摘要：随着世界能源消费向低碳能源转变，化石燃料的总体份额将有所下降，BP《2035年世界能源展望》显示，天然气将成为增长速度最快的化石燃料，年均增速可达1.9%，到2035年市场份额涨至27%。当前，天然气在中国一次能源的比例仅占6%，世界平均水平为23.7%，差距甚远，天然气具有较大的增长空间。大力发展天然气也是中国中长期调整能源结构最为现实的选择。
2015年10月22日在中国国家主席习近平和英国首相卡梅伦的见证下，中国石油天然气集团公司与英国石油公司(简称“BP”)在伦敦签署了战略合作框架协议，该协议涵盖潜在的四川盆地页岩气勘探和开发项目。这也证实了我国为促使能源升级，正在加速推进页岩气开发。中国页岩气加速推进后，对石化行业带来哪些影响，值得我们去思考。
一、发展天然气能源是世界各国能源发展共识
根据BP发布的《2014年世界能源统计报告》、《2035年世界能源展望》，预计2012～2035年世界能源需求将增长41%，中国将成为主要的增长动力。世界能源消费向低碳能源转变，化石燃料的总体份额将有所下降，预计将从2013年的86.7%降至2035年的81%。页岩气、致密油等新型能源将在世界供应增长中占据重要份额。天然气将成为增长速度最快的化石燃料，年均增速为1.9%，市场份额将从2013年的23.7%涨至2035年的27%;石油作为主导燃料的地位将受到煤炭、天然气的挑战，市场份额将从2013年的32.9%大幅降至2035年的27%;煤炭将继石油之后，成为需求增长较为缓慢的燃料。
目前美国是页岩气商业开采最成功的国家，页岩气使美国跃居全球第一大天然气开采大国，以页岩气为首的非常规天然气正在重塑美国能源市场。由于页岩气和页岩油技术快速发展，美国能源对外依存度已大大降低，未来美国还将加大非常规油气资源开发力度，目标是在2035年之前使美国再次实现能源独立。2013年3月，日本从海底可燃冰(天然气水合物)层中提取出甲烷，成为世界上第一个掌握从海底开采可燃冰的国家。开发可燃冰将成为日本经济振兴的催化剂，就如同美国页岩气革命一样。
目前，中国能源结构失衡，表现为“富煤、贫油、少气”，能源消费过于依赖煤炭。2013年煤炭占一次能源比例的67%，世界平均水平仅为30.1%，高碳化严重。高碳化是导致能源效率不高，环境污染严重的关键问题。天然气在中国一次能源比例的仅占6%，世界平均水平为23.7%，差距甚远，故天然气具有较大的增长空间。鉴于中国的能源禀赋，考虑到核能、水电的安全和有限性，以及可再生能源短期的制约因素，大力发展天然气是中国中长期调整能源结构最为现实的选择。国务院发布的《能源发展战略行动计划(2014-2020年)》中也明确指出，今后将大力发展天然气，2020年天然气占一次能源比例将达到10%以上。
世界能源结构处在深度调整和变化过程，谁主导清洁能源，谁就将主导21世纪的世界经济，发展清洁能源天然气已成为世界各国能源发展共识。
二、天然气在石化行业的利用途径
天然气是一种多组分气体，主要成分是甲烷，另有少量乙烷、丙烷、丁烷等烷烃和其他微量组分。按照成因不同，天然气可以分为常规天然气和非常规天然气。常规天然气就是由常规油气藏开发出的天然气，非常规天然气包括煤层气、页岩气和煤制天然气等。通常认为天然气是一种清洁能源，燃烧时几乎没有SO2(二氧化硫)和粉尘排放，生成的CO2(二氧化碳)和NOx(氮氧化物)仅为煤的40%和50%，而不产生废渣和废水。因此，天然气被广泛认为是清洁发展的优质能源，发展天然气工业已经成为中国改善环境和维持经济可持续发展的最佳选择。
天然气的化工利用按转化方式分类，可分为直接法和间接法两大类：直接转化法是天然气直接反应氧化制取乙烯、甲醇、芳烃等化工产品;间接转化法是天然气先制成合成气，由合成气再生产清洁油品、甲醇、低碳烯烃等化工产品。天然气化工产业链见图1。
直接转化法因生产流程短，有希望获得更好的经济效益，因此这方面是未来天然气化工的研究重点之一，但因副产物较多，反应不易控制，产物收率较低，目前还主要停留在实验室研究阶段。间接转化法已成为天然气化工利用的主要技术路线。丰富的天然气资源可以用于发展甲醇产业链，通过甲醇制烯烃技术，进一步发展下游乙烯、丙烯工业。
另外，利用天然气还可生产氢气、氢氰酸等产品。我国炼油、化工等行业的发展需要增加大量的氢气需求，天然气是制氢的理想原料。草甘膦、蛋氨酸等的发展则会促进天然气制氢氰酸的发展。
天然气凝析液(NGLs)是天然气生产的伴生品，是指从天然气中回收的较甲烷重的烃类，主要为乙烷、丙烷和丁烷或其混合物。NGLs可用作化工原料，尤其是石油价格高企时用作化工原料更具吸引力。天然气凝析液的每种组分用途各异，通常100%的乙烷用于化工生产，乙烷裂解制乙烯。对于天然气资源丰富的国家和地区，如美国和中东乙烯生产商正在用乙烷替代石脑油作为裂解原料。过去几年中，随着乙烷在裂解原料中的比例增加，来自裂解装置的丙烯产量已经减少，乙烷裂解的丙烯收率仅约3%，而石脑油裂解的丙烯收率大于15%。同时，催化裂化装置的丙烯产量也没有增长，造成丙烯供需缺口增大。特别是来自丙烷脱氢(PDH)装置的丙烯产能未来几年也将快速增长。丁烷还可以通过烷基化反应生产烷基化油，其可直接调兑来生产高辛烷值汽油。由于美国乙烷裂解的C4副产物大幅降低，造成丁二烯缺口增大，因此一些公司考虑建设丁烷生产丁二烯装置。
