发展 天然气-煤共气化工艺
加快 天然气化工利用步伐
□    尤向阳
    背景：据媒体报道，我国辽河化肥厂以天然气为原料的大型合成
氨装置合成气制气部分工艺改造工程已于2003年12月28日顺利投
产。此次改造工程核心是用换热式蒸汽转化炉与自热式转化炉并行改
造，换热式蒸汽转化炉所需反应热量通过与自热式转化炉的高温转化
工艺气进行热交换而获得。同时取消了原来通过燃烧天然气提供热量
的一段转化炉和辅助高压蒸汽锅炉以及二段转化炉，从而减少燃料天
然气用量，使每吨合成氨消耗天然气下降至1000m3以下。由于取消了
燃天然气辅助高压蒸汽锅炉，整个合成氨装置高压蒸汽平衡由增加的
1台单独燃煤锅炉来完成。虽然增加了煤炭用量，但由于换热式蒸汽
转化炉与自热式转化炉整体热效率大大高于原来一段转化炉和辅助高
压蒸汽锅炉以及二段转化炉系统，加上煤炭价格比天然气低，因此改
造后装置的经济效益有很大提高。此次工艺改造工程由美国KBR公司
提供专利和设计工艺包。
    我国西部开发标志性工程“西气东输”工程已经全线贯通，开始
向我国东部地区商业供气，但沿线各地化工用户很少，给我国天然气
化工的发展带来的不仅是机遇，也有挑战。挑战既有来自经济层面，
也有来自技术层面。本文试就辽河化肥厂进行的大型合成气装置制气
部分工艺改造工程，从技术进步角度评价其对提高我国天然气制合成
气工业技术水平和有利开拓我国天然气化工利用市场之积极意义。
    合成气制气部分改造工程意义重大
    1． 改造工程有利于提高我国天然气制合成气技术水平
    我国传统天然气化工产品主要以合成氨、甲醇为代表。以合成氨
为例，除了兰州石化公司化肥厂、宁夏石化公司第一化肥厂、新疆石
化公司第一化肥厂这3家迫于原料渣油供应价格高，资源少，而当地
天然气资源具有比较优势，都先后采用天然气部分空气氧化法制备合
成气外，其他以天然气为原料的大化肥企业都采用蒸汽转化法制合成
气。蒸汽转化法制合成气在制合成气时，吸热反应需要外供很多热量，
因此也造成热损失大；而且最后反应产物含有大量蒸汽，需要通过变
换或者冷凝分离。另外，该制气方法对合成其他产品，如合成油、二
甲醚和甲醇基本不适合，工艺所需转化炉对材质要求很高，设备投资
很大，种种原因造成天然气蒸汽转化法制合成气成本太高。
    目前国内有可能通过技术进步解决的方法基本有2种：一是将蒸
汽转化和部分空气氧化法结合起来，即用放热的部分空气氧化反应热
量提供吸热的蒸汽转化反应来达到自热平衡，辽河化肥厂装置就属于
这一类型；二是部分空气催化氧化法。目前国内具有自主知识产权的
该类工艺还处于试验开发阶段，要实现工业化，尚有距离。
    要抓牢“西气东输”工程给我国天然气化工发展带来的机遇，开
拓天然气化工利用市场，当前最迫切的是通过技术进步，其中尽早开
发新型低成本天然气制合成气工业生产方法是一个重要方面。天然气
主要成分是甲烷，性能非常稳定，按目前技术，可工业化生产的化工
产品相比石油化工和煤化工还较少，而且由于天然气价格相对比较高，
经济竞争力又差。依目前我国天然气化工技术水平，如果要在发展我
国天然气化工产品上有所作为，首先只能将天然气转化为合成气，然
后以此为原料进一步以间接(通过合成甲醇或二甲醚)或直接的方式制
备合成液体燃料(比如合成油)、或者合成乙烯、丙烯和丁二烯等低碳
烯烃，或者合成低碳混合醇、乙醛、乙酸、乙酸乙酯、芳烃等产品。
所以以最低的经济成本，将天然气转化为合成原料气其意义显的非常
重要，也在一定程度上左右着我国天然气化工的发展进程。
