天然气的衍生产品和化工工业

天然气化工是以天然气为原料生产化工产品的工业，也是燃料化工的组成部分。由于天然气与石油同属埋藏地下的烃类资源，有时且为共生矿藏，其加工工艺及产品相互有密切的关系，故也可将天然气化工归属于石油化工。

一、天然气加工过程

天然气化工可分为天然气的净化分离、化学加工。包括天然气的净化分离、裂解、蒸汽转化、氧化、氯化、硫化、硝化、脱氢等化学加工。所含甲烷、乙烷、丙烷等烷烃经加工利用，可制成合成氨、甲醇及其加工产品甲醛、醋酸等。

⒈净化分离

从地下采出的天然气，经脱水、脱砂与分离凝析油后，根据气体组成情况进行进一步的净化分离加工。

富含硫化物的天然气，必须经过脱硫处理，以达到输送要求，副产品的硫磺作为硫资源，用以生产硫酸、二硫化碳等一系列硫化物；

脱硫后，天然气经过深冷分离，可得到液化天然气；若天然气富含稀有气体氦，可同时得到氦气；

⒉化学加工

在高温下进行的天然气热裂解，主要生产乙炔和炭黑；

天然气蒸汽转化或天然气的部分氧化，可制得合成气；

天然气经过氯化、硫化、硝化、氨化、氧化可制得甲烷的各种衍生物；

湿性天然气中的乙烷、丙烷、丁烷和天然气凝析液等，采用精馏的方法，以回收乙烷、丙烷、丁烷，并且还有一部分凝析油。经蒸汽裂解或热裂解可生产乙烯、丙烯和丁二烯；丁烷脱氢或氧化可生产丁二烯或醋酸、甲基乙基酮、顺丁烯二酸酐等。

二、天然气衍生产品

天然气是一种重要的能源。天然气燃料是各种替代燃料中最早使用的一种，广泛用作城市煤气和工业燃料；但通常所称的天然气指贮存于地层较深部的一种富含碳氢化合物的可燃气体，而与石油共生的天然气常称为油田伴生气。

人们生活中的燃烧气源大致分为液化石油气(Y)、人工煤气(R)、天然气(T)三大类。

常用的天然气分为压缩天然气（简称CNG）和液化天然气（简称LNG）两种。

⒈压缩天然气

压缩天然气是天然气加压并以气态储存在容器中。压缩天然气除了可以用油田及天然气田里的天然气外，还可以人工制造生物沼气（主要成分是甲烷）。

压缩天然气与管道天然气的组分相同，主要成分为甲烷（CH4）。压缩天然气可作为车辆燃料使用。

压缩天然气具有火灾危险性：

⑴燃烧爆炸性：可燃气体处于爆炸浓度范围内遇火源能发生燃烧或爆炸。

⑵扩散性：气体扩散性受气体本身密度的影响。密度比空气越轻，扩散性越大。

⑶膨胀性：压缩气体因受热膨胀，使气瓶承受压力增大，可引起气瓶破裂或爆炸。

⒉液化天然气

天然气在常压下，冷却至约 -162℃时，则由气态变成液态，称为液化天然气。液化天然气的主要成分为甲烷，还有少量的乙烷、丙烷以及氮等。天然气在液化过程中进一步得到净化，甲烷纯度更高，几乎不含二氧化碳和硫化物，且无色无味、无毒。

由于天然气的产地往往不在工业或人口集中地区，因此必须解决运输和储存问题。液化天然气技术除了用来解决运输和储存问题外，还广泛地用于天然气使用时的调峰装置上。

液化天然气与天然气比较有以下优点：

⑴便于贮存和运输：液化天然气密度是标准状态下甲烷的625倍。也就是说，1m3液化天然气可气化成625m3天然气，由此可见贮存和运输的方便性。

⑵安全性好：天然气的储藏和运输主要方式是压缩天然气。由于压缩天然气的压力高，带来了很多安全隐患。

⑶间接投资少：压缩天然气体积能量密度约为汽油的26%，而液化天然气体积能量密度约为汽油的72%，是压缩天然气的两倍还多，因而使用液化天然气的汽车行程远，相对可大大减少汽车加气站的建设数量。

