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(dú)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(dǎo)論,藍(lán)興英 89731773化工樓D座205,4.1 天然氣的組成和特點(diǎn) 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(diǎn),天然氣：埋藏在地下不同深度底層中的可燃?xì)怏w,4.1 天然氣的組成和特點(diǎn),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(diǎn),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(diǎn),氣田：天然氣單獨(dú)蘊(yùn)藏，主要成分甲烷，有的甲烷含量高達(dá)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(shí)產(chǎn)生的氣體。 煤層氣：與煤炭伴生，以吸附狀態(tài)儲(chǔ)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(yùn)藏形式,4.1 天然氣的組成和特點(diǎn),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(chǔ)量很大，但目前尚未得到利用,2天然氣資源的蘊(yùn)

3、藏形式,4.1 天然氣的組成和特點(diǎn),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(diǎn)燃，也稱可燃冰,2天然氣資源的蘊(yùn)藏形式,4.1 天然氣的組成和特點(diǎn),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(yùn)藏形式,4.1 天然氣的組成和特點(diǎn),頁巖氣：蘊(yùn)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(yùn)藏形式,4.1 天然氣的組成和特點(diǎn),2天然氣資源的蘊(yùn)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(yīng)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(chǔ)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(jī)氣,4.1 天然氣的組成和特點(diǎn),2014年底，全球常規(guī)天然氣探明儲(chǔ)量約為187.1 萬億m3,3天然氣蘊(yùn)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(diǎn),2014年底，全球常規(guī)天然氣探明儲(chǔ)量約為187.1 萬億m3,3天然氣蘊(yùn)藏量,2014年天然氣探明儲(chǔ)量前10位的國家,4.1 天然氣的組成和

5、特點(diǎn),2014年底，中國天然氣探明儲(chǔ)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(yùn)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(diǎn),天然氣資源集中于：四川盆地、陜甘寧盆地、塔里木盆地、柴達(dá)木盆地,4.1 天然氣的組成和特點(diǎn),西氣東輸”工程,4.1 天然氣的組成和特點(diǎn),燃料： 直接燃燒利用其熱量：民用燃?xì)饩?、工業(yè)鍋爐 燃?xì)廨啓C(jī)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(fèi)量的30,天然氣總消費(fèi)量 的70,甲烷是化學(xué)結(jié)構(gòu)最

6、穩(wěn)定的有機(jī)分子，甲烷能參與的反應(yīng)較其他有機(jī)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(yuǎn)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(jìn)一步通過化學(xué)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(yīng),強(qiáng)吸熱反應(yīng),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(yīng)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(yīng)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(jià)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(fèi)托合成反應(yīng)（F-T合成） 以合成氣為原料，在催化劑和適當(dāng)反應(yīng)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(fèi)托合成反應(yīng)（F-T合成） 1923 年由 FFischer 和 HTropsch 首次發(fā)現(xiàn)； 1936 年在魯爾化學(xué)公司

9、實(shí)現(xiàn)工業(yè)化； FT反應(yīng)在合成油過程中的重要反應(yīng)，近半個(gè)世紀(jì)來受到各國學(xué)者的廣泛重視； 改進(jìn)催化劑，提高反應(yīng)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(diǎn),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(fù)合催化劑,首先：復(fù)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(fù)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(xué)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(xué)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(shí)驗(yàn)，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(yīng)，俄羅斯一位學(xué)者進(jìn)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(xué)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(chǎng)技術(shù)、激光促進(jìn)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(xué)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(shí)驗(yàn)研