三、中国页岩气加速推进对石化行业的影响
我国常规天然气储量56万亿立方米(可采22万亿立方米)，非常规天然气中煤层气储量36.81万亿立方米(可采10.87万亿立方米)，页岩气储量134万亿立方米(可采25.1万亿立方米)，此外天然气水合物资源也相当丰富。国务院在《能源发展战略行动计划(2014～2020年)》中，提出大力发展天然气，特别提出天然气发展的主要任务是：按照陆地与海域并举、常规与非常规并重的原则，加快常规天然气增储上产，尽快突破非常规天然气发展瓶颈，促进天然气储量产量快速增长。到2020年，累计新增常规天然气探明地质储量5.5万亿立方米，年产常规天然气1850亿立方米。重点突破页岩气和煤层气开发。到2020年，页岩气及煤层气产量都将力争超过300亿立方米。积极推进天然气水合物资源勘查与评价。加大天然气水合物勘探开发技术攻关力度，培育具有自主知识产权的核心技术，积极推进试采工程。如果这一目标得以实现，中国天然气自给率有望大幅提高，将有助于扭转中国过度依赖煤炭的能源结构，并减少能源对外依存度。
当前，中国发展天然气化工的最大障碍是天然气价格高、工业用气不足以及政策限制。天然气供应不足的主要原因不是资源问题，而是勘探开发程度不够。由于天然气供应不足，导致国家在2007年制定《天然气利用政策》时，将天然气利用分为优先类、允许类、限制类和禁止类。其中城市燃气为天然气利用的优先类，工业燃料与部分天然气化工被列为允许类。虽然我国禁止新建或扩建天然气制甲醇项目和以天然气代煤制甲醇项目，但是允许建设用气量不大、经济效益较好的天然气制氢项目和以不宜外输或其他优先类和允许类用户无法消纳的天然气生产氮肥项目。在前几年我国天然气供不应求的情况下，这一政策有效地引导了天然气市场的健康有序发展。
美国的“页岩气革命”给美国乃至世界的能源结构带来了巨大的影响，中国页岩气储量丰富，居世界之首，且能源供需严重不平衡，中国已被视为未来除美国之外页岩气开发最快的国家，页岩气的开发正在快速进行中。一旦页岩气可以实现经济性大规模生产，必将对中国的能源结构带来深刻影响。届时煤炭相对丰富的格局可能被打破，煤炭替代石油有可能转变成页岩气替代石油，现代煤化工将失去基础。随着天然气利用规模的不断扩大，对供气安全提出了更高要求。因此国家也将根据形势发展，对《天然气利用政策》进行修订。
如果中国非常规天然气勘探开采技术取得突破，将使天然气的供应大幅增加。随着天然气与石油价格比的降低，加上天然气不便运输的特点，天然气将会更多地用于生产各种化工产品或合成油。未来天然气化工优势明显，天然气生产合成氨、甲醇、氢气，包括NGLs用于石化产品生产(如丙烷脱氢等)，仍将是天然气化工的主要发展方向。另外，对于天然气丰富、价廉的边远地区，用天然气制油，生产烯烃也将是天然气利用的重要途径。
四、天然气化工技术应引起我国重点关注
2014年1月美国Siluria技术公司为其在得克萨斯州的试验工厂举行盛大开车仪式，该工厂成为世界上第一家实现将储量丰富、价格低廉的天然气直接工业化大规模转化为乙烯的企业。新路线或将给传统以石油为原料的乙烯行业带来重大变革。
作为基础工业原料，乙烯在石化工业中占有重要地位，乙烯产量是衡量一个国家石油化工发展水平的重要标志之一。除北美和中东，世界上包括我国在内的大部分国家和地区都以石脑油为原料，采用蒸汽裂解法制乙烯。该方法不仅耗能高、成本也高，还挤占宝贵的石油资源。为减少石油依赖，各国开展以甲烷为主要成分的天然气制烯烃的研究。天然气制乙烯的路线分直接法和间接法两种。直接法只需一步即可将甲烷转化成乙烯，具有很高的经济价值，非常具有吸引力。但甲烷的选择活化和定向转化是世界级难题，突破的关键在催化剂。2010年，Siluria公司创造性地使用生物模板精确合成纳米线催化剂，使用高通量技术从大量备选催化剂中筛选出最合适的元素组成，开发出工业可行的甲烷直接制成乙烯催化剂。该催化剂可高效催化甲烷转化成乙烯，活性是传统催化剂的100倍以上。
如果中国非常规天然气勘探开采技术取得突破，页岩气可以实现经济性大规模生产，将使天然气的供应大幅增加，再加上甲烷直接生产乙烯技术的成功，煤炭替代石油有可能转变成页岩气替代石油，必将对中国的能源结构及石化行业带来深刻影响。
世界上的发达国家尤其是美国，都在积极开发天然气化工新技术。目前，已开发出天然气一步法生产乙烯、甲醇、用天然气生产芳烃等新工艺。我国因天然气短缺，天然气化工技术方面比较落后，随着页岩气的加速推进，应引起高度重视。国内一些科研机构应加大这方面的技术投入，准备迎接页岩气时代的到来。
