天然气及其化工利用
汪燮卿
2007,9,
什么是天然气、煤层气、沼气？
天然气：从地下天然气矿开出，主要成份为甲
烷CH4，还有二氧化碳CO2和硫化氢H2S等杂质
气体。
煤层气：一般在开采煤矿时出现，又叫煤矿瓦
斯，主要成分也是甲烷CH4，也有二氧化碳CO2
和硫化氢H2S等杂质气体。
是煤矿瓦斯爆炸的罪魁祸首；但若能加以利
用通过净化与精制，与天然气是一样的。
沼气：是动物有机废弃物通过发酵产生的气体，
主要成分也是甲烷CH4 。
所有以上气体都要经过加工处
理，才能进入市场
要脱除硫化氢，保证对人体没有毒害，
同时又要保留极微量的硫化氢，使人闻
到后有警惕性；
要脱除二氧化碳等杂质，因为它不能燃
烧，等于稀释了气体，降低了热值。
因此，我们所指天然气的利用就是利用
甲烷作燃料或生产化学品。
天然气资源
未来50年可以勘探的可采天然气资源总量14－
22万亿方。天然气储量增长在未来30年间可保
持现阶段快速发展的水平。
截止2004年底，全国已探明天然气地质储量
万亿立方米，
通过对鄂尔多斯和四川盆地两大低品位资源集
中分布区的资源经济性评价，在油价25－30美
元/桶（相当于气价1610－1730元/千方）条件
下，两大盆地中低品位资源的经济可采系数均
可达到100%。
煤层气资源
中国煤层气可采资源量达万亿立方
米.
主要分布在中部、西部和东部三个资源
区，其中中部地区约占总量的64%，沁水
盆地和鄂尔多斯盆地资源量最大.
截止2006年,6个项目进入商业化试生产,
已达4-5亿方/年.包括陕西韩城,沁南和
阜新等地.
煤层气的利用—一举二得
开发利用煤层气可防止煤矿瓦斯爆炸,安
全生产.
煤层气经精制分离后可作天然气使用.
沼气资源
发展禽畜养殖场等大型沼气系统,适度发
展户用沼气系统.
2006年统计沼气量为60到100亿方米.
2020年到400亿方米.
农村最低用户价每米元.
天然气资源分布-集中在中西部
500亿方米/年的有四个:靖边下古2910亿方;罗
家寨581亿方;普光气田2511亿方;和田河气田
617亿方,都在中西部地区.
西气东输、北气南下、海气登陆、就近供应。
西气东输二线，设计输气量为300亿方，2008
年开工，2010年投产，西起新疆霍尔果州，经
西安、南昌，南下广州，东到上海，全长4800
公里。
川气东送，输气量120亿方，2009年建成投产
西起四川达州市，东到上海，途经六省二市，
全长1700公里。
天然气需求预测
2030年估计在3000到3500立方米；占一
次能源消耗的7-9%；
2050年消费量将在4500到5000亿立方米，
占一次能源消耗的8-10%；
另有资料称，到2020年我国天然气在一
次能源中的使用量将有现在的3%提高到
10%。
一个天然气时代正在到来。
世界天然气消费结构
项目 1985年 1990年 1995年 2000年
用量
/亿立方
米
比例
/%
用量
/亿立方
米
比例
/%
用量
/亿立方
米
比例
/%
用量
/亿立方
米
比例
/%
发电 3740 23 4250 22 4590 21 4810 20
民用燃气 4100 25 4590 24 5040 23 5470 23
工业燃料 4840 30 5600 29 6370 30 7000 30
化工原料 1050 6 1420 7 1610 8 1810 8
其他 370 2 370 2 390 2 420 2
自我消费 2290 14 2970 16 3480 16 3940 17
合计 16390 100 19200 100 21480 100 23450 100
2005年美国天然气消费结构(兆立
方英尺)
生产;
进口占总量16%(其中管输
,);
总量;
居民用(23%);商业(14%);工业
(33%);电力(25%);运输;
自我消费(3%);生产装置(5%);
我国<天然气利用政策>
经国务院同意,发改委制订,2007年8月30
日正式实施;
坚持区别对待,明确顺序,促进天然气科
学利用、有序发展；
坚持节育优先，提高资源利用效率；
利用领域归为四大类：城市燃气、工业
燃料、天然气发电和天然气化工。
我国<天然气利用政策>
综合考虑天然气利用的社会效益、环保效益和
经济效益；
将天然气利用分为：优先类、允许类、限制类
和禁止类；
城市燃气列为优先类；
禁止以天然气为原料生产甲醇，
禁止在大型煤炭基地所在地区建设基荷燃气发
电站；
禁止以大、中型气田所产天然气为原料建LNG
项目。
我国<天然气利用政策>
