我國(guó)天然氣化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及前景分析

摘 要：天然氣既是高效、低碳的化石能源，也是優(yōu)質(zhì)、高效的化工原料。因此在雙碳目標(biāo)下，天然氣是我國(guó)實(shí)現(xiàn)低碳化能源轉(zhuǎn)型的重要力量，而天然氣化工是天然氣低碳化、深加工利用的必然選擇。首先從天然氣化工的資源保障、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)、區(qū)域發(fā)展、技術(shù)創(chuàng)新和政策引導(dǎo)等方面，總結(jié)并分析認(rèn)為我國(guó)天然氣化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀為總體保持穩(wěn)定發(fā)展態(tài)勢(shì)；然后從產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)化、精細(xì)化開發(fā)、新材料轉(zhuǎn)型和新型能源拓展等方面，分析探討了我國(guó)天然氣化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展路徑及發(fā)展前景，并根據(jù)2035—2040年我國(guó)天然氣消費(fèi)量將要達(dá)峰的預(yù)測(cè)，對(duì)達(dá)峰以后天然氣化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：天然氣化工；天然氣消費(fèi)；碳排放；雙碳

      天然氣是高效、低碳的化石能源。全球天然氣的商業(yè)化應(yīng)用始于1821年美國(guó)一家天然氣照明公司，至今已有200余年歷史。而天然氣的規(guī)?；瘧?yīng)用從1916年發(fā)現(xiàn)的美國(guó)門羅氣田開始，至今已超過 100年。2022年全球天然氣產(chǎn)量為4.04 × 10¹²m³， 消費(fèi)量為 3.94 × 10¹²m³，較 1920 年全球天然氣產(chǎn)量（2.28 × 10¹⁰ m³ ）增長(zhǎng)了170多倍，天然氣在世界能源消費(fèi)中的占比約為25%，成為全球第三大能源產(chǎn)品。天然氣產(chǎn)業(yè)獲得大發(fā)展的原因不僅在于熱值高，還有碳排放低。天然氣的標(biāo)準(zhǔn)熱值（38.97 MJ/kg）與石油標(biāo)準(zhǔn)熱值（41.87 MJ/kg）接近，是煤炭標(biāo)準(zhǔn)熱值 （20.93 MJ/kg）的1.86倍以上；根據(jù)CO₂排放因子計(jì)算，天然氣（0.0561 kg/MJ）的碳排放強(qiáng)度分別約為石油（0.0733 kg/MJ）和煤炭（0.0946 kg/MJ）的77%和59%。在雙碳背景下，天然氣的低碳優(yōu)勢(shì)更為凸顯。

      除直接作為化石能源，天然氣也是優(yōu)質(zhì)、高效的化工原料。天然氣的主要成分為甲烷（CH₄），可通過化學(xué)轉(zhuǎn)化制得乙炔（HC≡CH）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO₂）和氫氣（H₂）等產(chǎn)物，進(jìn)而生產(chǎn)出各種衍生產(chǎn)品。天然氣化工主要涉及甲烷化學(xué)、合成氣化學(xué)和乙炔化學(xué)等。與煤和石油化工相比，天然氣化工具有原料更純凈、流程更短和加工過程更簡(jiǎn)便等優(yōu)勢(shì)。煤和石油主要為有機(jī)長(zhǎng)鏈大 分子，并且含硫、氧、氮、磷、砷和鉀等雜質(zhì)，其化學(xué)轉(zhuǎn)化與凈化更加復(fù)雜。甲烷結(jié)構(gòu)中的C和H通過4個(gè)sp³軌道成鍵，形成穩(wěn)定的正四面體結(jié)構(gòu)，為實(shí)現(xiàn)甲烷活化或化學(xué)轉(zhuǎn)化，必須破壞穩(wěn)定的α C-H鍵，該過程需要非常高的能量（約437.7 kJ/mol）。因此甲烷的選擇性活化和定向轉(zhuǎn)化是極具挑戰(zhàn)性的重大課題，甚至被譽(yù)為化學(xué)領(lǐng)域的“圣杯”，吸引了大量研究人員的廣泛關(guān)注。

