【文章內(nèi)容簡介】 現(xiàn) ， 在甲醇裝置中兩段轉(zhuǎn)化的一段爐所需熱量與離開二段爐工藝氣所攜帶熱量相差不多 ， 利用來自二段自熱式轉(zhuǎn)化爐的熱量替代向管式 蒸汽 轉(zhuǎn)化爐供熱的直接燃燒方式 ， 既可較好地利用熱能 ， 又能節(jié)省投資。換熱型轉(zhuǎn)化工藝以 ICI 和凱洛格公司的兩種流程最具代表性。 ① 轉(zhuǎn)化交換器系統(tǒng) 。 該系統(tǒng)構(gòu)想是基于凱洛格開式管式 轉(zhuǎn)化交換器在單元設(shè)備的冷端設(shè)一管板 ， 物料進(jìn)入單元設(shè)備的頂部 ， 向下軸向 通過填有催化劑的管內(nèi) ， 從管內(nèi)出來與從自熱式轉(zhuǎn)化爐來的氣體混合 ， 混合后的物流作為殼層的加熱介質(zhì)向上通過單元設(shè)備的殼層。 本工藝最大的優(yōu)點(diǎn)是操作彈性 ， 大容易調(diào)節(jié)合成氣的氣質(zhì) ， 減少了占地面積以及 NOx的排放量和對環(huán)境的破壞 ， 從而大大減輕了操作強(qiáng)度和維修強(qiáng)度 。 ② 換熱型 LCA流程 。 在 ICI的換熱型 LCA流程中 ， 天然氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)所需熱量由二段高溫轉(zhuǎn)化氣提供。此流程的關(guān)鍵設(shè)備是一個(gè)熱交換器 ， 在管內(nèi)裝有轉(zhuǎn)化催化劑 ， 管外為二段爐來的高溫工藝氣。 榆林學(xué)院畢業(yè)論文 6 工藝特點(diǎn) [6]是投資省 ， 熱利用率高 ， 一段轉(zhuǎn)化爐的溫度較低 ， 占地面積小。因降低了直接用于加熱用的燃料氣 ， 其節(jié)能效果十分明顯?？傊?， 天然氣轉(zhuǎn)化工藝作為制造合成氣的核心工藝是制造多種基礎(chǔ)化學(xué)品 如 氨、甲醇等的基礎(chǔ) ， 因而受到各研究機(jī)構(gòu)的高度重視 ， 也是一個(gè)非?；钴S的研究領(lǐng)域。 ICI 低壓甲醇合成流程由 H CO、 CO2及少量 CH4組成的合成氣經(jīng)過變換反應(yīng)以調(diào)節(jié) CO/CO2比例，然后用離心壓縮機(jī)升壓到 5Mpa，送入溫度為 270℃ 冷激式反應(yīng)器，反應(yīng)后的氣體進(jìn)行冷卻分離出甲醇；未反應(yīng)的氣體經(jīng)壓縮升壓與新鮮原料 氣混合再次進(jìn)入反應(yīng)器，反應(yīng)中所積累的甲烷返回轉(zhuǎn)化爐制取合成氣。低壓操作意味著出口氣體中甲醇濃度低，因而合成氣的循環(huán)量增加。但是，要提高系統(tǒng)壓力，設(shè)備的壓力等級也得相應(yīng)提高，這樣將會造成設(shè)備投資加大和壓縮機(jī)的功率提高。熱穩(wěn)定性和溫度分布是反應(yīng)器設(shè)計(jì)的兩個(gè)至關(guān)重要的參數(shù)，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該使反應(yīng)氣體分布盡可能均勻，以防止催化劑床層局部過熱，導(dǎo)致催化劑燒結(jié)失活。低壓工藝生產(chǎn)的甲醇中含有少量水、二甲醚、乙醚、丙酮、高碳醇等雜質(zhì)，需蒸餾分離才能得到精甲醇。 及 碳酸二甲脂 (DMC) 我國生 產(chǎn)甲醇的企業(yè)很多。但 甲醇生產(chǎn)裝置技術(shù)水平差異較大。部分新建的較大規(guī)模的裝置具有國外 80 年代末、 90年代初的水平。 多數(shù)企業(yè)規(guī)模較小 ， 低產(chǎn)出高耗能 ，在 55～ ， 生產(chǎn)成本則普遍較高，大多在 10001300/元，有些甚至高達(dá)1400 元 /t 元。 