对已建项目，维持供气现状，特别是国家批准
的化肥项目，要确保稳定长期供应。
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。
搞好供需平衡，制订利用规划和计划，加强需
求侧管理，提高供应能力，保障稳定供气，合
理调控价格，严格项目管理。
天然气的利用—城市燃气
城市燃气是首选:按人口自然增长率千分
之五计,城镇人口占60%,气化率60%,每人
每年用气60方计,则需要300亿方。
气价与电价的比：气价按元/方；电
价按元/度，按换算成热值比较，气
价为电价的%
天然气的利用—燃气汽车
若以出租汽车和公交车用气代油，按每
辆车年均行驶5万公里，百公里耗气15立
方米计，100万辆车每年节约耗油约1000
万吨。
大力发展天然气发动机
天然气重卡装配上柴发动机；
在银川、成都等城市，采用大型天然气
公交车；
从210马力发展到280马力；
达到欧三到欧四排放标准。
天然气的利用- 冷热电三联供
分布式发电和供电;
用天然气作燃料，采用燃气轮机发电，
排出的高温烟气产生高温高压蒸汽进入
蒸汽轮机发,发电后的余热用于致冷或热
源直接供应到用户。
热效率可达到70%以上。
天然气（甲烷）化工利用
全球天然气化工一次加工品年总产量在
亿t 以上,包括合成氨(尿素) 、甲
醇、乙烯(丙烯) 、氢气和合成气(CO +
H2) 、乙炔、卤代烷烃、氢氰酸、硝基
烷烃、二硫化碳、炭黑等20 多种及大量
衍生物。目前,世界上占76 %的合成氨、
80 %的甲醇。
天然气化工的特点
不但低硫、氮杂质，而且烧掉的氢/碳原子比
是4：1，对大气排放二氧化碳少得多。
在富产国中，成本价格也合算。
天然气化学加工成油品和其它高碳数衍生物，
成本高、技术难度大，因为甲烷的碳与氢的结
合键能大到
转化能耗高，而乙烷为359KJ/Mol，小得多，
而更高碳数的可想而知。而省下的重油和液化
气无论从技术成熟和充分利用现有设备改造考
察，都是合算的。
天然气化工的特点
天然气（甲烷）氢/碳原子比为4/1，原
油为~
机化合物都在2，显然天然气提供了更多
的氢源有利。
显然，用天然气生产合成气和制氢，再
进行下游产品的合成、改造和扩建原有
装置是合理的。
我国现有的甲醇生产装置
我国现有的甲醇生产装置产量
我国甲醇消费结构
我国甲醇年消费量
• 2003和2004年我国甲醇年消费量分别为434万吨和573
万吨，2005年我国甲醇表观消费量将达约620万吨。
• 主要应用于：甲醇衍生物占69%，燃料占7%，溶剂占5%
，医药占%，农药占%，其他占4%。
• 甲醇的衍生物有100多种，年均增长率达14%。
• 在甲醇下游产品中，甲醛占30%，醋酸占12%，甲胺占
%，甲基丙烯酸甲酯占10%。
• 2003和2004年化学工业对甲醇的需求量分别约为375万
吨和454万吨
• 另外，医药工业约需甲醇分别为25万吨和35万吨
• 其他方面需求量分别约20万吨和39万吨。
具有较高的十六烷值（55~60），是柴油
的理想调合组分。
用作汽油的含氧添加组分，有高的O/CH
值，降低NOx的排放，降低汽车噪声。
缺点：热值低，柴油为
（10150Kcal/Kg)；DME为
67%.
天然气制二甲醚的经济评价
浆态床合成二甲醚投资和成本估
算
20万吨/年建设项目总投资亿元，其
中建设投资亿元。
天然气单价元/立米，制造成本为
1342元/吨。
DME定价按2300元/吨计。
DME(二甲醚)前景
目前美国AIR Products and Chemicals
，日本钢管公司（NKK）都已开发成合成
气浆态床一步法合成DME。
日本四家企业拟在2006年实现商业化，
在澳大利亚西海岸建装置，利用当地海
底开采天然气制造DME，然后运到日本。
GTL(天然气制液体燃料)前景
国外现有二套工业装置在运行,南非的
MOSSGAS能力为22500桶/天;壳牌在马来
西亚为12500桶/天,此外还有卡塔尔
34000桶/天;EXXON计划在卡塔尔100000
桶/天
预计到2011年可达80万桶/天,占炼油总
量1%;
GTL的前景
在澳大利亚Burrup新建GTL，能力为47万吨/年,
专门生产三类润滑油基础油和液体石蜡，2003年
投产。
SASOL 与CHEVRON在尼日利亚的尼日尔三角
美国合成油公司和安然公司投资亿美元，
洲建日产三万桶合成油厂，2003年投产。
卡塔尔石油公司与SASOL在卡塔尔Ras Laffan
新建三万桶/天，已在施工。
预期2010年2000万吨,2030年达亿吨.