      全球天然氣化工始于 20 世紀(jì) 20 年代，以天然氣制炭黑為開端，興起于天然氣制合成氨（德國(guó)BASF 公司）。到 20 世紀(jì) 70 年代，全球天然氣化工的年用氣量約占天然氣消費(fèi)總量的5%。近年全球天然氣化工的年用氣量在天然氣消費(fèi)總量中的占比也接近 5%，但絕對(duì)量已大幅上升至 1700 × 10⁸ m³。近年全球范圍內(nèi)以天然氣為原料生產(chǎn)的合成氨、甲醇和乙烯在對(duì)應(yīng)產(chǎn)品總產(chǎn)量中的占比分別為85%、90% 和 40%。除前述 3 種天然氣產(chǎn)品外，天然氣制氫、天然氣制乙炔及炔屬化學(xué)品等也占據(jù)了重要的市場(chǎng)地位，天然氣化工目前已成為世界化學(xué)工業(yè)的主要支柱之一。

      我國(guó)的天然氣化工興起于 20 世紀(jì) 60 年代，曾一度是國(guó)內(nèi)天然氣的主要消費(fèi)領(lǐng)域。1998 年國(guó)內(nèi)天然氣化工用氣量（簡(jiǎn)稱“用氣量”）為89 × 10⁸m³，在天然氣消費(fèi)總量中的占比高達(dá) 43.5%，2003 年占 比 為 35.0%，2005 年 占 比 為 30.0%（用 氣 量 為146 × 10⁸ m³），2017年占比為14.6%，2022年占比為8.0%（用氣量增至約 300 × 10⁸m³）。天然氣的化工利用，不僅可以獲得比直接燃燒更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和就業(yè)，而且能夠以化工產(chǎn)品的形式進(jìn)行碳富集、碳固化，實(shí)現(xiàn)低碳乃至零碳利用，有利于雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。因此天然氣化工的發(fā)展對(duì)于我國(guó)的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展都具有重要意義。

      本文從我國(guó)天然氣化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展路徑及發(fā)展前景3方面進(jìn)行總結(jié)分析，以期為當(dāng)前及未來我國(guó)天然氣化工的產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供借鑒和參考。

1　我國(guó)天然氣化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析

1.1 資源保障較好，化工消費(fèi)量保持穩(wěn)定

      近年來，我國(guó)天然氣產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，為天然氣化工提供了資源保障。綜合相關(guān)數(shù)據(jù)及最新統(tǒng)計(jì)總結(jié)了2015—2022年我國(guó)天然氣的供應(yīng)情況，結(jié)果見圖 1。由圖1可知，2015—2022年國(guó)產(chǎn)天然氣供應(yīng)量一直保持穩(wěn)定增長(zhǎng) ，從2015年的1271 × 10⁸m³增長(zhǎng)到 2022 年的 2201 × 10⁸m³，增量接近1000 × 10⁸m³，并自2016年起連續(xù)多年比上年增產(chǎn)超100 × 10⁸m³；進(jìn)口液化天然氣（LNG）量?jī)H在2022年比上年有明顯下降，其他年度均保持穩(wěn)定增長(zhǎng)；進(jìn)口管道氣量總體呈現(xiàn)穩(wěn)定增長(zhǎng)勢(shì)頭。