⑷调峰作用：天然气作为民用燃气或发电厂的燃料，不可避免会有需要量的波动，这就要求供应上具有调峰作用。

⑸环保性：天然气在液化前必须经过严格的预净化，因而液化天然气中的杂质含量远远低于压缩天然气，为汽车尾气或作为燃料使用时排放满足更加严格的标准创造了条件。

⒊液化石油气

液化石油气（简称液化气LPG）是石油在提炼汽油、煤油、柴油、重油等油品过程中剩下的一种石油尾气，是由炼厂气或天然气(包括油田伴生气)加压、降温、液化得到的一种无色、挥发性气体。

通过一定程序，对石油尾气加以回收利用，采取加压的措施，使其变成液体，装在受压容器内，液化气的名称即由此而来。它的主要成分有乙烯、乙烷、丙烯、丙烷和丁烷等，同时含有少量戊烷、戊烯和微量硫化合物杂质。

由天然气所得的液化气的成分基本不含烯烃。在气瓶内呈液态状，一旦流出会汽化成比原体积大约二百五十倍的可燃气体，并极易扩散，遇到明火就会燃烧或爆炸。因此，使用液化气也要特别注意。

⒋液化煤层气

中国是世界煤炭生产大国，煤层气相应的储藏量也很大，储藏量和天然气基本一样。其基本成分是甲烷。它除了是廉价的化工原料外，主要作为燃料使用，它不仅作为居民的生活燃料，而且还被用作汽车、船舶、飞机等交通运输工具的燃料。

由于煤层气热值高，燃烧产物对环境污染少，被认为是优质洁净燃料。

将煤层气液化后使用，主要有以下几方面好处：

⑴ 经济性：投资成本较低，回收快。

⑵ 安全性：“先采气，后采煤”的方式已成为发达国家能源利用的基本方式。“先采气，后采煤”大大提高了采煤的安全性。

⑶ 政策性：此方式可节约能源，做到能源的彻底利用，符合国家的相关政策，有利于获得政府的支持。

煤层气液化设备和天然气液化设备基本一样，只是由于大多数煤层气中氧、氮的含量比天然气略高，需要增加一套精馏系统。

⒌增效天然气

是以天然气为基础气源，经过气剂智能混合设备与天然气增效剂混合后形成的一种新型节能环保工业燃气，燃烧温度能提高至3300℃，可用于工业切割、焊接等，可完全取代乙炔气、丙烷气，广泛应用于钢厂、钢构、造船行业，也可在船舱内安全使用。

⒍人工煤气

煤气是用煤或焦炭等固体原料，经干馏或汽化制得的，其主要成分有一氧化碳、甲烷和氢等。因此，煤气有毒，易与空气形成爆炸性混合物，使用时应引起高度注意。

四、天然气化工工业

天然气化工已成为世界化学工业的主要支柱，产品有合成氨、尿素、甲醇、甲醛、乙烯、乙炔、二氯甲烷、四氯化碳、二硫化碳、硝基甲烷等。世界上80%的合成氨，90%的甲醇用天然气为原料，可见天然气化工利用有着很大的发展空间。

⒈合成氨天然气是制造氮肥的最佳原料，具有投资少、成本低、污染少等特点。天然气占氮肥生产原料的比重，在世界合成氨产量中，约80%以天然气为原料。世界氨厂建设重点正由过去欧美等国转向天然气资源丰富地区。石脑油或燃料油为原料的氨厂将逐步向天然气为原料过渡。

合成氨是生产氮肥不可替代的主要原料，由于石油价格的居高不下，导致重油价格上升，以天然气为原料的化肥比以重油为原料的化肥成本上有明显的优势，因此，气头化肥成为化肥生产的重点。由于技术的进步，油头改气头化肥已经相对成熟。

⒉甲醇甲醇为世界大宗有机化工产品之一，是碳化学的关键产品，又是重要的化工原料，同时还是未来清洁能源之一，既广泛用于生产塑料、合成纤维、合成橡胶、染料、涂料、香料、饲料、医药、饲料、农药等，还可与汽油掺和或代替汽油作为动力燃料。