SASOL SPD 合成馏分油
1，天然气经蒸汽重整或部分氧化制合成气。
2，用浆态床反应器F-T合成石蜡烃重馏分。
3，通过加氢裂化异构生产高质量汽柴油。
每天用240万立方米气，年产万吨液体燃
料
浆态床F-T合成装置投资3~亿美元。
天然气价按美元/MMBTU计，原料费为5美元
/桶。
SHELL的SMDS合成中间馏分油（一）
1995年在马来西亚沙捞越 的民都鲁
（Bintulu）建成年产50万吨（12000桶/天）
的SMDS装置，由Shell, Petronas,
Mitsubishi, 和当地Sarawak合资。
包括非催化自热部分氧化制合成气；F-T合成
重质烃和重质烃加氢异构裂化最大量生产中间
馏分，航煤可达到50%，或柴油方式可达60%，
十六烷指数可达75。
产品都是直链烃，轻组分是优质的乙烯料，比
常规石脑油乙烯收率提高10%以上。也可作洗
涤剂原料。
SHELL的SMDS合成中间馏分油（二）
合理的经济规模为60万桶/天的工厂，建
在工业发达地区比投资费为万美元/
天桶，按天然气美元/MMBTU计，原料
费5美元/桶，生产费6美元/桶；合成气
生产装置占投资50%以上。
要考虑产品的综合利用，包括优质柴油、
乙烯料洗涤剂料和溶剂油。
Gas-to-Liquids(GTL)的经济评估
采用先进技术为23美元/桶。其中
采用传统技术为30~35美元/桶。
气体成本为5（按气价
操作、维修等
产品后勤
总可变成本：
比投资以2~万美元，10% 折旧率,25
年回收
总成本美元/桶。
UOP/Hydro MTO甲醇制烯烃
国外现有二套工业装置在运行,南非的
MOSSGAS能力为22500桶/天;壳牌在马来
西亚为12500桶/天,此外还有卡塔尔
34000桶/天;EXXON计划在卡塔尔100000
桶/天
预计到2011年可达80万桶/天,占炼油总
量1%;
国外MTO进展
挪威中试:吨/天;
反应器内径:米;
运转90多天,甲醇转化率100%;
UOP认为可放大至30~50万吨,放大倍数
10000~15000;
UOP计划在尼日利亚建40万吨/年乙烯规
模MTO,目前尚未进行工程设计招标,计划
2007年投产.
国内MTO进展
完成了天然气MTO先导性试验项目可行性研究
报告.
西安市天然气精细化工项目中MTO可研报告.
大庆石油管理局MTO工业化试验装置的可研报
告.
陕西MTO万吨级可研报告,基础设计,目前正在
进行详细设计,预计2005年底进行工业试验.
反应器直径先准备放大到1米,再放大到10米流
化床.
陕西万吨级MTO
进料甲醇:50吨/天(10吨/天乙烯);
反应器内径:1米;
原料:粗甲醇(纯度>80%);
专用催化剂;
乙烯方案,兼顾丙烯.
LURGI的技术经济分析
煤价元/吨 100 120
相当石油价$/BBL 18 19
天然气价 元/立米
$/MMBTU
甲醇成本 元/吨
$/吨 95 104 113
相当石油价 $/BBL 19 20 22
丙烯成本 元/吨基于煤
基于石油
规模100万吨/年甲醇MTO装置生
产成本(洛阳工程公司)
甲醇价
元/吨
1000 1300 1400 1500 1600
乙烯生
产成本,
元/吨
3852 4761 5063 5366 5669
丙烯生
产成本,
元/吨
3666 4531 4819 5107 5395
MTP技术
LURGI法兰克福：进料：公斤/时；反
应管ø；再生后C小于200~300PPM
挪威试验装置（2001。1~2004。4），投
资80万欧元；进料15公斤/时；固定床高
3米；丙烯收率大于60%，汽油收率高于
30%；催化剂29天再生一次，寿命一年。
尼日利亚用天然气通过甲醇制烯烃
投资20亿美元.