      我國(guó)天然氣消費(fèi)領(lǐng)域主要集中在城鎮(zhèn)燃?xì)?、工業(yè)燃料、發(fā)電和化工等方面。2022年我國(guó)天然氣消費(fèi)量為 3646 × 10⁸m³，在一次能源消費(fèi)中的占比為8.4%，其中城鎮(zhèn)燃?xì)庠谖覈?guó)天然氣消費(fèi)量中的占比為33%，工業(yè)燃料占比為42%，發(fā)電占比為17%，化工占比為8%。綜合相關(guān)數(shù)據(jù)及最新統(tǒng)計(jì)對(duì)近年來我國(guó)天然氣的消費(fèi)結(jié)構(gòu)進(jìn)行總結(jié)，結(jié)果見圖2。

      由圖2可知，2015—2022年我國(guó)天然氣化工在天然氣消費(fèi)中的占比逐步下降，但用氣量（天然氣消費(fèi)量）不降。根據(jù)重慶天然氣交易中心的相關(guān)數(shù)據(jù)，2019—2022年我國(guó)天然氣化工每年的用氣量保持在 300.0 × 10⁸m³左右（表 1），表明天然氣化工產(chǎn)業(yè)保持了穩(wěn)定發(fā)展態(tài)勢(shì)。

1.2 產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)較好，產(chǎn)業(yè)鏈逐步延伸

      我國(guó)天然氣化工產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)較好，產(chǎn)品鏈較豐富，一次、二次加工產(chǎn)品可按轉(zhuǎn)化方式（直接或間接）分為兩大類：（1）天然氣直接制炭黑、氫氣、乙炔、氫氰酸、二硫化碳和鹵代烷等，以及在研的天然氣直接制烯烴、芳烴和甲醇等；（2）天然氣經(jīng)合成氣間接轉(zhuǎn)化制氫氣、氨、甲醇、醋酸和合成油（GTL）等。從這些基礎(chǔ)產(chǎn)品出發(fā)，在下游可加工獲得上百種衍生產(chǎn)品，目前在向精細(xì)化工、醫(yī)藥、材料和新型能源等方向延伸、拓展（圖3）。

1.3 區(qū)域發(fā)展集中，逐步形成產(chǎn)業(yè)集群

      我國(guó)天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展明顯集中在產(chǎn)氣資源地，已形成川渝、陜西和新疆等多個(gè)天然氣化工基地。以川渝地區(qū)為例，現(xiàn)有氣頭甲醇、合成氨、BDO和氫氰酸等裝置數(shù)十套[7]，氣頭產(chǎn)品產(chǎn)能在我國(guó)同類產(chǎn)品產(chǎn)能中的占比較高（表2），成為我國(guó)重要的天然氣化工生產(chǎn)和研發(fā)基地。

      2022年末重慶連續(xù)發(fā)現(xiàn)兩大新氣田：中國(guó)石化集團(tuán)公司發(fā)現(xiàn)的綦江頁(yè)巖氣田，資源量達(dá)1.2 × 10¹²m³；中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司在梁平吳家坪組發(fā)現(xiàn)的1#井，資源量也達(dá)到萬億立方米量級(jí)。兩大新氣田的發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步豐富了川渝天然氣資源，將有力推進(jìn)成渝雙城經(jīng)濟(jì)圈建設(shè)天然氣千億立方米級(jí)產(chǎn)能基地和國(guó)家天然氣綜合開發(fā)利用示范區(qū)，打造中國(guó)“氣大慶”，進(jìn)一步做大強(qiáng)做強(qiáng)川渝天然氣化工產(chǎn)業(yè)集群。

1.4 技術(shù)創(chuàng)新活躍，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)

      近年來，我國(guó)天然氣化工領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新比較活躍，涌現(xiàn)出不少新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了大量新突破，主要包括天然氣制乙炔、羰基合成醋酸、天然氣制氫，以及甲烷、合成氣直接轉(zhuǎn)化等技術(shù)。

1.4.1　天然氣制乙炔技術(shù)

