天然气与化工-2017

化工与我们的生活化工与我们的生活食品添加剂为加入到食品中的物质，一般不单独作为食品来食用；包括人工合成的物质和天然物质；目的是为改善食品品质和色、香、味以及为防腐、保鲜和加工工艺的需要食品添加剂≠违法添加物【化工导论】蓝兴英[e-mail]89731773化工楼D座2054.1天然气的组成和特点4.2天然气化工第4章天然气与化工4.1天然气的组成和特点天然气：埋藏在地下不同深度底层中的可燃气体。4.1天然气的组成和特点3000多年前，我国已发现、开采和利用天然气；《易经》中有“上火下泽”、“泽中有火”等记载，说明可燃的天然气在地表湖沼水面上逸出；最早发现天然气的地方：四川邛崃“火井镇”；在汉代，人们统一将天然气井称为“火井”。4.1天然气的组成和特点1．天然气组成主要成分甲烷不同量的乙烷、丙烷和丁烷少量的戊烷以上的重组分可能含有硫化氢、二氧化碳、氮、氢气等杂质4.1天然气的组成和特点①气田：天然气单独蕴藏，主要成分甲烷，有的甲烷含量高达99%以上。②油田气或油田伴生气：天然气与石油共生，开采石油的同时产生的气体。③煤层气：与煤炭伴生，以吸附状态储存于煤层内的非常规天然气，主要成分甲烷。2．天然气资源的蕴藏形式4.1天然气的组成和特点④天然气水合物：存在于地球高纬度的冻土带和深度不到2000m的海底，储量很大，但目前尚未得到利用。2．天然气资源的蕴藏形式4.1天然气的组成和特点④天然气水合物：由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的笼形结晶化合物，可直接被点燃，也称可燃冰。2．天然气资源的蕴藏形式4.1天然气的组成和特点④天然气水合物：1立方米可燃冰可释放出164立方米的天然气，其能量密度是常规天然气的2～5倍，煤的10倍。2．天然气资源的蕴藏形式4.1天然气的组成和特点⑤页岩气：蕴藏在页岩层，以吸附或游离状态存在于泥岩、高碳泥岩、页岩及粉砂质岩类夹层中的天然气。2．天然气资源的蕴藏形式4.1天然气的组成和特点2．天然气资源的蕴藏形式天然气资源分类示意图常规资源需要新技术非常规资源重油、油砂、页岩油、煤层气,致密气，页岩气、盆地中心气等常规天然气易开发，但只占小部分非常规天然气储量大，但开发较困难常规天然气需要新技术非常规天然气天然气水合物与其他更低品位天然气资源煤层气、致密气、盆地中心气等页岩气、水溶气、无机气4.1天然气的组成和特点2014年底，全球常规天然气探明储量约为187.1万亿m33．天然气蕴藏量地区资源量/×104亿立方米分布量/%地区资源量/×104亿立方米分布量/%北美洲12.16非洲14.28中南美洲7.74亚太地区15.38欧洲及欧亚大陆5831世界总计187.1100中东79.843世界常规天然气资源量及各地区分布情况4.1天然气的组成和特点2014年底，全球常规天然气探明储量约为187.1万亿m33．天然气蕴藏量序号国家储量/×104亿立方米序号国家储量/×104亿立方米1伊朗34.06沙特阿拉伯8.22俄罗斯32.67阿联酋6.13卡塔尔24.58委内瑞拉5.64土库曼斯坦17.59尼日利亚5.15美国9.810阿尔及利亚4.52014年天然气探明储量前10位的国家4.1天然气的组成和特点2014年底，中国天然气探明储量为3.5万亿m3，占世界资源量的1.87%2014年，天然气产量为1345亿m3，位居世界第六。3．天然气蕴藏量序号国家产量/亿立方米序号国家产量/亿立方米1美国72836中国13452俄罗斯57877挪威10883卡塔尔17728沙特阿拉伯10824伊朗17269阿尔及利亚8335加拿大162010印度尼西亚7342014年天然气产量前10位的国家4.1天然气的组成和特点天然气资源集中于：四川盆地、陕甘宁盆地、塔里木盆地、柴达木盆地4.1天然气的组成和特点“西气东输”工程4.1天然气的组成和特点燃料：直接燃烧利用其热量：民用燃气具、工业锅炉燃气轮机发电：大型热能电厂基于催化燃烧的燃料电池发电：新型高效能量利用化工：间接转化利用直接转化利用4．