我国天然气化工产业资源利用的前景分析.pdf
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1、第2 6 卷第4 期2 0 0 8 年4月化学工业C H E M I C A L 帅U S T R Y7 我国天然气化工产业资源利用的前景分析余黎明(石油和化学工业规划院,北京1 0 0 0 1 3)摘要:介绍了我国天然气资源、开发、利用情况,重点讨论了天然气化工利用和冷能利用。对天然气开发和利用的政策、措施提出了建议。关键词:天然气;天然气化工;天然气输送;能源政策文章编号:1 6 7 3 9 6 4 7(2 0 0 8)4-0 0 0 7-0 8中图分类号:T E 6 4文献标识码:A天然气组成以气态低分子烃为主(主要成分是甲烷,同时也含有非烃气体),相对密度0 6 5,比空气轻,具有无色
2、、无昧(天然气公司皆遵照政府规定添加臭剂,例如四氢噻吩)、无毒、可燃的特性。天然气的爆炸极限为5 1 5。天然气燃烧后生成二氧化碳和水产生的温室气体是煤炭燃烧的1 2。石油的2 3。由于天然气热值高燃烧产物对环境污染少。是未来世界普遍采用的清洁能源。世界能源结构逐步发生变化各国政府也通过立法程序来传达这种趋势。发展天然气工业已经成为世界各国改善环境和维持经济可持续发展的最佳选择。1 天然气资源概况1 1 国外世界天然气可采储量约1 3 7 亿t 石油当量和石油资源相当储采比高达7 0:1。2 0 0 6 年世界天然气的产量2 86 5 3 亿m 3 比2 0 0 5 年增长3 1 1 9 9
3、6-2 0 0 6 年世界天然气产量年均增长率为2 5。1 9 9 6-2 0 0 6 年世界天然气产量变化趋势如图1 所示。n暑道由|L5 04 54 o 3 5d3 O、2 5 衄|2 0 瓤1 5 景1 0O 50 O1 9 9 6 1 9 9 79 9 齑哩厕哆o o 孑哆0 0 孑0 0 6年份口产量亿m 3;_ 油当量亿t;+增长率图11 9 9 6-2 0 0 6 年世界天然气产量2 0 0 6 年世界天然气的消费量2 85 0 8 亿m 3 比2 0 0 5 年增长2 5 1 9 9 6-2 0 0 6 年世界天然气消费量年均增长率为2 4。1 9 9 6-2 0 0 6 年世
4、界天然气消费量变化趋势如图2 所示。堪姻l枢涎年份r 消费量亿m 3;_ 一油当量亿t;-增长率图21 9 9 6-2 0 0 6 年世界天然气消费量在全球范围内天然气取代石油的步伐正日益加快未来1 0 年内世界天然气消费年均增长率约为3 9 在亚洲发展中国家天然气的消费年均增长率会更高天然气将成为2 1 世纪消费量增长速度最快的能源。预计2 0 1 0 年天然气在全球一次能源消费结构中的份额将超过煤炭2 0 2 0 年有望超过石油成为世界第一能源。1 2国内我国的天然气资源量约为3 8 1 0 1 3 m 3 预测到2 0 2 0 年我国每年将新增18 3 9 亿m 3 的可采储量。中国中长
5、期能源战略将能源优质化作为我国能收稿日期:2 0 0 8-0 3 3 1作者简介:余黎明(1 9 7 9 一),男,湖北省人,工程师,主要从事能源和有机化工方面的规划和咨询工作。万方数据8 化学工业C H E M I C A LI N D U s,r R Y2 0 0 8 年第2 6 卷源发展战略的主攻方向将天然气开发作为我国一次能源开发的重点。2 0 0 7 年我国天然气产量为6 6 6 1 亿m 3。比2 0 0 6 年增长1 3 7。占世界天然气总产量的2 1 9 9 6-2 0 0 6 年我国天然气产量年均增长率约为11 3。1 9 9 6-2 0 0 7 年我国天然气产量变化如图3所