      在工業(yè)生產(chǎn)中，一般采用天然氣部分氧化制乙炔技術(shù)，中國(guó)石化集團(tuán)重慶川維化工有限公司（簡(jiǎn)稱“川維化工”）通過不斷升級(jí)，近年來在國(guó)內(nèi)和“一帶一路”沿線國(guó)家多次成功實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的許可應(yīng)用。另外，研究人員還實(shí)現(xiàn)了等離子體技術(shù)在乙炔合成中的應(yīng)用，陶旭梅等開展了等離子體射流裂解天然氣制乙炔研究，在250 kW的中試裝置中，在等離子體輸入功率為100 kW、甲烷進(jìn)氣量為10 m3/h的條件下，甲烷轉(zhuǎn)化率可達(dá) 97%，乙炔產(chǎn)率可達(dá)90%。李天陽等開展了等離子體裂解甲烷制乙炔的數(shù)值模擬研究，尤其是等離子體物理模型與甲烷裂解化學(xué)反應(yīng)模型的耦合，為理解熱等離子體裂解相關(guān)過程提供了參考。尚書勇等開展了熱等離子體同時(shí)裂解天然氣和煤制乙炔乙烯的研究，獲得的同時(shí)裂解效果與單獨(dú)裂解效果大致相當(dāng)。國(guó)內(nèi)對(duì)等離子體裂解煤制乙炔研究較深入，并已放大到工業(yè)規(guī)模。國(guó)內(nèi)同時(shí)還開展了等離子體裂解乙烷、丙烷制乙炔的研究，為甲烷等離子體裂解制乙炔技術(shù)的拓展提供了借鑒。

1.4.2　羰基合成醋酸技術(shù)

      國(guó)內(nèi)開展的甲醇與CO羰基合成醋酸研究一直以銠碘催化體系為主，近年來相繼有上海華誼控股集團(tuán)有限公司、中國(guó)石油化工股份有限公司北京化工研究院、上海浦景化工技術(shù)股份有限公司和北京澤華化學(xué)工程有限公司等在銥釕催化體系方面取得技術(shù)突破，形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，具備工業(yè)轉(zhuǎn)化條件。

1.4.3　天然氣制氫技術(shù)

      LUK 等針對(duì)傳統(tǒng)的蒸汽甲烷重整集中制氫技術(shù)存在的交付和儲(chǔ)存方面的困難，開展了天然氣分布式制氫技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，認(rèn)為天然氣的現(xiàn)場(chǎng)蒸汽重整具有較短的回收期和較高的回收率。中國(guó)科學(xué)院金紅光院士團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了甲烷溫和條件制氫，將反應(yīng)溫度從傳統(tǒng)的800~1000 ℃降到400 ℃，將99%的甲烷轉(zhuǎn)化為高純H₂和高純CO₂，并使制氫和脫碳總能耗降低 20%~40%。2022 年廣東佛山某能源站建成投用國(guó)內(nèi)首套撬裝天然氣制氫裝置，可用4.8 m³ 天然氣制取 11.0 m³ 氫氣，制氫產(chǎn)能達(dá)到1500 kg/d，氫氣純度為99.999%（體積分?jǐn)?shù)），可實(shí)現(xiàn)直接從天然氣管道取氣制氫。

1.4.4　甲烷直接轉(zhuǎn)化技術(shù)

      中國(guó)科學(xué)院包信和院士團(tuán)隊(duì)通過構(gòu)建晶格限域的單中心鐵催化劑，實(shí)現(xiàn)了甲烷無氧條件下一步法制乙烯、芳烴和氫氣。OCM制烯烴也是國(guó)內(nèi)的研究熱點(diǎn)，如張偉清利用甲烷偶聯(lián)成功制得了芳烴；LIU等對(duì)Ru單原子催化甲烷直接轉(zhuǎn)化制甲醇技術(shù)開展了研究。

1.4.5　合成氣直接轉(zhuǎn)化技術(shù)

