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刘洪岩
天然气是优质、高效、清洁能源，也是石油化学工业宝贵的原料。工业国家在20世纪初就开始天然气利用的研究，至30、40年代天然气工业利用已达相当水平。现在天然气在发电、工业、民用燃料和化工原料等领域已占相当的比重，对促进社会进步，经济发展和人们生活质量提高起到积极的作用。受资源条件所限，我国天然气利用发展较晚。1960年，在我国一次能源消费结构中，天然气仅占0.5％，目前也不过2.1％，远低于世界23.8％的平均水平。天然气化工是我国天然气的主要消费领域，1998年在天然气消费结构中占43.5％。但是，我国天然气产量小(1998年205亿m，)，化工用气的绝对数量还很小(约90亿m，)，与国外相比还存在不小的差距。1997年，世界天然气消费量为2.2万亿m3，用于化学工业的占总消费量的5％左右(包括原料和燃料)，消费天然气量1 100亿m，。从长远发展来看，由于天然气的勘探开发前景看好，加之环境保护要求日益严格，天然气化工利用新技术新工艺不断出现并获得应用，国内外天然气的化工利用将会有新的突破。
1 我国天然气化工利用的现状和优势
1.1现状
我国天然气化工已有40年的历史，形成了——定的生产规模。主要领域是天然气制合成氨和甲醇。1999年我国以天然气为原料的合成氨生产能力达726万t，约占合成氨总生产能力的17.8％，比例较低。但在大型合成氨厂中，天然气为原料的比例则高达70％，全国共有15套30万t／a以天然气为原料的合成氨装置，生产技术水平达国际90年代初水平。我国现有天然气制甲醇生产能力85万t／a，有10套装置，占甲醇总生产能力的25％，大部分是近年来建成的10万t／a级新装置，生产技术属国际80年代后期水平。天然气在制传统有机化工产品如乙炔、炭黑、氢氰酸、氯甲烷等方面，虽都有生产装置，但规模小，生产能力有限。值得一提的是天然气制乙炔。我国在70年代初，利用四川丰富的天然气资源，建设了一套3.0万t／a以天然气制乙炔为龙头的维尼纶纤维工厂，于1983年竣工投产，乙炔的后续产品为聚乙烯醇5.o万t／a，醋酸乙烯10万l／s，VAE 2.0万t／a，甲醇及维尼纶短纤等产品10万t／a，是我国唯一的具有一定规模的天然气有机化工厂。但是，随着我国乙烯工业的迅速发展，天然气制乙炔及其衍生化学晶显然已落后，失去竞争能力，因而难以发展。
1.2 优势
1.2.1 资源较丰富
近些年来，我国天然气探明储量大大超过石油。全国常规天然气资源量达38.04万亿m3，其中陆上29.9万亿m3，占78.6％，海上8.14万亿m3，占21.4％。截至1998年底，全国累计探明天然气地质储量近2.0万亿m，，累计天然气可采储量达1.2万亿m3(相当10.7亿t油当量)。1998年天然气产量223.11亿m3，预计天然气产能2005年可达530亿m3，2010年可达800亿m3。另外，与我邻近的俄罗斯、中亚、中东、亚太四地区天然气资源丰富，是世界天然气的主要生产地和出口地，我国有可能部分利用这些地区的天然气资源。国内外可利用的天然气资源，为我国天然气化工发展提供了广阔的前景。
1.2.2 产品市场广阔
天然气的主要化工产品合成氨、甲醇、化肥以及甲醇衍生物，在国内都有广阔的市场空间和发展潜力。化肥是农业的基础，目前我国氮肥生产能力2 910万t，产量2 200万l，消费量2 360万t。据农业部门预测，2005年需氮肥2 700万t，2010年3 030万t。在淘汰部分无竞争力装置的情况下，“十五”期间氮肥至少缺口850万t生产能力。市场为以天然气为原料的大化肥厂改扩建和新建创造了条件。甲醇情况也类似。1999年我国甲醇生产能力328万t，产量124万t，开工宰40％，同年进口量达137万t，表观消费量261万t，自给率不足50％。主要原因是装置规模太小，而且原料路线以煤为主，有竞争力的有效生产能力严重不足。这为以天然气为原料大型甲醇厂的建设营造了空间。
1.2.3 已有一定的发展基础