天然气利用方式天然气总消费量的30%天然气总消费量的70%甲烷是化学结构最稳定的有机分子，甲烷能参与的反应较其他有机物少，天然气的转化比石油困难。天然气化工产品的成本远高于石油化工产品。天然气化工：以天然气为原料生产化工产品的工业4.2天然气化工盖房子：天然气化工拆房子：石油化工4.2天然气化工①甲烷先制成合成气，然后进一步通过化学转化合成系列产品②甲烷热裂解先制乙炔和炭黑，然后通过乙炔合成其它化工品③通过氯化、硝化和硫化等制得各种衍生物④直接转化利用天然气化工利用途径：天然气化工利用途径：4.2天然气化工合成气水蒸气转化部分氧化合成氨、尿素甲醇及下游产品汽油、柴油产品其他C1产品乙炔、炭黑乙炔化工产品热裂解天然气(CH4)天然气(CH4)热裂化或氧化脱氢氢氰酸天然气(CH4)氨氧化甲烷各种衍生物天然气(C2~C4)乙烯、丙烯顺丁烯二酸酐、异丁烯丙烯酸C4氧化或异构脱氢C3氧化氯化、硝化、硫化天然气化工利用途径：4.2天然气化工1．天然气制合成气水蒸气重整制合成气CH4+H2O→CO+3H2天然气部分氧化制合成气CH4+0.5O2→CO+2H2——放热反应——强吸热反应4.2天然气化工1．天然气制合成气——水蒸气重整制合成气已成熟地应用于工业化生产，是天然气制备合成气主要途径。4.2天然气化工1．天然气制合成气——天然气部分氧化制合成气反应器体积小、效率高、能耗低，可降低设备投资和生产成本。4.2天然气化工1．天然气制合成气天然气化工的主要领域是天然气制合成氨！N23H22NH32NH3CO2NH2COONH4NH2COONH4(NH2)2CO(尿素）H2O——合成气制合成氨与尿素4.2天然气化工1．天然气制合成气该方法开创了廉价制甲醇的生产路线！关键所在：开发高活性、高选择性、耐高温的催化剂。CO2H2CH3OHCO23H2CH3OHH2O——合成气制甲醇4.2天然气化工1．天然气制合成气——合成气制甲醇4.2天然气化工1．天然气制合成气——合成气制合成油费托合成反应（F-T合成）以合成气为原料，在催化剂和适当反应条件下生成以石蜡烃为主的液体燃料的工艺过程。4.2天然气化工1．天然气制合成气——合成气制合成油费托合成反应（F-T合成）1923年由F．Fischer和H．Tropsch首次发现；1936年在鲁尔化学公司实现工业化；FT反应在合成油过程中的重要反应，近半个世纪来受到各国学者的广泛重视；改进催化剂，提高反应的选择性，增加目的产物收率，一直是F-T合成研究的重点。4.2天然气化工铁、钴、镍和钌（沉淀铁催化剂、熔铁型催化剂）复合催化剂F-T合成催化剂单一催化剂Fe、Co、Fe-Mn等与ZSM-5分子筛混合组成的复合催化剂首先：复合催化剂可以将F-T合成的宽馏分烃类由C1-C40缩小到C1～C11，抑制了C11以上的高分子量烃类的生成。其次，复合催化剂还大幅度提高了汽油馏分C5-C11的比例，并且合成产物中基本上不含有含氧化合物。1．天然气制合成气——合成气制合成油4.2天然气化工2．天然气直接化学转化4.2天然气化工天然气合成气乙醇甲醇甲醛芳香烃萘甲酸碳二烃碳纤维醋酸氢氰酸汽油甲烷直接合成甲醛目前单程收率只有5~8%！如何将单程收率提高到20%以上？CH4+O2→HCHO+H2O2．天然气直接化学转化4.2天然气化工甲烷直接氧化制甲醇多种催化剂已被实验，结果都不理想。目前最好的结果仍是无催化剂的均相反应，俄罗斯一位学者进行了中试，得到60%的选择性和4%的转化率。2CH4+O2→2CH3OH2．天然气直接化学转化4.2天然气化工甲烷氧化偶联制碳二烃目前C2烃收率只有20%！如何提高C2烃收率？新技术：等离子体技术、电场技术、激光促进催化、膜催化、生物方法（酶催化）CH4+O2→C2H4+2H2O2CH4+0.5O2→C2H6+H2O2．天然气直接化学转化4.2天然气化工甲烷芳构化近年来的新研究方向之一！大连化物实验研究显示，700℃时CH4转化率6.7%，收率5%，芳烃选择性近80%。这是很有希望的工业化路线，非常值得研究！2．天然气直接化学转化4.2天然气化工第4章小结4.1天然气的组成和特点4.2天然气化工小测验1、天然气主要由哪些组分组成？2、天然气资源的蕴藏形式有哪些？3、天然气的化工利用途径有什么？