      中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所經(jīng)過創(chuàng)新開發(fā)獲得的“煤基合成氣直接制烯烴”成果入選了科技部評(píng)選的2016年度“中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展”，其低碳烯烴（碳原子數(shù)為 2~4）的單程選擇性超過 80%，而基于傳統(tǒng)費(fèi)托合成方法的理論最高單程選擇性僅為58%。中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院、中國(guó)石油化工股份有限公司上海石油化工研究院（簡(jiǎn)稱“中石化上海院”）等開展了合成氣直接制烯烴（STO）研究，其中中石化上海院已完成中試研究，催化劑通過了 1000 h 的穩(wěn)定性運(yùn)行測(cè)試。以上研究可為天然氣經(jīng)合成氣制烯烴技術(shù)路線的設(shè)計(jì)提供參考。

1.5 天然氣政策修訂，化工利用有所調(diào)整

      2012年國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)發(fā)布《天然氣利用政策（2012）》。政策規(guī)定化工利用以可中斷用戶的天然氣制氫為優(yōu)先類，其他天然氣制氫為允許類，化工利用項(xiàng)目總體上為限制類或禁止類。2023年9月國(guó)家能源局網(wǎng)站發(fā)布《天然氣利用政策（征求意見稿）》，將《天然氣利用政策（2012）》中“禁止類”的新建或擴(kuò)建以天然氣制甲醇及下游產(chǎn)品裝置、天然氣代煤制甲醇項(xiàng)目等提升到“限制類”，“禁止類”中僅有一項(xiàng)“天然氣常壓間歇轉(zhuǎn)化工藝制合成氨”。這一調(diào)整表明新修訂的天然氣政策試圖擴(kuò)大天然氣的使用范圍，將有利于天然氣化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

      當(dāng)然，對(duì)天然氣化工企業(yè)而言，最重要的是在天然氣價(jià)格逐年上升的情況下，實(shí)現(xiàn)天然氣用得起、用得好，獲得更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益，從而爭(zhēng)取更大的政策支持，獲得更多的天然氣資源，贏得更好的發(fā)展機(jī)會(huì)。這就需要企業(yè)探尋適宜的發(fā)展道路，以開創(chuàng)更好的發(fā)展前景。為此，本文針對(duì)我國(guó)天然氣化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展路徑和前景進(jìn)行了分析，希望能為相關(guān)企業(yè)提供一些思路和參考。

2 我國(guó)天然氣化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑及前景分析

      我國(guó)天然氣化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展有多條路徑可走，并且道路寬闊，前景看好。以下分別從產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)化、精細(xì)化開發(fā)、新材料轉(zhuǎn)型和新型能源拓展等發(fā)展路徑，對(duì)天然氣化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景進(jìn)行了分析，并針對(duì)雙碳目標(biāo)下天然氣消費(fèi)量將要達(dá)峰的預(yù)測(cè)，展望了達(dá)峰以后未來天然氣化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景。

2.1 產(chǎn)業(yè)鏈條通過強(qiáng)鏈補(bǔ)鏈做優(yōu)做強(qiáng)，大有可為

      以川維化工的產(chǎn)品鏈為例，該公司現(xiàn)有“天然氣-乙炔-VAC-PVA-VAE-維綸-醋酸甲酯”和“合成氣-甲醇-醋酸（合資）-合成氨”兩條產(chǎn)品鏈，天然氣年加工量約為15.5 × 10⁸ m（3 含合資企業(yè)），可實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)值超100 × 10⁸ CNY，1 m³天然氣的產(chǎn)值超7 CNY。進(jìn)一步，如果每年新增約 6.0 × 10⁸ m³的天然氣加工量，可新增“天然氣-乙炔-甲醛-BDO-醋酸-高純氫”產(chǎn)品鏈，每年可新增商品量近 100 × 10⁴ t，對(duì)應(yīng)新增產(chǎn)值50 × 10⁸ CNY以上，1 m³天然氣的產(chǎn)值也可達(dá) 7 CNY 以上。企業(yè)原有的甲醇可全部轉(zhuǎn)化為甲醛和醋酸，不再以危化品形式經(jīng)三峽大壩運(yùn)往華東市場(chǎng)；生產(chǎn)的BDO可在企業(yè)化工園區(qū)內(nèi)就地消化，用于生產(chǎn)鋰電池溶劑用NMP，或用于發(fā)展其他下游產(chǎn)品鏈；高純氫則可用于發(fā)展氫能或氨能。由此可見，通過強(qiáng)鏈補(bǔ)鏈的方式可做優(yōu)做強(qiáng)天然氣化工產(chǎn)業(yè)，并且前景較好、大有可為。