日产7500吨甲醇,需气量616万立米/日;
年产乙烯／丙烯各20万吨.
气价$/百万英热单位(沙特;科
威特).
60万吨甲醇制烯烃MTO物料平衡
原料：321万吨；
产物：PE： ；
PP：；
丁二烯：；
LPG：；
燃料气：
OTO MTO
乙烯+丙烯（消
耗）
乙烯+丙烯（收
率）
乙烯+丙烯（能
耗）
总收率%
OTO(石脑油制烯烃)产品和产值
产品 万吨/年 单价元/
吨
产值（亿
元）
乙烯 6480
丙烯 6780
丁二烯 3500
加氢C9 1640
加氢汽油 2400
氢 11200
合计
MTO产品和产值
产品 数量（万吨/年）单价，
元/吨
产值（亿
元）
乙烯 6480
丙烯 6780
丁二烯 3500
加氢C9 2200
加氢汽油 800
合计
原料费用
OTO：原料油：171万吨；
单价：2000元/吨；费用：亿
元。
MTO：原料甲醇：321万吨；
单价：1300元/吨；费用：亿
元。
天然气制甲醇成本
气价元/立米
甲醇元/吨 746 858 905 954 1060
含税价元/吨 873 1004 1059 1116 1240
制烯烃技术经济比较
在22USD/BBL条件下，预测乙烯原料油价为
2000~2100￥/T时，内部收益率可达12%。
原油价为50USD/BBL时，PE和PP等产品价必须
相应上调或扩大生产规模或深加工。
由甲醇生产烯烃税后内部收益率为12%时，甲
醇价应小于1300元/吨。
用天然气生产甲醇制烯烃，气价应小于元/
立方米，煤应小于220元/吨。
大型甲醇装置若甲醇售价高于1600元/吨，则
卖甲醇效益更好。
简要的技术经济对比结果
甲醇效益最好，投资回收期为7年。
合成烃燃料，投资历回收期均在14年以上。
天然气经甲醇合成烯烃，因增加流化床反应器
和深冷分离，投资增加68%，但因烯烃售价高，
回收期为年。
氧化偶联合成汽油和F-T合成汽油投资回收期
最长,为常规合成甲醇的5倍到9倍。
总之，天然气间接加工过程，合成气的生产投
资要占总投资的50%以上。
天然气汽车和液化石油气汽车（燃气汽车)
我国的天然气汽车工业发展始于1988年，近年
来，在“全国清洁汽车行动协调领导小组”的
领导和积极推动下，全国12个清洁燃气汽车示
范城市（或地区）的燃气汽车的保有量从1999
年初的11000辆（其中液化气汽车6300余辆，
压缩天然气汽车约5000余辆）增加到万辆
以上，增长了近4倍。加气站建设也取得了突
破性的进展，从1999年初的70多座上升为147
座，增长了1倍。此外，一些未列入清洁汽车
试验示范城市的城市和地区，燃气汽车的推广
应用工作也取得了很大进展。
根据“全国清洁汽车行动协调领导小组
”1999年4月《清洁汽车行动实施办法
（讨论稿）》中提出的目标，2000年全
国清洁能源汽车的保有量应达到8~10万
辆，形成年产2~3万辆的生产能力；在
2003年我国试点示范城市（地区），公
交车及出租车中燃气的清洁能源汽车的
保有量将达到30~50万辆。
对天然气利用的若干考虑
对远离产地的天然气化工利用，重点是发展甲
醇及其下游衍生物，如甲醛和醋酸等，技术成
熟，且不断有所发展。
汽车用燃料，重点应考虑公交车用CNG。
清洁汽车燃料的氢源主要用天然气制氢。
对用天然气作原料生产液体烃类燃料或氧化燃
料（醇类和醚类）要在技术经济上认真作可行
性研究。而甲醇燃料还应从毒性和环保权衡利
弊。
天然气利用的关键是价格
国外按美元/MMBTU算，相当于50元人民
币。
1MMBTU（百万英热单位）相当于252，000大卡。
每立方米气热值按8400大卡计，1MMBTU
为30立方米气。
在我国,目前按元/立方米价格计，则
1MMBTU 为60元人民币，虽比国际价格高,由于
人均相对收入较低,所以除作为家用燃料以外,
作为发电还难以承受。
利用价格作为市场调节的手段。