導(dǎo)致企業(yè)無法承受，急待降低成本，否則在經(jīng)濟(jì)全球化的今天，一些老甲醇企業(yè)將會倒閉 。針對國內(nèi)天然氣制甲醇生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)際情況 ， 較大地降低生產(chǎn)能耗 ，將甲醇平均生產(chǎn)能耗降至 28GJ/t 的水平 ， 是目前的重點(diǎn)研究課題。一些研究機(jī)構(gòu)現(xiàn)已開始進(jìn)行研究和攻關(guān)。 國內(nèi)碳酸二 甲脂的合成方法主要有甲醇氧化羰基化法 、光氣法 和酯交換法。 甲醇氧化羰基化法國內(nèi)技術(shù)差距較大； 光氣法所用的原料光氣有劇毒 ， 且 DMC 產(chǎn)品質(zhì)量較差 。短期內(nèi)將被淘汰 ； 酯交換法以 CO2為原料 ， 實(shí)現(xiàn)對 CO2的循環(huán)利用。 中科院山西煤化所開發(fā)的反應(yīng)分離一體制 DMC的酯交換法生產(chǎn)工藝 ， 采用一種新型反應(yīng)器 ， 在該反應(yīng)器中集環(huán)加成和酯交換兩步反應(yīng)于一體 ， 同時(shí)實(shí)現(xiàn) DMC 與甲醇的直接分離。目前已完成室內(nèi)試驗(yàn) ， 實(shí)現(xiàn)工業(yè)化還需要在催化劑與反應(yīng)器匹配、反應(yīng)器優(yōu)化、反應(yīng)工藝過程優(yōu)化等方面做大量工作。 （ 1）世界 甲醇市場的供求現(xiàn)狀。 2021 年世界甲醇生產(chǎn)能力達(dá)到 104t/ a ，需求量為 104t/d ， 開工率為 %。在 2021 年生產(chǎn)能力為 4294 104t/a ， 需求量達(dá)到 3481 104t， 開工率為 81%。預(yù)計(jì)到明年年全世界還約有 2250 104t 的甲醇裝置將投產(chǎn) ， 到那時(shí)全世界甲醇生產(chǎn)能力將達(dá)到 5299 104t， 需求量達(dá) 4564 104t/a， 開天然氣利用技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展 7 工率為 86%才能保持供需平衡。從世界甲醇的消費(fèi)結(jié)構(gòu)和預(yù)測來看 ， 今后甲醇的消費(fèi)結(jié)構(gòu)與目前基本相似 ： 甲醛仍居第一位 ， 約 35%～ 36%： 其次 為 MTBE， 約占 27%； 再次為醋酸約占 7%～ 9%。 目前從總體來講 ， 世界甲醇的供需基本平衡 ， 但不同地區(qū)情況各異。根據(jù)目前現(xiàn)狀和今后的預(yù)測 ， 加拿大、拉丁美州、東歐、中東、非洲、大洋洲這些國家和地區(qū)生產(chǎn)的甲醇供大于求 ， 是世界主要的出口國或地區(qū) ； 而美國、西歐、亞洲這些國家和地區(qū)生產(chǎn)的甲醇供不應(yīng)求 ， 是主要進(jìn)口國或地區(qū)。 （ 2）我國甲醇市場的供求現(xiàn)狀。 2021 年我國甲醇的產(chǎn)量為 104t， 凈進(jìn)口為 136 104t， 表觀消費(fèi) 104t。近幾年來我國甲醇裝置開工率分別為 [29]： 2021～2021 年開工率 %～ %， 2021～ 2021 年開工率 55%～ %。由于國內(nèi)大多數(shù)甲醇裝置生產(chǎn)的甲醇無法與國外的甲醇產(chǎn)品相比 ， 特別是與以天然氣為原料、規(guī)模大的甲醇裝置生產(chǎn)的甲醇相競爭 ， 因此 ， 雖然國內(nèi)甲醇的生產(chǎn)能力從表面上看已能滿足市場的需求 ， 但因甲醇生產(chǎn)成本 高 等原因 ， 我國甲醇依賴進(jìn)口的局面還會持續(xù)相當(dāng)長的一段時(shí)間。 