由于甲醇下游产品需求旺盛，近几年来有天然气条件的地方都在酝酿新上较大规模的甲醇装置。甲醇应用方向除保持传统用途外，正在开发替代能源和化工新产品的用途。

⒊天然气化工的发展还可以和氯碱工业发展相结合，我国氯碱工业的主要氯产品聚氯乙烯总产量，50%以上仍采用电石法，乙烯法聚氯乙烯受原料乙烯来源限制只占聚氯乙烯总量30%-35%，由于电石法聚氯乙烯环境污染严重，受环保政策限制，天然气用以生产乙炔再加工成聚氯乙烯，与国内电石法生产成本基本持平，而环保优势突出。

⒋天然气为原料的乙烯装置生产能力约占世界乙烯生产能力的32%，其乙烯收率比以石脑油等轻质石油馏分为原料的约高一倍。随着天然气产量的增加和乙烷、丙烷回收率的提高，所占比例正在逐步增加。

⒌随着天然气合成油技术以及相关技术突破，天然气制合成油已具有竞争力，天然气制的合成油不含芳烃、重金属、硫等环境污染物，是环保型优质燃料，有广大的消费市场。

五、天然气化工的发展

⒈世界天然气化工发展

世界上约有50个国家不同程度地发展了天然气化工。天然气化工比较发达的国家有美国、苏联、加拿大等。

美国发展天然气化工最早，产品品种和产量居首位。消耗于化学工业的天然气，占该国化工行业所消耗原料和燃料总量的一半以上。

20世纪70年代中期苏联调整了化学工业政策，加速发展天然气化工生产。在西伯利亚天然气产区新建生产装置，大规模应用于合成氨、甲醇和乙烯、二硫化碳。其天然气化工产品产量仅次于美国。

加拿大有丰富的天然气资源，用于合成氨、尿素、甲醇和乙烯的生产。

随着世界对能源需要的增长，北海、中东、北非、南美和俄罗斯的天然气和石油伴生气资源正在加速开发利用，世界天然气产量稳定增长，为天然气化工蓬勃发展提供充足的原料和能源。在这种条件下，天然气化工的发展具有下述特点：

⑴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；

⑵在烯烃的生产中，美国扩大了天然气原料的使用量，中东和南美国家将计划大力发展天然气制烯烃工业，从而提高世界烯烃生产中天然气原料所占比例；

⑶以节能为中心的研究开发工作十分活跃；

⑷新工艺相继出现，特别是以合成气为基础的碳化学更为突出。

⒉中国天然气工业的发展前景

中国天然气化工始于20世纪60年代初，现已初具规模，主要分布于四川、黑龙江、辽宁、山东、台湾省等地。中国天然气主要用于生产氮肥，其次是生产甲醇、甲醛、乙炔、二氯甲烷、四氯化碳、二硫化碳、硝基甲烷、氢氰酸和炭黑以及提取氦气。

70年代以来，已兴建多座天然气和油田伴生气为原料的大型合成氨厂，以及一批中、小型合成氨厂，使全国合成氨生产原料结构中，天然气所占的比例约达到30%；同时还兴建了天然气制乙炔工厂，以制造维尼纶和醋酸乙烯酯，乙炔尾气用于生产甲醇。采用天然气热氯化法生产二氯甲烷以供感光材料工业作溶剂。

中国的天然气一次化学加工产品总产量约为70年代初期的14倍。

中国经济持续快速的发展势头仍在继续，但是保障经济的能源动力却极度紧缺。中国的能源结构以煤炭为主，石油、天然气所占比例远远低于世界平均水平。随着国家对能源需求的不断增长，提高天然气在能源结构中的比重和引进液化天然气将对优化我国的能源结构，有效解决能源供应安全和生态环境保护，实现经济和社会的可持续发展发挥重要作用。

随着天然气的普遍应用，天然气供应量的增长不及消费量的增长速度，天然气供应已经成为国家能源安全中越来越重要的组成部分。我国初步形成以西气东输、川气东送、陕京线和沿海主干道为大动脉，连接四大进口战略通道、主要生产区、消费区和储气库的全国主干管网，形成多气源供应，多方式调峰，平稳安全的供气格局。同时，国内天然气供需不平衡，导致我国天然气进口量不断攀升。未来中国天然气需求增长速度将明显超过煤炭和石油，成为第一大消费能源。