6、示。7 鲫5 攀4 嘲3 L 2 l O年份 产量亿m 3;_ 一油当量M t:+增长率图31 9 9 6 _-2 0 0 7 年我国天然气产量2 0 0 6 年我国天然气消费量约为5 5 6 亿m 3 比2 0 0 5 年增长2 1 7。占世界消费总量的1 9 天然气在我国一次能源消费中的比例约为3 左右1 9 9 6 2 0 0 6 年我国天然气消费量年均增长率约为1 2 0。1 9 9 6-2 0 0 6 年我国天然气消费量变化如图4 所示。茸攀嘲积裙1 9 9 6 J 9 9 82 Q 2 22 0 0 42 0 0 61 9 卯1 9 9 92 0 0 l-一I 0 0 32 0 晒
7、年份口消费量亿m 3;-油当量M t;r 增长率图41 9 9 6 _-2 0 嘶年我国天然气消费随着我国经济的持续增长天然气输送干线网络工程的投入运营我国天然气年均需求增长消费增长率保持在1 5 左右。预计2 0 1 0 年我国天然气市场需求将达到14 0 0 亿m 3 天然气在我国一次能源消费中的比例将会上升到7 左右。2 0 2 0年天然气消费量达到20 0 0 亿m 3 天然气在我国一次能源消费中的比例将会上升到1 0 左右。2 我国天然气产业政策我国能源消费结构以煤炭为主煤炭在一次能源消费中的比例约为7 0 煤炭消费是造成烟煤型大气污染的主要原因也是温室气体的主要来源我国以煤为主的能
8、源消费结构对环境造成了较大的压力。因此。合理利用天然气。提高天然气在我国能源消费结构中的比例有利于建设环境友好型社会。2 0 0 7 年8 月3 0 日国家出台新的天然气产业政策,综合考虑天然气利用的社会效益、环保效益、经济效益和天然气产地合理需要等方面的因素根据天然气下游用户的用气特点。天然气利用分为优先类、允许类、限制类和禁止类。2 1 优先类我国天然气资源要优先用于城市燃气其中主要包括:(1)城镇(尤其是大中城市)居民炊事、生活热水等用气:(2)公共服务设施(机场、政府机关、职工食堂、幼儿园、学校、宾馆、酒店、餐饮业、商场、写字楼等)用气;(3)天然气汽车(尤其是双燃料汽车);(4)分布
9、式热电联产、热电冷联产用户。2 2 允许类2 2 1 城市燃气(1)集中式采暖用气(中心城区的中心地带);(2)分户式采暖用气:(3)中央空调。2 2 2 工业燃料(1)建材、机电、轻纺、石化、冶金等工业领域中以天然气替代油、液化石油气项目:(2)建材、机电、轻纺、石化、冶金等工业领域中环境效益和经济效益较好的天然气替代煤气项目:(3)建材、机电、轻纺、石化、冶金等工业领域中可中断的用户。2 2 3 天然气发电重要用电负荷中心且天然气供应充足的地区建设利用天然气调峰发电项目。2 2 4 天然气化工(1)对用气量不大、经济效益较好的天然气制氢项目:(2)以不宜外输或者上述优先类、允许类用户无法消
10、纳的天然气生产氮肥项目。万方数据第4 期余黎明:我国天然气化工产业资源利用的前景分析9 2 3 限制类2 3 1 天然气发电非重要用电负荷中心建设利用天然气发电项目。2 3 2 天然气化工(1)已建的合成氨厂以天然气为原料的扩建项目。合成氨厂煤改气项目;(2)以甲烷为原料。一次产品包括乙炔、氯甲烷等的碳一化工项目:(3)除允许类中规定的氮肥项目以外的新建以天然气为原料的合成氨项目。2 4 禁止类2 4 1 天然气发电陕、蒙、晋、皖等1 3 个大型煤炭基地所在地区建设基本负荷燃气发电项目。2 4 2 天然气化工(1)新建或扩建天然气制甲醇项目;(2)以天然气代煤制甲醇项目;(3)以大中型气田所产