经过40年的发展，我国天然气化工生产已形成一定的规模，对生产技术的掌握和工程技术装备的设计能力都已达相当的水平，这为天然气化工发展奠定了基础。一批70、80年代建设的以天然气为原料的大型合成氨厂，可利用现代化技术进行改造，在技术进步、扩大能力方面有较大的空间；一批以渣油为原料的合成氨厂，在有条件的地方，可通过油改气来提高竞争力；一批10万t级以气为原料的甲醇厂，也有进一步扩能改造的余地。总之，依托现有基础，充分利用国内外技术进步成果，挖潜改造，发展我国天然气化工是有优势的，潜力也是巨大的。
1.2.4 甲烷化学科技开发有一定进展
甲烷化学是指通过甲烷的化学反应来生产一系列化工产品的工艺过程，是以C1化学为中心面向21世纪的重要开发领域。国外在该领域的开发研究工作异常活跃，开发的产品系列范围广、技术起点高。国内作为天然气综合利用的重要课题，在“八五”期间就已列入国家重点攻关项目，有几十个单位在进行研究开发工作，领域涉及天然气制合成气新工艺、天然气合成液体燃料、天然气氧化偶联制乙烯、天然气一步法制甲醇或甲醛、天然气芳构制苯等。如中科院大连化物所、兰州化物所和成都有机化学研究所在天然气氧化偶联制乙烯方面研发工作已有相当深度。这些将为我国21世纪天然气化工的发展开辟良好前景。
2 几点思考
2.1我国天然气化工利用所占比例不可能有大的突破
我国天然气资源的特点，一是气源主要分布在中、西部。除东梅、渤海湾和海南莺歌海域有零星天然气矿外，气源主要集中在陕甘宁、新疆塔里木、青海准噶尔、柴达木盆地和四川等地。西部地区占全国总探明资源量的2／3左右。气源远离市场和工业发达地区。二是气矿较分散、丰度不足、埋藏较深、开采成本高，因而天然气价格与国外比偏高。目前俄罗斯天然气价O.4美元／MMBtu(折人民币0.1l元／m3)，沙特阿拉伯天然气价o.5美元／MMBtu(折人民币0.14元／m3)，美国工业用气3.0美元／MMBtu(折人民币O.84元／m3)，我国化肥用气，国家支持农业发展，指导价定位较低，为0.5元／m3左右(1.87美元／MMBtu)。其他用户，气价已放开，天然气企业自销价在3.2美元／MMBtu(0.9美元／m3)以上，西气东辅工程实施后，新疆到上海后的气价约在1.3—1.5元／m3，即4.87，5.6美元／MMBtu，比中东、俄罗斯天然气高出将近10倍，用它来做传统化工产品，成本难以有竞争力，因而我国天然气化工利用所占的比例不可能有大的突破。
2.2 天然气的主要用户是合成氨、尿素
如上所述，在新一代天然气化工产品生产技术未获重大突破之前，我国天然气化工的主要用户仍是作为农用化学品的合成氨、尿素。以天然气为原料生产合成氨、尿素，比之以煤和油为原料，具有比较优势。尤其是大型合成氨和甲醇厂，以天然气为原料工艺先进、合理，投资省，对环境影响小。目前小合成氨厂、小甲醇厂很多，原料又以煤为主，竞争力极差。为优化资源配置，提升技术结构和规模水平，“十五”期间天然气化工在这一领域有较大的发展空间。我国于70年代引进的30万t／a合成氨、52万t／a尿素装置，设计余量大，在采用现代新技术改造后，可以扩大能力50％左右。国外已有此类装置改造成功的经验，单吨尿素投资仅为新建装置的50％。在目前的尿素价格情况下，要保持改扩工程有—定效益，可接受的天然气价为0.9—1.0元／m3，远比新建大化肥装置可承受的天然气价位高。因此，在气源充足的地方着手现有30万t／a合成氨厂的改造，可达到推进技术进步，扩大能力，满足有效供给的目的。另外，从调整结构，提高企业集中度和增强化肥产品竞争力出发，适当新建以天然气为原料的30万-45万t／a合成氨一尿素新装置也可考虑。为提高企业的竞争力，宜在现有大化肥企业建设，这样不仅可达到节省投资、见效快的目的，更重要的意义在于能形成规模效应。新世纪化肥工业形成几个百万吨以上大型化肥生产基地(集团)，对抗衡国外的竞争是必要的。天然气还可以在对现有以油为原料化肥厂的改造中发挥作用。目前国际油价很不稳定，在动荡中不断攀升，以油为原料的厂全面亏损，相对而言气价稳定合理，以气代油工艺成熟可行，因此在有条件的地方，油改气可以发挥天然气资源的优势。
2.3 甲醇是天然气化工发展的潜在市场