2.2 基礎(chǔ)化工向精細(xì)化工提質(zhì)升級(jí)，前景廣闊

      以天然氣化工生產(chǎn)乙炔和 VAC 基礎(chǔ)化學(xué)品為例，下游走精細(xì)化、差異化、高端化路徑，前景十分廣闊。除可用于生產(chǎn) VAC、氯乙烯外，乙炔還可與丙酮作為起始原料合成異植物醇，用作合成維生素E的中間體 ；與2-吡咯烷酮合成 NVP，進(jìn)而制得PVP，用于醫(yī)藥、化妝品及食品添加劑等高附加值領(lǐng)域；與無水氫氟酸合成二氟乙烷、乙烯基三甲氧基硅烷等炔屬化學(xué)品；與叔碳酸合成功能性單體VeoVa10。由VAC制得的PVA、VAE等產(chǎn)品，屬于典型的精細(xì)化產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有上百個(gè)品種牌號(hào)，還可進(jìn)一步開發(fā)多種共聚、改性或功能化產(chǎn)品，滿足中高端應(yīng)用需求。VAC 還特別適合與 VeoVa10 進(jìn)行共聚改性，顯著提高VAE的耐水、耐堿、耐候和耐老化等應(yīng)用性能。由此可見，精細(xì)化開發(fā)是天然氣化工提質(zhì)升級(jí)的重要舉措。

2.3 化工產(chǎn)品向高端材料轉(zhuǎn)型升級(jí)，市場(chǎng)期待

      近年來，化工新材料在市場(chǎng)上頗受重視，尤其是屬于“卡脖子”的關(guān)鍵高端材料。化工新材料將成為天然氣化工轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要方向。以 PVA 為例，在傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域，PVA 主要用于粘合劑、漿料、內(nèi)墻涂料和造紙施膠等。將 PVA 與丁醛縮合制成聚乙烯醇縮丁醛（PVB）樹脂，進(jìn)而生產(chǎn)出的PVB膜材料，可作為汽車和高層建筑的安全玻璃膜，近年來 PVB 樹脂的應(yīng)用又拓展到光伏材料、片式多層陶瓷電容器（MLCC）等新領(lǐng)域。PVA 具有優(yōu)異的水溶性、成膜性和透明性等特性，可用于制備洗衣凝珠膜等高附加值產(chǎn)品。PVA 還具有良好的生物相容性和可降解特性，可用于制造醫(yī)藥包衣、手術(shù)縫合線和醫(yī)用敷料等醫(yī)用高端材料。乙炔、BDO下游也可發(fā)展高端材料，乙炔合成二氟乙烷進(jìn)而制得聚偏二氟乙烯（PVDF），可用作工程塑料、密封材料、絕緣材料及離子交換膜材料；BDO下游可發(fā)展PBT、PBAT及聚丁二酸-共-對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBST）等生物降解材料，滿足市場(chǎng)對(duì)環(huán)保產(chǎn)品的需求。

2.4 傳統(tǒng)燃料向新型能源拓展應(yīng)用，正當(dāng)其時(shí)