下面是我 國現(xiàn)有市場對甲醇的需求數(shù)據(jù) ， 2021 年約為 360 104t。 2021～ 2021 年年均增長率按 45%～ 6%計(jì)算 ， 2021 年的需求量約為 435 104～ 480 104t。根據(jù)甲醇的 供需情況 ， 2021～ 2021 年間把一部分小甲醇裝置被淘汰 ， 在這期間我國甲醇約為 30 104～150 104t/a 的缺口。 榆林學(xué)院畢業(yè)論文 8 2 天然氣發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展 全世界的用電需求和發(fā)電量持續(xù)增長，從 1990 年到 2021 年，發(fā)電量的年均增長率為 %。根據(jù)美國能源信息署的預(yù)測，世界電力需求將從 2021 年的 13290TWh 增加到2025 年的 23072TWh，年均增長率為 %，其中發(fā)展中國家的年均增長率為 %。天然氣發(fā)電從九十年代初至今迅速增加， 1970 至 2021 年間，全世界天然氣發(fā) 電量的年均增長率為 %。天然氣發(fā)電在總發(fā)電量中所占份額從 1973 年的 %增加到了 2021 年的%。預(yù)計(jì)未來 20年天然氣發(fā)電將繼續(xù)增加，美國能源信息署預(yù)測， 2025 年世界天然氣發(fā)電量將比 2021 年增加一倍，發(fā)電用天然氣的年均增長率為 %（表 ）。國際能源署（ IEA）預(yù)測世界天然氣消費(fèi)將從 2021 年的 萬億立方米增加到 2030 年的 萬億立方米，發(fā)電用氣在天然氣消費(fèi)增加量中占到 59%，發(fā)電用氣的年均增長率是 %。 表 世界發(fā)電能源預(yù)測（單位： 1015Btu） 年份 2021 2021 2021 2020 2025 年 均增 長率（ 2021—2025， %） 燃煤發(fā)電 天然氣發(fā)電 核電 燃油發(fā)電 可再生能源發(fā)電 總計(jì) 在 2021 年世界主要國家的天然氣市場中，美國電力生產(chǎn)總量 37195 億 kWh，其中天然氣發(fā)電量為 6130 億 kWh，占 %；天然氣總消費(fèi)量為 億立方米，其中發(fā)電用天然氣占 %。 電力工業(yè)是俄羅斯最大的天然氣用戶，其天然氣消費(fèi)量約占全國總消費(fèi)量的 40%；發(fā)電燃料結(jié)構(gòu)中，天然氣的比例占 60%以上。在其他天然氣發(fā)電國家中，天然氣發(fā)電量占電力生產(chǎn)總量的比例差異相當(dāng)大，這與其國內(nèi)資源和能源政策有關(guān)。例如土庫曼斯坦、卡塔爾和馬來西亞等國，天然氣產(chǎn)量相當(dāng)高，而煤炭和水力資源很少，天然氣發(fā)電占電力生 產(chǎn)總量的 70%以上；阿根廷和荷蘭等國，盡管天然氣產(chǎn)量高，但國內(nèi)還有其他發(fā)電能源，天然氣發(fā)電量的比例在 40%～ 60%；天然氣發(fā)電量為電力生產(chǎn)總量 20%～ 40%的典型國家有英國、日本和意大利等；韓國和匈牙利等國上述比例為 10%～ 20%。 隨著世界天然氣探明儲量和開采量的增加、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電技術(shù)的進(jìn)步以及減排二氧化碳的要求，發(fā)電用天然氣消費(fèi)將持續(xù)增加。預(yù)計(jì)到 2021 年，世界發(fā)電裝機(jī)容量將從1995 年 億千瓦上升到 2021年 億千瓦，其中天然氣發(fā)電將增加約 億千瓦，達(dá) 億千瓦，占新增發(fā)電能 力的 50%，總發(fā)電能力將接近煤電水平 ( 億千瓦 )。