tǒng)燃料向新型能源拓展應(yīng)用，正當(dāng)其時(shí)

天然氣化工生產(chǎn)的甲醇、二甲醚（MDE）、碳酸二甲酯（DMC）和GTL 等產(chǎn)品，均可作為傳統(tǒng)燃料，與汽油摻混使用。雙碳目標(biāo)下，傳統(tǒng)能源要向綠色低碳的新型能源轉(zhuǎn)型升級(jí)，快速發(fā)展、前景廣闊的氫能[24]與天然氣化工密切相關(guān)。傳統(tǒng)的天然氣與水蒸氣重整制氫是工業(yè)氫的重要來(lái)源之一，過(guò)去以化工應(yīng)用為主，今后可轉(zhuǎn)向氫能應(yīng)用，并通過(guò)溫和條件制氫、分布式制氫等方式降低制氫、運(yùn)氫和用氫成本。天然氣化工裝置還能副產(chǎn)H2，如甲醇與CO羰基合成醋酸，先以天然氣與水蒸氣轉(zhuǎn)化生成CO和H2，再將CO 分離利用、H2提純，可制得“藍(lán)氫”；天然氣部分氧化制乙炔要聯(lián)產(chǎn)合成氣，將合成氣中的CO 分離利用、H2提純，也可制得“藍(lán)氫”，用于發(fā)展氫能。2023 年川維化工利用天然氣化工裝置副產(chǎn)粗氫進(jìn)行提純，制得高品質(zhì)的燃料電池氫，建成西南地區(qū)首套氫能供氫裝置，實(shí)現(xiàn)了化工用氫氣向氫能的轉(zhuǎn)變，為打造“成渝氫走廊”提供了助力。

但同時(shí)也需要注意到，當(dāng)前氫能的“制儲(chǔ)運(yùn)用”成本較高，大規(guī)模應(yīng)用還存在瓶頸和挑戰(zhàn)。在此情況下，氨能越來(lái)越受到關(guān)注和重視[25]。天然氣化工企業(yè)可以很便捷地用氫氣和氮?dú)夂铣梢喊保蛊淇勺鳛榘蹦軕?yīng)用。氨本身是一種富氫物質(zhì)，也是一種氫能載體，其理論儲(chǔ)氫量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為17.6%，液氨在-33.3 ℃下的能量密度為3730 kW·h/m3，液氫在-253 ℃下的能量密度為2350 kW·h/m3，液氨比液氫的能量密度高出59%[26]。液氨密度是液氫密度的8.5 倍，氨合成能耗與氫液化能耗基本相當(dāng)，但是液氫每日的儲(chǔ)存成本為液氨的24倍，15 d儲(chǔ)存成本是液氨的36 倍，182 d 儲(chǔ)存成本是液氨的28 倍[27]。此外，液氨還有成熟完整的制儲(chǔ)運(yùn)產(chǎn)業(yè)鏈體系。因此氨能已在國(guó)內(nèi)外備受重視，在煤混氨燃料、氨動(dòng)力運(yùn)輸船和氨燃料電池等方面都具有較好的應(yīng)用前景。

在未來(lái)可再生能源條件下，可利用“綠電”合成“綠氫”，“綠氫”再結(jié)合碳捕集、利用與封存（CCUS）技術(shù)實(shí)現(xiàn)綠色天然氣應(yīng)用[28]（圖4）。該路線(xiàn)可成為綠色低碳、循環(huán)利用的發(fā)展路徑，實(shí)現(xiàn)“綠氫”與天然氣化工（碳一化工）的綠色可持續(xù)發(fā)展。

圖4 綠色天然氣應(yīng)用示意圖[24]Fig. 4 Schematic diagram of application of green natural gas[24]

2.5 雙碳目標(biāo)下天然氣消費(fèi)達(dá)峰，化工利用未來(lái)可期

雙碳目標(biāo)約束對(duì)全球天然氣消費(fèi)有重要影響。國(guó)際能源署（ⅠEA）、挪威船級(jí)社（DNV）和英國(guó)石油公司（BP）預(yù)測(cè)（圖5）[29]，全球天然氣需求在2030 年前比較穩(wěn)定，2030—2050 年將逐步下降，對(duì)于下降比例，ⅠEA、DNV 和BP 的預(yù)測(cè)有所不同，分別為-58%、-49%和-36%，但均認(rèn)為在2040年后會(huì)快速下降，2060年后大幅下降。這表明全球天然氣消費(fèi)量也將在一定時(shí)期后達(dá)到峰值，然后呈下降趨勢(shì)，而且下降幅度還比較大。

