天然氣與化工-2017ppt課件

1、化工與我們的生活,化工與我們的生活,食品添加劑,為加入到食品中的物質(zhì)，一般不單獨作為食品來食用； 包括人工合成的物質(zhì)和天然物質(zhì)； 目的是為改善食品品質(zhì)和色、香、味以及為防腐、保鮮和加工工藝的需要,食品添加劑 違法添加物,化工導論,藍興英 89731773化工樓D座205,4.1 天然氣的組成和特點 4.2 天然氣化工,第4章 天然氣與化工,4.1 天然氣的組成和特點,天然氣：埋藏在地下不同深度底層中的可燃氣體,4.1 天然氣的組成和特點,3000多年前，我國已發(fā)現(xiàn)、開采和利用天然氣； 易經(jīng)中有“上火下澤”、“澤中有火”等記載，說明可燃的天然氣在地表湖沼水面上逸出； 最早發(fā)現(xiàn)天然氣的地方：四川邛

2、崍“火井鎮(zhèn)”； 在漢代，人們統(tǒng)一將天然氣井稱為“火井,4.1 天然氣的組成和特點,1天然氣組成,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組分 可能含有硫化氫、二氧化碳、氮、氫氣等雜質(zhì),4.1 天然氣的組成和特點,氣田：天然氣單獨蘊藏，主要成分甲烷，有的甲烷含量高達99%以上。 油田氣或油田伴生氣：天然氣與石油共生，開采石油的同時產(chǎn)生的氣體。 煤層氣：與煤炭伴生，以吸附狀態(tài)儲存于煤層內(nèi)的非常規(guī)天然氣，主要成分甲烷,2天然氣資源的蘊藏形式,4.1 天然氣的組成和特點,天然氣水合物：存在于地球高緯度的凍土帶和深度不到 2000m的海底，儲量很大，但目前尚未得到利用,2天然氣資源的蘊

3、藏形式,4.1 天然氣的組成和特點,天然氣水合物：由天然氣與水在高壓低溫條件下形成的類冰狀的籠形結(jié)晶化合物，可直接被點燃，也稱可燃冰,2天然氣資源的蘊藏形式,4.1 天然氣的組成和特點,天然氣水合物：1立方米可燃冰可釋放出164立方米的天然氣，其能量密度是常規(guī)天然氣的25倍，煤的10倍,2天然氣資源的蘊藏形式,4.1 天然氣的組成和特點,頁巖氣：蘊藏在頁巖層，以吸附或游離狀態(tài)存在于泥巖、高碳泥巖、頁巖及粉砂質(zhì)巖類夾層中的天然氣,2天然氣資源的蘊藏形式,4.1 天然氣的組成和特點,2天然氣資源的蘊藏形式,天然氣資源分類示意圖,常規(guī)資源,需要新技術(shù),更高質(zhì)量的資源,新技術(shù)公關(guān)新方法的應用,非常規(guī)資

4、源,重油、油砂、頁巖油,煤層氣,致密氣,頁巖氣、盆地中心氣等,常規(guī)天然氣,易開發(fā)，但只占小部分,非常規(guī)天然氣,儲量大，但開發(fā)較困難,常規(guī) 天然氣,需要新技術(shù),非常規(guī)天然氣,天然氣水合物與其他更低品位天然氣資源,煤層氣、致密氣,盆地中心氣等,投資和開發(fā)成本逐漸增加,頁巖氣、水溶氣、無機氣,4.1 天然氣的組成和特點,2014年底，全球常規(guī)天然氣探明儲量約為187.1 萬億m3,3天然氣蘊藏量,世界常規(guī)天然氣資源量及各地區(qū)分布情況,4.1 天然氣的組成和特點,2014年底，全球常規(guī)天然氣探明儲量約為187.1 萬億m3,3天然氣蘊藏量,2014年天然氣探明儲量前10位的國家,4.1 天然氣的組成和

5、特點,2014年底，中國天然氣探明儲量為3.5 萬億m3，占世界資源量的1.87 % 2014年，天然氣產(chǎn)量為1345 億m3 ，位居世界第六,3天然氣蘊藏量,2014年天然氣產(chǎn)量前10位的國家,4.1 天然氣的組成和特點,天然氣資源集中于：四川盆地、陜甘寧盆地、塔里木盆地、柴達木盆地,4.1 天然氣的組成和特點,西氣東輸”工程,4.1 天然氣的組成和特點,燃料： 直接燃燒利用其熱量：民用燃氣具、工業(yè)鍋爐 燃氣輪機發(fā)電：大型熱能電廠 基于催化燃燒的燃料電池發(fā)電：新型高效能量利用 化工： 間接轉(zhuǎn)化利用 直接轉(zhuǎn)化利用,4天然氣利用方式,天然氣總消費量的30,天然氣總消費量 的70,甲烷是化學結(jié)構(gòu)最