天然氣發(fā)電正成為未來發(fā)電的首選燃料。 天然氣利用技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展 9 天然氣發(fā)電迅速增加的主要原因是天然氣探明儲量的增加，燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)的發(fā)展和環(huán)境保護(hù)壓力的增強(qiáng)等。上世紀(jì)九十年代以來世界范圍的電力市場自由化改革為燃?xì)獍l(fā)電提供了發(fā)展的機(jī)會，較小規(guī)模的獨(dú)立發(fā)電商進(jìn)入市場，而燃?xì)怆姀S以其投資小，建設(shè)期短，效率高等特點(diǎn)成為獨(dú)立發(fā)電商首選的電廠類型。 世界各國天然氣工業(yè)、電力工業(yè)和天然氣發(fā)電都處在變化之中，天然氣需求迅速增加，而且需求增加主要由天然氣發(fā)電所驅(qū)動(dòng)；需求的增加使得國際天然氣市場成為 賣方市場，同時(shí)，受石油價(jià)格影響，天然氣價(jià)格上漲，波動(dòng)加劇，而電力市場化改革使電力價(jià)格下降，電力價(jià)格波動(dòng)加劇。所以，盡管普遍預(yù)測天然氣發(fā)電將繼續(xù)增加，但是這一預(yù)測有著不確定性，其影響因素主要有： ① 較高的天然氣價(jià)格及其波動(dòng)，與其他發(fā)電能源尤其是煤炭的競爭； ② 二氧化碳交易價(jià)格。 2021 年 1 月歐盟排放貿(mào)易方案開始生效，隨之而來的是具體實(shí)施中的不確定性，如排放量的分配，二氧化碳交易價(jià)格等； ③ 未來核電的地位； ④ 天然氣依賴進(jìn)口帶來的風(fēng)險(xiǎn)等，這些因素使天然氣發(fā)電的投資風(fēng)險(xiǎn)加大。但是，受環(huán)保因素、資源因素、核電退役因素等多方 面制約，很多國家，尤其是歐洲發(fā)達(dá)國家，除了天然氣發(fā)電以外沒有更多可行的選擇。從另一方面來說，在市場化條件下，價(jià)格波動(dòng)是必然的，價(jià)格漲跌服從長期供求關(guān)系，在天然氣資源量滿足的情況下，價(jià)格上漲使供應(yīng)增加，需求減少，需求轉(zhuǎn)向替代能源如煤炭，在市場機(jī)制作用下價(jià)格又會有所下降。價(jià)格的上漲和波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)也可以通過金融手段來規(guī)避。所以，對未來天然氣發(fā)電的基本判斷是，在發(fā)電能源結(jié)構(gòu)中，天然氣發(fā)電會繼續(xù)增加，但是增加的速度會減緩，投資者面臨的風(fēng)險(xiǎn)較大。 發(fā)電 現(xiàn)狀 1978 年以來，我國發(fā)電能源以每年新增 1000 萬千 瓦裝機(jī)容量的速度發(fā)展。 1999 年底，全國裝機(jī)容量近 3 億千瓦，其中火力發(fā)電裝機(jī)容量為 億千瓦，水力發(fā)電裝機(jī)容量為 億千瓦，核電裝機(jī)容量為 億千瓦。 2021 年底達(dá)到 億千瓦，預(yù)計(jì)2021 年達(dá)到 億千瓦， 2020 年達(dá)到 億千瓦。 目前在我國電力結(jié)構(gòu)中，火力發(fā)電占 %，水力發(fā)電占 %，核能發(fā)電占 %，還有少量是利用風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮芎秃Ｑ竽艿刃履茉醇翱稍偕茉窗l(fā)電。而在天然氣發(fā)電方面，天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電在中國的發(fā)展還處于發(fā)展階段。