06天然气与煤

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1、第6章天然气化工与煤化工6.1天然气与煤6.2天然气化工6.3煤的化工利用6.4煤化工发展方向6.5温室气体的化学利用天然气天然气（naturalgas）主要成分:甲烷，尚含有不同量的乙烷、丙烷和丁烷以及少量的戊烷以上的重组分，此外还可能含有硫化氢、二氧化碳、氮、氢气等杂质。干气和湿气:一般在天然气中的C5以上重质烃含量低于0.00135%时称为干气，而高于此值则被称为湿气。6.1天然气与煤天然气资源的蕴藏形式气田：天然气单独蕴藏，主要成分是甲烷，有的甲烷含量高达99%以上。油田气中C5以上烷烃能以“气体汽

2、油”形式分离出来，称为凝析油。油田气或油田伴生气：天然气与石油共生.多为湿气.其中丙烷、丁烷能以“液化气体”的形式分离出来，称“液化石油气”（LPG）。天然气资源的蕴藏形式煤层气:又称瓦斯气或煤层甲烷，是非常规天然气的一种重要类型.其储量很大。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,由CH4与H2O组成的具有确定晶体结构的笼形化合物，估计储量很大，但目前尚未得到利用。我国天然气蕴藏量1996年探明天然气总储量为16697亿m3，居世界第16位；1996年天然气产量为196.7亿m3

3、，名列世界第21位；中国天然气的勘探和开发正逐步受到重视，预计今后20年内中国天然气的开发将进入高速增长期，2020年产量将达到1200亿m3，2050年的产量有可能达到1600亿m3左右。煤资源与组成煤（coal）是蕴藏在地下的固态有机可燃矿物经过复杂的生物化学、物理化学和地球化学作用，经过漫长地质年代的天然煤化作用而生成的。煤类型划分:腐殖煤、腐殖腐泥煤和腐泥煤。腐殖煤可分为褐煤、烟煤和无烟煤，是近代煤综和利用和化学加工的主要煤种。煤资源世界煤的资源十分丰富，占世界可燃矿物资源的第一位约为15万亿吨。中

4、国在西汉时期（公元前206年至公元25年）人们已开始地下采煤，并用于冶铁。中国煤炭资源主要集中在晋、陕、内蒙及新疆地区。1995年末世界煤炭资源可采储量为10316亿吨，其中中国为1145亿吨，占世界总储量的11.1%，居世界第三位。煤的元素组成煤一般由有机物质和矿物质所组成，有机质是煤中的主要成分。煤中有机质主要由五种元素组成，以碳、氢、氧为主，总和占煤中有机质的95%以上，其次是氮和硫。6.3天然气化工天然气和煤均是重要的能源。在中国现今能源资源结构中，煤炭占到73.4%，水力占22.2%，石油和天然气

5、仅为4.4%.由于中国是以煤为主的能源结构，造成较严重的环境污染和较低的能源利用效率。天然气目前的最大用途是用作工业加热燃料和家用燃料。由于天然气的热值高、污染少，是一种清洁能源，因此在能源结构中的比例逐年提高。天然气化工的主要领域是天然气制合成氨和甲醇。甲烷经合成气的化学转化与系列产品水蒸气重整制合成气(传统)CH4+H2O→CO+3H2（ΔH=227KJ/mol）强吸热反应反应温度900oC，反应炉处要燃烧一定量的天然气，同时，反应过程必须使用过量的水以阻止催化剂失活。天然气直接部分氧化制合成气:CH4

6、+1/2O2→CO+2H2（ΔH=－35.5KJ/mol）放热反应与传统的水蒸气重整法相比，该过程反应器体积小、效率高、能耗低，可显著降低设备投资和生产成本。由合成气生成甲醇的反应式如下：天然气经合成气（CO+H2）制甲醇，国内外正致力于开发具有低活性温度、高活性、高选择性、无过热问题的新型催化剂体系。甲醇用途极广，以它为基本原料，可合成汽油、柴油等液体燃料和甲酸、醋酸、甲醛、甲基叔丁基醚等一系列化工产品。甲醇利用途径甲醇燃料应用甲醇燃料应用合成气主要是指各种不同比例CO和H2组成的气体混合物。在制得合成气

7、后，则可进一步合成氨与尿素、高级醇、汽油、柴油等液体燃料以及其它一碳化工产品。例如，合成氨与尿素的反应式如下：（氨基甲酸氨）由合成气制甲酸的反应式：CH3OH+CO→HCOOCH3HCOOCH3+H2O→HCOOH+CH3O（水解）其总反应为：CO+H2O→HCOOH由合成气经改良费托合成制汽油、煤油、柴油已建一定规模的工厂，合成气直接催化转化为低碳烯烃、乙二醇的工艺正在开发。甲烷的直接化学转化通过天然气的直接化学转化，如氧化偶联、选择性氧化等可制成烯烃、甲醇、二甲醚等，进而合成液体燃料。甲烷转化的其他方法

8、如甲烷生物氧化、甲烷电催化氧化、甲烷芳构化直接合成芳烃等也正在开发中。天然气化学转化的方法不少，但是达到工业化水平并在经济上有竞争力的化学反应过程并不多。甲烷氧化偶联制碳二烃2CH4+O2→C2H4+2H2O2CH4+1/2O2→C2H6+H2O为获取高收率，人们设计采用了其他多种活化方法，例如采用等离子体技术，电场技术，激光促进催化，膜催化，生物方法（酶催化）等，以上这些技术都是有目的的使甲烷生成CH3·自由基