11、天然气为原料建设L N G 项目。2 5 小结综上所述。在未来几年内,我国(尤其是能源相对匮乏经济较为发达的地区)天然气利用顺序依次是:重点满足城市民用和商用燃气消费:城市工业锅炉、窑炉天然气替代油、煤;在交通和发电等领域进行天然气代油:在天然气价格承受能力较高的地区建设调峰负荷中心工业园区热电联产和分布式冷热电三联供等天然气发电项目:天然气化工。对于目前已经建设的用气项目维持供气现状,特别是国家批准建设的化肥项目。要确保长期稳定供应。在天然气供应严重短缺而又有条件的地方可实施煤代气项目改造。对在建或已核准的用气项目若供需双方已签署长期供用气合同,按合同执行。3 我国天然气产业现状3 1 消费
12、随着“西气东输”工程的启动、海上天然气登陆和沿海地区L N G 进口,我国天然气工业将进入一个快速发展时期。国内原先零星的天然气消费市场迅速成长。目前,我国天然气利用领域主要包括城市燃气、工业燃料、天然气发电和天然气化工。在过去的1 0 年内,我国天然气的消费结构变化如表l 所示。表1 我国天然气消费结构在1 9 9 6-2 0 0 6 年期间随着我国城市化进程的加快和环境保护力度的提高我国天然气消费结构逐渐由化工和工业燃料为主向多元化消费结构转变其中城市燃气消费发展尤为迅速。此外。我国天然气消费存在地区差异化现象:在东部经济较为发达的沿海地区(特别是珠江三角洲、长江三角洲和环渤海地区)。天然
13、气消费以城市燃气和发电为主;在西部等油气田周边地区天然气消费主要以化学工业为主。3 1 1 城市燃气一方面。我国大气污染属于煤烟型污染。以粉尘和酸雨危害最大。2 0 0 6 年我国废气中二氧化硫排放量为25 8 8 8 万t。比2 0 0 5 年增加了1 5:烟尘排放量10 8 8 8 万t,比2 0 0 5 年减少了7 9;工业粉尘排放量为8 0 8 4 万t 比2 0 0 5 年减少了1 1 3。目前,我国大气污染物排放总量仍然较高。环境治理的形势依然较为严峻。1 9 亿m,的天然气(以川气为例)可以替代3 0 0 多万t 的原煤减少排放二氧化硫3 6 万t 每增加1 0 亿m 3 天然气
14、消费(以上海市为例)G D P 能耗将下降0 4 个百分点。因此。逐步推广天然气在我国城市燃气中的使用可以有效缓解环境污染压力。随着燃料空调技术的成熟和应用以及国家大气污染防治法对高污染燃料的限制使用,鼓励使用天然气等清洁能源大部分城市对天然气的需求(特别是居民生活用燃料)明显增加。此外。随着“西气东输”工程的建成,人造煤气和液化石油气在城市燃气中的比重将逐步减少。国家在天然气发展总体规划中计划在2 0 1 0年通天然气城市增加到2 9 0 个到2 1 世纪中叶全国7 6 的城市将用上天然气天然气将逐步成为城市燃气市场的主要燃料。另一方面2 0 0 6 年我国民用汽车保有量达到 万方数据化学工
15、业1 0 C H E M I C A LI N D U S T R Y2 0 0 8 年第2 6 卷49 8 5 万辆(包括三轮汽车和低速汽车13 9 9 万辆),比2 0 0 5 年增长1 5 2。其中,私人轿车保有量11 4 9 万辆。增长3 3 5。随着机动车数量的迅速增加我国大中城市机动车排气污染问题日益突出。以天然气代替汽车用油,具有价格低、污染少、安全等优点。3 1 2 工业燃料天然气替代煤炭和燃料油作为工业燃料能够获得较好的经济、社会和环境效益。天然气的工业燃料用户能承受的气价如表2 所示。表2 天然气工业燃料用户所能承受气价煤价天然气价燃料油价天然气价(元t。1)(元1 1 1
16、-3)(元t 一1)(元m。3)4 0 00 6 725 0 02 1 36 0 01 0 035 0 02 9 83 1 3 天然气发电天然气发电是缓解区域能源紧缺、降低燃煤发电比例减少环境污染的有效途径。近年来我国天然气工业下游产业的发电事业也获得了较大的发展燃气轮机联合循环发电是目前工业应用中效率最高的发电技术(可以接近6 0)。以燃气轮机为核心的热电联产系统的总热效率能够达到8 0。而超临界、超超临界燃煤火力发电机组效率最高才达4 1 9 一4 5 3。国内外发电厂的运行经验表明当电网遭遇意外事故,甚至出现大面积停电的情况下燃气轮机由于启动性能优于常规汽轮机组(结构紧凑起停性能好)。可