在此以前，天然氣發(fā)電主要應(yīng) 用在緊靠天然氣源頭的地區(qū)以及依靠進(jìn)口液化天然氣 LNG補(bǔ)充自身能源匱乏的廣東、福建地區(qū)，發(fā)電容量小，投資規(guī)模不大，而且也沒有形成一定的商業(yè)運(yùn)做模式。直到 2021 年前后，隨著國家西部大開發(fā)戰(zhàn)略和西氣東輸工程的實(shí)施，天然氣發(fā)電被提上議事日程。根據(jù)國家計(jì)委的規(guī)劃，西氣東輸 120 億 m3中有 40%用于發(fā)電。按照每 m3天然氣發(fā)電 5kWh 計(jì)算，每年 48 億 m3天然氣的發(fā)電量達(dá)到 240億 kWh 。需要沿線配套大規(guī)模天然氣發(fā)電廠以保證能消化掉西氣東輸?shù)奶烊粴?。又由?2021 年全國范圍的電力短缺，以及天然氣發(fā)電項(xiàng)目本身相對與傳統(tǒng) 火力發(fā)電的環(huán)保優(yōu)勢和投資優(yōu)勢，天然氣發(fā)電項(xiàng)目極受各地電力公司的歡迎。僅在 2021～ 2021 年立項(xiàng)建設(shè)的天然氣電站就達(dá)29家之多，他們基本上集中在西氣東輸管線路經(jīng)的各地區(qū)，如上海市、河南、浙江和江榆林學(xué)院畢業(yè)論文 10 蘇省等。這些天然氣電站將消耗西氣東輸工程 40～ 60%左右的天然氣量。此外還有部分天然氣電站立項(xiàng)建設(shè)，以繼續(xù)利用進(jìn)口液化天然氣，它們主要分布在廣東和福建省等地。這些利用天然氣潔凈能源發(fā)電的電站基本在 2021 年前后投入并網(wǎng)發(fā)電。但是由于天然氣發(fā)電在運(yùn)營方式、投資規(guī)模、成本結(jié)構(gòu)以及投資利潤相對于各個(gè)因素的敏感程度與傳統(tǒng)的發(fā) 電模式有很大差別，天然氣發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性特征也差別很大。在天然氣發(fā)電的市場需求風(fēng)險(xiǎn)、政策風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)也都顯示出極大的獨(dú)特性。 2021 年發(fā)電用天然氣消費(fèi)量約為 20 億立方米，其他燃?xì)廨啓C(jī)以輕油等為燃料且主要用于調(diào)峰。從 2021 年到 2021年期間計(jì)劃建設(shè)新裝機(jī)容量的 10%將是燃?xì)獍l(fā)電，新建能力高達(dá) 800 萬千瓦。 到 2021年，全國新增燃?xì)廨啓C(jī)裝機(jī)容量 2700 萬千瓦，發(fā)電用天然氣消費(fèi)量將成倍增長。在 2021年，天然氣用于發(fā)電的比例為 14％，僅占全國發(fā)電量的 ％，預(yù)計(jì) 2021 年為 ％，2020 年 ％， 2030年 ％ 。 相應(yīng)地，天然氣發(fā)電量將從 2021 年的 28 億千瓦時(shí)增至2020 年的 2850 億千瓦時(shí)，增幅超過 100 倍。中國的能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、增加清潔能源比例的戰(zhàn)略，以及關(guān)閉小型燃煤電廠的措施，將會給天然氣應(yīng)用帶來較大機(jī)遇。按十五規(guī)劃，西氣東輸天然氣的 60%、廣東進(jìn)口液化天然氣的 40%將用于天然氣發(fā)電。 圖 天然氣電站裝機(jī)容量預(yù)測 [16] 圖 天然氣電站發(fā)電量 [16] 中國天然氣發(fā)展正處于初期階段，天然氣發(fā)電對大型管道天然氣項(xiàng)目和 LNG 項(xiàng)目有著重要的支撐作用。中國廣東的 LNG 項(xiàng)目其發(fā)電