關(guān)于雙碳目標(biāo)下我國(guó)天然氣的消費(fèi)趨勢(shì)，張希良等[29]預(yù)測(cè)，我國(guó)能源消費(fèi)總量應(yīng)于2030年進(jìn)入平臺(tái)期，天然氣消費(fèi)量將在2035 年左右達(dá)到峰值，峰值約為8.3 × 108t 標(biāo)煤，2060 年逐步降到約2.0 × 108t標(biāo)煤。王震等[30]綜合多位專(zhuān)家的預(yù)測(cè)，分析認(rèn)為國(guó)內(nèi)天然氣消費(fèi)量將在2035—2040 年達(dá)到峰值5500 × 108～6000 × 108m3。宋鵬飛等[3]按照悲觀、中性和樂(lè)觀3種模式進(jìn)行分析，預(yù)測(cè)天然氣化工用氣量將在2035 年左右達(dá)峰，然后開(kāi)始下降，并指出天然氣化工與煤化工相比，每噸產(chǎn)品的碳排放量明顯較低，尤其是烯烴產(chǎn)品的每噸產(chǎn)品碳排放量?jī)H為煤制烯烴產(chǎn)品的18.8%（圖6），因此看好天然氣化工的未來(lái)前景。綜上可以預(yù)判，我國(guó)在2035—2040年天然氣消費(fèi)量達(dá)峰以后，天然氣化工用有望逐步成為天然氣消費(fèi)利用的最主要途徑和領(lǐng)域。

圖6 天然氣化工與煤化工的碳排放對(duì)比[3]Fig.6 Carbon emission comparison of natural gas chemical industry and coal chemical industry[3]

3 結(jié)語(yǔ)與展望

通過(guò)上述分析可見(jiàn)，我國(guó)天然氣化工產(chǎn)業(yè)保持穩(wěn)定發(fā)展，主要得益于持續(xù)增長(zhǎng)的天然氣資源量、良好的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)以及技術(shù)創(chuàng)新的共同推動(dòng)。同時(shí)也應(yīng)注意到，天然氣化工產(chǎn)業(yè)總體規(guī)模還不夠大，產(chǎn)業(yè)鏈還不夠豐富和完善，部分關(guān)鍵技術(shù)還需加快突破和轉(zhuǎn)化，產(chǎn)業(yè)鏈向中高端轉(zhuǎn)型升級(jí)還面臨很大挑戰(zhàn)。從另一個(gè)角度來(lái)看，這些問(wèn)題的存在也表明天然氣化工未來(lái)還有廣闊的發(fā)展空間。今后天然氣化工產(chǎn)業(yè)可通過(guò)強(qiáng)鏈補(bǔ)鏈、精細(xì)化開(kāi)發(fā)、高端材料轉(zhuǎn)型和新型能源拓展等發(fā)展路徑，獲得更好的發(fā)展機(jī)遇和發(fā)展前景。

展望未來(lái)，在雙碳目標(biāo)和高質(zhì)量發(fā)展愿景的引領(lǐng)下，我國(guó)天然氣產(chǎn)業(yè)還將持續(xù)快速發(fā)展。到2035年左右，我國(guó)天然氣消費(fèi)量將達(dá)到峰值，天然氣化工用氣量將從明顯增長(zhǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)轱@著增長(zhǎng)，天然氣化工仍是我國(guó)天然氣消費(fèi)的主要領(lǐng)域之一。天然氣化工產(chǎn)業(yè)的歷史積淀和今后的創(chuàng)新發(fā)展，都將為未來(lái)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展夯基鋪路，實(shí)現(xiàn)更大發(fā)展。建議進(jìn)一步強(qiáng)化天然氣化工利用的政策引導(dǎo)，持續(xù)加強(qiáng)天然氣化工產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化布局，大力推進(jìn)該領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新與成果轉(zhuǎn)化，不斷提升天然氣的深加工價(jià)值，促進(jìn)天然氣化工產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效、轉(zhuǎn)型升級(jí)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)天然氣化工產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)、高質(zhì)量發(fā)展。