17、以保证区域内的供电。按照我国目前电力行业的发展情况为了提高用电负荷中心电网运行的机动性和安全性占电网总容量1 5 2 0 的燃气轮机机组作为应急备用和负荷调峰机组是必要的。装机容量5 0 0 M W 燃用天然气发电厂和燃煤电厂对环境的影响如表3 所示。天然气发电的二氧化硫年排放量仅为燃煤电厂的1 40 0 0 二氧化碳排放量仅为燃煤电厂的一半,基本不产生灰渣,用水量和占地面积分别为燃煤电厂的3 3 和5 4。4 天然气化工世界天然气化工从2 0 世纪2 0 年代至今一直保持稳定发展,近2 0 多年发展速度加快。2 0 世纪7 0 年代世界约5 左右的天然气资源用作化工原料,2 0 世纪8 0
18、年代上升到约1 0。近年由于天然气产量大幅增加此比例重新回落至5 左右(不包括我国),中东、东欧、拉丁美洲、东南亚等地区均在8。1 l 范围。目前世界石油资源E l 趋紧缺油价不断刷新高位价格记录而天然气的储量和产量增长均超过石油为此天然气化工利用受到许多国家和地区的重视。4 1 产品链天然气通过净化分离和裂解、蒸汽转化、氧化、氯化、硫化、硝化、脱氢等反应可制成合成氨、甲醇及其加工产品(甲醛、醋酸等)、乙烯、乙炔、二氯甲烷、四氯化碳、二硫化碳、硝基甲烷等。典型的天然气化工产品链有4 条。(1)合成氨产品链。产品包括合成氨、尿素等如图5 所示。天然气-+合成氨尿素工业氨图5 合成氨工业链尿素工业
19、氨(2)氢氰酸产品链。产品包括氢氰酸、氰化钠、草甘膦、蛋氨酸等。如图6 所示。丙烯表35 0 0 M W 燃用天然气发电厂和燃煤电厂对环境的影响天然气一氢氰酸ll双軎膦一草甘膦图6 氢氰酸产品链 万方数据第4 期余黎明:我国天然气化工产业资源利用的前景分析(3)乙炔化工产品链。产品包括以乙炔为原料的P V C、B D O、醋酸乙烯,以及乙炔尾气生产的甲醇、醋酸产品等,如图7 所示。图7 乙炔化工产品链酯产品(4)以大型甲醇为龙头的醋酸、M T O、M T P、二甲醚产品等。如图8 所示。天碴L 甲醇7r 1 甲烷氯化物有机硅J卜醋酸醋酐醋酸,L LT 口7M T O 一乙烯叶乙l 一雨幄一丙机
20、硅产品图8 以大型甲醇为龙头的产品链4 2 天然气化工利用消费结构以美国和西欧地区为例天然气化工利用的消费结构如表4 所示。表4 美国和西欧天然气化工利用消费结构天然气化工产品的产量以合成氨为最其次是甲醇。全世界约有8 5 的合成氨(世界天然气占氮肥生产原料的平均比例为8 0 左右)、9 0 的甲醇以天然气为原料。以天然气为原料的合成氨和甲醇生产在许多国家所占比例较高。如表5 所示。表5 不同国家天然气占合成氨和甲醇原料比例目前国外天然气化工利用是以资源产地为龙头跨国公司在天然气产地建大型装置,以低气价和高技术支撑低成本在世界市场上进行垄断性竞争。4 3 我国天然气化工现状我国天然气化工起步于
21、2 0 世纪6 0 年代目前已经形成一定规模主要用于生产合成氨和甲醇。2 0 0 5 年天然气化工消费量为1 5 0 亿m 3 占天然气总消费量的3 0。远高于国外。2 0 0 5 年全国合成氨产量45 9 6 万t 其中2 0 以天然气为原料生产,其天然气消费量约1 1 0 亿m,。甲醇产量为5 3 5 6 万t 其中3 0 是以天然气为原料消费天然气约2 5 亿m 3。2 0 0 6 年。中海油海南6 0 万t a 天然气甲醇装置建成投产成为国内最大的生产装置。天然气乙炔也是天然气下游用户之一乙炔化工是国内化学工业中一个传统的高耗能行业由于我国缺油、少气、相对富煤的特殊能源结构。使我国具备
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