    从另外一个角度看，当前我国能源形势较为严峻， 2003年净进
口石油达到创记录的9779万t，已经成为世界石油进口大国；同时迫
于环境保护需要，我国又不能无限量增加煤炭使用数量，因此发展替
代清洁能源尤其重要，而合成油、甲醇和二甲醚是比较好的替代清洁
能源选择，而它们都是通过合成气来制造，因此实现以最低的经济成
本，将天然气转化为合成气的重要性是不言而喻的。
    目前，国外在天然气制合成气方面的技术研究方向主要有：①将
蒸汽转化和部分空气氧化法结合起来，即用放热的部分空气氧化反应
热量提供吸热的蒸汽转化反应来达到自热平衡；②以天然气-蒸汽-氧-
催化剂组成一个流化床采制备合成气；③以天然气-CO2-氧-催化剂组
成一个固定床来制备合成气。这3种工艺技术代表了未来天然气制备
合成气发展方向。
    2． 改造工程有利于提高我国化工行业对“西气东输”天然气价
的承受能力
    如前所述，我国天然气价格定价相比同热值的石油和煤炭价格高。
主要原因归结为：目前我国天然气还是一种新能源，相比煤炭和石油
开发较晚，加上国家和投资者在开发西气资源方面投入很大，为了保
护投资者的利益，天然气的定价按同热值比确实高于煤炭和石油。也
因为天然气的定价比较高，所以将天然气作为化工原料和燃料，在经
济上将无法同煤炭和石油竞争。在此笔者呼吁国家要继续加大天然气
定价体制改革力度，给化工用户更优惠的气价。同时也要动员全国的
科技力量，加大在天然气化工领域的技术投入，尤其是开发新型低成
本天然气制合成气工业生产方法。现在我国已经有辽河化肥厂在朝着
这个目标迈出了坚实的步伐，希望能以此为起点，带动全行业技术进
步和发展。
    着眼市场，结合国情，重视合成气技术开发
    鉴于我国经济高速发展，能源供应已经出现相对紧缺状。从保证
我国能源安全和环境安全双重角度出发，尤其在当前较高的石油价格
下，加紧开发我国天然气利用，将天然气转化为二甲醚或者合成汽车
燃料油等终端能源已经成为我国可持续发展道路上的一项战略选择。
    我国煤炭资源相对比较丰富，也是我国主要能源来源，而天然气
工业随着国家西气东输工程的实施还刚刚起步。依据我国国情，在可
预见的未来天然气价格不太可能降低很多，因此我们在重视天然气低
成本制合成气技术开发时，也要重视用煤低成本制合成气技术的开发，
毕竟我国煤的价格相比天然气低，而且用煤制合成气技术相比天然气
更成熟。现在气流床、流化床和移动床工艺的煤制合成气技术在我国
都有国产化示范装置，今后我国这方面的技术发展会朝着环保型生产
和大规模生产方向前进。另外也需要特别关心天然气-煤共气化工艺路
线，它非常适合我国可持续发展战略。通过天然气-煤共气化工艺路线，
可以生产出H2/CO比例在1.0～2.0之间调节的合成气。该工艺优点在
于：①可以克服单纯用天然气蒸汽转化只能制高H2/CO比例合成气(当
然这对生产合成氨是必须的，但用作生产合成油、甲醇和二甲醚则并
不适合)，从而方便各种以合成气为原料的下游化工产品的生产；②原
料适应性很广，操作弹性大，共气化过程可以处理煤、天然气(包括煤
层气)、焦炉煤气、重渣油等原料，可以根据原料的供应和价格波动情
况灵活调整，对天然气价格的承受能力较强；③是一种清洁生产工艺，
生产合成气不含焦油等杂质；④对有些工厂，可利用原有设备，降低
投资成本。总之天然气-煤共气化工艺，是一种适合于我国资源特点的
合成气制备工艺技术，既可克服煤气化污染重、流程长、投资大等缺
点，又可解决天然气制合成气原料成本高的问题，相信不久将来，这
样的工厂会在我国出现。