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【转自石化科普知识】第十四讲 碳一的开发利用
发布时间:2018年05月28日   发布部门:区委办   浏览次数:721

  讲完石油中的碳二到重油,回过头我们再来看看一个碳的巨人。碳一中最重要的物质是甲烷,它主要存在于天然气中,另外甲醇也是重要的碳一工业原料。


图14-1 西气东输工程中输气管道

  对于天然气,人们并不陌生。在我国的西部大开发中,  “西气东输”工程几乎无人不晓;而广东、福建等省每年进口约300万吨的液化天然气来改变能源结构的战略目标也逐步实施。目前,天然气已经广泛深入到我国广大地区和人民日常生活中。天然气是一种由甲烷为主的气态化石燃料,与石油一样,是由沉积岩中的有机质转化而来的。
  我国天然气开采有着悠久的历史。据《史记》记载,我国最早对天然气进行开发利用可追溯到公元前3世纪。古代的勘探天然气及钻井技术给世界留下了宝贵的财富;而现代的开采钻探则融入了人类发明的重力法、磁法、电声法、放射性法等高新技术,大大拓宽了地层中天然气的勘探和开采范围。
  从历史回到今天的现实,由于世界新探明天然气的储量呈逐年上升的趋势,而石油的新探明储量急剧下降,天然气在世界能源结构中的比例将会逐年增大。我国拥有丰富的天然气资源,天然气燃烧后无废渣、废水产生,较煤炭、石油等能源有使用安全、热值高、洁净等优势,它的利用一直为人们高度关注,相信在21世纪将迎来天然气的能源时代(如图14-2)。


图14-2 天然气利用

  随着国家加强对天然气资源的开发,如何有效利用天然气资源成为了热点。天然气的化工利用可以分为直接法和间接法两条基本途径。天然气可以直接作为燃料使用或转化为有机化工产品。在我国天然气虽然储量丰富,但多位于偏远地区,其直接作为动力燃料使用,面临安全运输和保存的问题,和汽油相比,在相关动力技术上存在不少弊端。将天然气通过化学途径转化为易于运输的液体燃料或高附加值的化工产品是目前研究的热点之一。目前,甲炕直接转化途径主要包括:甲皖直接氧化制备碳一合氧化合物、甲烷氧化偶联和甲烷无氧芳构化等其中甲烷直接氧化制备碳一含氧化合物被认为是最具工业化潜力的路线,同时也是研究较多的方向。但由于甲烷分子在结构上非常稳定,产物甲醇、甲醛和乙烯在这种反应条件下的氧化速度要比原料甲烷快得多,导致反应的选择性较低,这是在利用方面要值得注意的地万。
  目前,天然气的化工利用主要通过间接转化法,将天然气转化为合成气这一中间产物,再通过费托(Fischer-Tropsch,简称F-T)法将合成气转化为液体燃料,或通过其他连径合成甲醇、化肥等一系列的化工产品。其中制合成气是天然气间接转化的关键步骤,“造气”工序成本占全过程成本的50%-75%。因此,提高甲烷制合成气工艺过程的效率是决定天然气间接利用的关键。
  合成气是合成大量化工产品的一种重要化工中间产物。目前,通过甲烷制合成气的基本途径有三个:①水蒸气重整甲烷;②二氧化碳重整甲烷;甲烷部分氧化反应。水蒸气重整甲烷是工业上制合成气采用的最为普遍的方法,其相关技术已经非常成熟。
  碳一化工除了体现在天然气化工外,其重要应用还体现在甲醇和二甲醚化工上。甲醇是最简单的化学品之一,同时也是最重要的化工基础原料和清洁液体燃料。甲醇最早由木材和木质素干馏制得。1923年巴斯夫公司用一氧化碳和氢气催化合成甲醇,开创了工业合成甲醇的先河。此后随着甲醇的生产工艺不断完善,生产成本不断下降,使得甲醇的消费市场越来越庞大,现已广泛应用于有机合成、染料、医药、农药、涂料、汽车和国防中。
  二甲醚简称甲醚,是甲醇重要的下游产品。它具有良好的易压缩、冷凝、汽化特性,使得它在燃料、制药、农药等化学工业中有许多独特的用连。二甲醚兴起同氟氯烷的限制与禁止使用是紧密相连的。而它除了是氟利昂的理想代替品外,还是柴油发动机的理想代用燃料,与同为代用燃料的甲醇燃料相比,不存在汽车冷启动问题而二甲醚由于与液化天然气有相似的蒸气压,且储远、燃烧安全性,预混气热值和理论燃烧温度等性能指标均优于石油液化气,故而也可以作为民用燃料使用  由于石油资源短缺、煤炭资源丰富及人们环保意识的增强,二甲醚作为从煤转化成的清洁燃料而日益受到重视,成为近年来国内外竞相开发的性能优越的碳一化工产品(如图14-3)。


图14-3 天然气能源化工厂区

  综上所述,由于天然气储量丰富,并凭借其热值高、安全、洁净等优势,发展天然气化工是目前解决能源危机,改善环境污染的有效逢径。除此之外,甲醇与二甲醚等碳一化工衍生产品也在能源领域表现各自的优越性,随着人们对环境保护与可持续发展的日益重视,碳一化工技术的不断完善与发展,碳一化工将在新时代的能源发展道路上,与石油路线相互补充,占有举足轻重的地位。