      天然氣化工生產(chǎn)的甲醇、二甲醚（MDE）、碳酸二甲酯（DMC）和GTL等產(chǎn)品，均可作為傳統(tǒng)燃料，與汽油摻混使用。雙碳目標(biāo)下，傳統(tǒng)能源要向綠色低碳的新型能源轉(zhuǎn)型升級(jí)，快速發(fā)展、前景廣闊的氫能與天然氣化工密切相關(guān)。傳統(tǒng)的天然氣與水蒸氣重整制氫是工業(yè)氫的重要來源之一，過去以化工應(yīng)用為主，今后可轉(zhuǎn)向氫能應(yīng)用，并通過溫和條件制氫、分布式制氫等方式降低制氫、運(yùn)氫和用氫成本。天然氣化工裝置還能副產(chǎn)H₂，如甲醇與 CO羰基合成醋酸，先以天然氣與水蒸氣轉(zhuǎn)化生成CO和H₂，再將 CO 分離利用、H₂提純，可制得“藍(lán)氫”；天然氣部分氧化制乙炔要聯(lián)產(chǎn)合成氣，將合成氣中的 CO 分離利用、H₂提純，也可制得“藍(lán)氫”，用于發(fā)展氫能。2023 年川維化工利用天然氣化工裝置副產(chǎn)粗氫進(jìn)行提純，制得高品質(zhì)的燃料電池氫，建成西南地區(qū)首套氫能供氫裝置，實(shí)現(xiàn)了化工用氫氣向氫能的轉(zhuǎn)變 ，為打造“成渝氫走廊”提供了助力。

      但同時(shí)也需要注意到，當(dāng)前氫能的“制儲(chǔ)運(yùn)用”成本較高，大規(guī)模應(yīng)用還存在瓶頸和挑戰(zhàn)。在此情況下，氨能越來越受到關(guān)注和重視。天然氣化工企業(yè)可以很便捷地用氫氣和氮?dú)夂铣梢喊?，使其可作為氨能?yīng)用。氨本身是一種富氫物質(zhì)，也是一種氫能載體，其理論儲(chǔ)氫量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為17.6%，液氨在-33.3 ℃下的能量密度為 3730 kW·h/m³，液氫在-253 ℃下的能量密度為2350 kW·h/m³，液氨比液氫的能量密度高出 59%。液氨密度是液氫密度的8.5倍，氨合成能耗與氫液化能耗基本相當(dāng)，但是液氫每日的儲(chǔ)存成本為液氨的24倍，15 d儲(chǔ)存成本是液氨的36倍，182 d儲(chǔ)存成本是液氨的28倍。此外，液氨還有成熟完整的制儲(chǔ)運(yùn)產(chǎn)業(yè)鏈體系。因此氨能已在國(guó)內(nèi)外備受重視，在煤混氨燃料、氨動(dòng)力運(yùn)輸船和氨燃料電池等方面都具有較好的應(yīng)用前景。

      在未來可再生能源條件下，可利用“綠電”合成“綠氫”，“綠氫”再結(jié)合碳捕集、利用與封存（CCUS）技術(shù)實(shí)現(xiàn)綠色天然氣應(yīng)用（圖4）。該路線可成為綠色低碳、循環(huán)利用的發(fā)展路徑，實(shí)現(xiàn)“綠氫”與天然氣化工（碳一化工）的綠色可持續(xù)發(fā)展。

2.5 雙碳目標(biāo)下天然氣消費(fèi)達(dá)峰，化工利用未來可期

      雙碳目標(biāo)約束對(duì)全球天然氣消費(fèi)有重要影響。國(guó)際能源署（IEA）、挪威船級(jí)社（DNV）和英國(guó)石油公司（BP）預(yù)測(cè)（圖5），全球天然氣需求在2030年前比較穩(wěn)定，2030—2050 年將逐步下降，對(duì)于下降比例 ，IEA、DNV和BP的預(yù)測(cè)有所不同，分別為-58%、-49%和-36%，但均認(rèn)為在2040年后會(huì)快速下降，2060年后大幅下降。這表明全球天然氣消費(fèi)量也將在一定時(shí)期后達(dá)到峰值，然后呈下降趨勢(shì)，而且下降幅度還比較大。