6、穩(wěn)定的有機分子，甲烷能參與的反應較其他有機物少，天然氣的轉(zhuǎn)化比石油困難。 天然氣化工產(chǎn)品的成本遠高于石油化工產(chǎn)品,天然氣化工：以天然氣為原料生產(chǎn)化工產(chǎn)品的工業(yè),4.2 天然氣化工,蓋房子：天然氣化工 拆房子：石油化工,4.2 天然氣化工,甲烷先制成合成氣，然后進一步通過化學轉(zhuǎn)化合成系列產(chǎn)品 甲烷熱裂解先制乙炔和炭黑，然后通過乙炔合成其它化工品 通過氯化、硝化和硫化等制得各種衍生物 直接轉(zhuǎn)化利用,天然氣化工利用途徑,天然氣化工利用途徑,4.2 天然氣化工,合成氣,水蒸氣轉(zhuǎn)化,部分氧化,合成氨、尿素,甲醇及下游產(chǎn)品,汽油、柴油產(chǎn)品,其他C1產(chǎn)品,乙炔、炭黑,乙炔化工產(chǎn)品,熱裂解,天然氣,CH4,熱

7、裂化或氧化脫氫,氫氰酸,氨氧化,甲烷各種衍生物,乙烯、丙烯,順丁烯二酸酐、異丁烯,丙烯酸,C4氧化或異構(gòu)脫氫,C3氧化,氯化、硝化、硫化,天然氣化工利用途徑,4.2 天然氣化工,1天然氣制合成氣,水蒸氣重整制合成氣,CH4 + H2O CO + 3 H2,天然氣部分氧化制合成氣,CH4 + 0.5 O2 CO + 2 H2,放熱反應,強吸熱反應,4.2 天然氣化工,1天然氣制合成氣,水蒸氣重整制合成氣,已成熟地應用于工業(yè)化生產(chǎn)，是天然氣制備合成氣主要途徑,4.2 天然氣化工,1天然氣制合成氣,天然氣部分氧化制合成氣,反應器體積小、效率高、能耗低，可降低設(shè)備投資和生產(chǎn)成本,4.2 天然氣化工,1

8、天然氣制合成氣,天然氣化工的主要領(lǐng)域是天然氣制合成氨,合成氣制合成氨與尿素,4.2 天然氣化工,1天然氣制合成氣,該方法開創(chuàng)了廉價制甲醇的生產(chǎn)路線！ 關(guān)鍵所在：開發(fā)高活性、高選擇性、耐高溫的催化劑,合成氣制甲醇,4.2 天然氣化工,1天然氣制合成氣,合成氣制甲醇,4.2 天然氣化工,1天然氣制合成氣,合成氣制合成油,費托合成反應（F-T合成） 以合成氣為原料，在催化劑和適當反應條件下生成以石蠟烴為主的液體燃料的工藝過程,4.2 天然氣化工,1天然氣制合成氣,合成氣制合成油,費托合成反應（F-T合成） 1923 年由 FFischer 和 HTropsch 首次發(fā)現(xiàn)； 1936 年在魯爾化學公司

9、實現(xiàn)工業(yè)化； FT反應在合成油過程中的重要反應，近半個世紀來受到各國學者的廣泛重視； 改進催化劑，提高反應的選擇性，增加目的產(chǎn)物收率，一直是F-T合成研究的重點,4.2 天然氣化工,鐵、鈷、鎳和釕（沉淀鐵催化劑、熔鐵 型催化劑,Fe、Co、Fe-Mn等 與 ZSM-5分子篩混合組成的復合催化劑,首先：復合催化劑可以將F-T合成的寬餾分烴類由C1-C40縮小到 C1C11，抑制了C11以上的高分子量烴類的生成。 其次，復合催化劑還大幅度提高了汽油餾分 C5-C11 的比例，并且合成產(chǎn)物中基本上不含有含氧化合物,1天然氣制合成氣,合成氣制合成油,4.2 天然氣化工,2天然氣直接化學轉(zhuǎn)化,4.2 天

10、然氣化工,天然氣,合成氣,乙醇,甲醇,甲醛,芳香烴,萘,甲酸,碳二烴,碳纖維,醋酸,氫氰酸,汽油,甲烷直接合成甲醛,目前 單程收率只有 58,如何將單程收率提高到20%以上 ,CH4+O2 HCHO + H2O,2天然氣直接化學轉(zhuǎn)化,4.2 天然氣化工,甲烷直接氧化制甲醇,多種催化劑已被實驗，結(jié)果都不理想。 目前最好的結(jié)果仍是無催化劑的均相反應，俄羅斯一位學者進行了中試，得到 60%的選擇性 和 4% 的轉(zhuǎn)化率,2CH4+ O2 2CH3OH,2天然氣直接化學轉(zhuǎn)化,4.2 天然氣化工,甲烷氧化偶聯(lián)制碳二烴,目前 C2烴收率只有20,如何提高C2烴收率,新技術(shù)：等離子體技術(shù)、電場技術(shù)、激光促進催化、膜催化、生物方法（酶催化,CH4+O2 C2H4+2H2O 2CH4+ 0.5O2 C2H6+ H2O,2天然氣直接化學轉(zhuǎn)化,4.2 天然氣化工,甲烷芳構(gòu)化,近年來的新研究方向之一 ！ 大連化物實驗研