天然气制甲醇工艺技术成熟，可以大规模组织生产。世界上最大的甲醇厂规模已达97.5万t／a。鉴于甲醇是基本有机原料，其衍生产品多，但自身价位较低，附加值不高。因此，一般地区建甲醇工厂，效益平平，风险较大，大规模甲醇工厂都建在有廉价天然气资源的地区，如中东、加拿大、墨西哥等，以低成本的商品甲醇，竞争国际市场。甲醇又是一种清洁的液体燃料，某些工业发达国家如日本，从环境保护角度出发，消费甲醇燃料也占一定的比例。甲醇最大的潜在市场在于进一步合成油，转化为烯烃或芳烃，作为石油化工基础原料的补充，如果这一领域技术能工业化，并与传统石油化工比有竞争力，甲醇生产能力可望有大幅度提高。
我国甲醇消费量，进入90年代以来有较大的增长，1990-1999年的年增长率为16％，1999年达260万t左右。但我国甲醇由于原料路线不合理而且生产规模小，故缺乏竞争力，难以进一步扩大甲醇下游产品的生产。天然气化工利用为甲醇及其衍生物的发展提供了机会。但是，建设大型甲醇工厂也有制约因素：一是天然气价格，直接影响甲醇竞争力；二是甲醇消费市场和气源产地的矛盾。目前我国甲醇市场主要在东部，消费领域分散，各占比例不大，主要用户仍是甲醛，约占35％，燃料仅占20％，国内消费甲醇的能力不大。因此，笔者认为，在现阶段，建设大规模商品甲醇基地还要慎重，在甲醇市场较为发达的华南、华东地区，利用海域相对便宜的天然气建设一套大型甲醇装置，顶替进口甲醇的市场份额，是可以考虑的。西部地区虽资源丰富，但甲醇市场还待培育，提供商品甲醇显然无竞争力。西部地区较现实的做法是把近期建成的几套10万t／a天然气甲醇装置，在稳产达标的基础上，扩能改造，提高竞争力，井逐步向甲醇下游衍生产品扩展，视市场、企业效益和新一代天然气技术开发情况作进一步的发展设想。
简而言之，甲醇是基本有机原料，也是新一代天然气化工产品和液体燃料的起始原料，有较好的发展前景，是潜在的天然气化工利用大户。
2.4 传统天然气化工产品基本已被石油化工替代
传统天然气化工产品炭黑、甲烷氯化物、氢氰酸、二硫化碳和乙炔等，是在石油化工时代到来之前天然气化工的主要产品。尤其是乙炔，在当时被称为有机化学的基础。但随着以乙烯为代表的石油化工的发展，乙炔的生产工艺及其衍生物与乙烯为代表的石油化工工艺及产品相比，显然落后而缺乏竞争力。理由很简单，主要是天然气生产乙炔的工艺过程，能耗物耗太高，每吨乙炔消耗天然气6 350 m3，氧气3 323 m3，不计水、电、蒸汽等公用工程的消耗，仅这两种原料费用就相当可观。假定6 350 m3，天然气中一半将以尾气方式回收制甲醇，则每吨乙炔耗天然气也近3 200 m3，折2.86t当量轻油，用此当量油量可生产0.94t即将近1 t乙烯，1 t乙烯可联产O.5t丙烯、O.16t丁二烯、0.3 t芳烃以及1.0 t左右的各类燃料油气产品。而乙炔却无任何烃类产品联产。显然，两者的资源利用价值相差甚远，效益差明显。再加上天然气制乙炔能耗高，电耗高达3 300kW·h／t，而乙烯耗电则不到100kW·h／t。天然气制乙炔国外早已停止发展。在我国乙烯已具相当规模的今天，一般情况下不宜再发展天然气制乙炔装置。
2.5 加速国内科研成果的产业化
当前，在天然气化工利用新技术的开发方面，主要集中研究天然气直接或间接转化生产液体燃料、烯烃、芳烃和含氧有机化合物四大类，目的是为新世纪全球能源和石油化工原料转换或补充作技术准备。目前，这些技术还处在研究开发阶段，少数进入工业化试验阶段。我们应积极跟踪世界天然气新技术开发动态，合理利用其成果，同时耍加大国内科研开发力度，有重点地突破较有希望的科研成果，转化为生产力。我国原油资源缺乏，油品和民用液化气紧缺，在开发天然气转化为液体燃料技术方面，天然气制合成气一步合成二甲醚技术应受到重视。二甲醚性质类似液化气，室温和常压下是气体，在压力下易冷凝成液体，易汽化，可以替代柴油和液化气作清洁燃料，其热值约7560 keal／kg，高于民用煤气，低于液化气。还可掺入煤气中调峰和提高热值。二甲醚用途广泛，作为液体燃料和烯烃原料有着巨大的潜在优势。我国煤炭资源丰富，天然气化工利用资源充足，可利用这一优势开发二甲醚及其下游产品。 二甲醚生产成本低，又是理想的氟氯烃气雾剂的替代品。目前，急需推动我国二甲醚合成技术工业化的进程，以此为突破口，推动天然气化工新工艺新技术的产业化。
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