      關(guān)于雙碳目標(biāo)下我國(guó)天然氣的消費(fèi)趨勢(shì) ，張希良等預(yù)測(cè)，我國(guó)能源消費(fèi)總量應(yīng)于2030年進(jìn)入平臺(tái)期，天然氣消費(fèi)量將在 2035 年左右達(dá)到峰值，峰值約為 8.3 × 10⁸ t 標(biāo)煤，2060 年逐步降到約2.0 × 10⁸t標(biāo)煤。王震等綜合多位專家的預(yù)測(cè)，分析認(rèn)為國(guó)內(nèi)天然氣消費(fèi)量將在 2035—2040 年達(dá)到峰值 5500 × 10⁸~6000 × 10⁸ m³。宋鵬飛按照悲觀、中性和樂觀3種模式進(jìn)行分析，預(yù)測(cè)天然氣化工用氣量將在2035年左右達(dá)峰，然后開始下降，并指出天然氣化工與煤化工相比，每噸產(chǎn)品的碳排放量明顯較低，尤其是烯烴產(chǎn)品的每噸產(chǎn)品碳排放量?jī)H為煤制烯烴產(chǎn)品的18.8%（圖6），因此看好天然氣化工的未來前景。綜上可以預(yù)判，我國(guó)在2035—2040年天然氣消費(fèi)量達(dá)峰以后，天然氣化工用有望逐步成為天然氣消費(fèi)利用的最主要途徑和領(lǐng)域。

3 結(jié)語與展望

      通過上述分析可見，我國(guó)天然氣化工產(chǎn)業(yè)保持穩(wěn)定發(fā)展，主要得益于持續(xù)增長(zhǎng)的天然氣資源量、良好的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)以及技術(shù)創(chuàng)新的共同推動(dòng)。同時(shí)也應(yīng)注意到，天然氣化工產(chǎn)業(yè)總體規(guī)模還不夠大，產(chǎn)業(yè)鏈還不夠豐富和完善，部分關(guān)鍵技術(shù)還需加快突破和轉(zhuǎn)化，產(chǎn)業(yè)鏈向中高端轉(zhuǎn)型升級(jí)還面臨很大挑戰(zhàn)。從另一個(gè)角度來看，這些問題的存在也表明天然氣化工未來還有廣闊的發(fā)展空間。今后天然氣化工產(chǎn)業(yè)可通過強(qiáng)鏈補(bǔ)鏈、精細(xì)化開發(fā)、高端材料轉(zhuǎn)型和新型能源拓展等發(fā)展路徑，獲得更好的發(fā)展機(jī)遇和發(fā)展前景。

      展望未來，在雙碳目標(biāo)和高質(zhì)量發(fā)展愿景的引領(lǐng)下，我國(guó)天然氣產(chǎn)業(yè)還將持續(xù)快速發(fā)展。到2035年左右，我國(guó)天然氣消費(fèi)量將達(dá)到峰值，天然氣化工用氣量將從明顯增長(zhǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)轱@著增長(zhǎng)，天然氣化工仍是我國(guó)天然氣消費(fèi)的主要領(lǐng)域之一。天然氣化工產(chǎn)業(yè)的歷史積淀和今后的創(chuàng)新發(fā)展，都將為未來長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展夯基鋪路，實(shí)現(xiàn)更大發(fā)展。建議進(jìn)一步強(qiáng)化天然氣化工利用的政策引導(dǎo)，持續(xù)加強(qiáng)天然氣化工產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化布局，大力推進(jìn)該領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新與成果轉(zhuǎn)化，不斷提升天然氣的深加工價(jià)值，促進(jìn)天然氣化工產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效、轉(zhuǎn)型升級(jí)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)天然氣化工產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)、高質(zhì)量發(fā)展。