煤制天然气气质产品组成分析

刘 岩

辽宁大唐国际阜新煤制天然气有限责任公司

煤制天然气气质产品组成分析

刘 岩

辽宁大唐国际阜新煤制天然气有限责任公司

煤制天然气不同于常规开采的天然气，是通过化工过程合成的富含甲烷的燃气，产品气的化学组成决定了最终产品气的质量，而产品气中各组分的含量水平受整个生产工艺流程中不同单元工序的影响。结合现有单元过程的技术水平，本文分析了在正常操作条件下煤制天然气各个单元工序对最终产品气体组分含量的影响。基于工业生产结果和项目设计数据，归纳分析了现有生产水平下煤制天然气组分的含量水平，并讨论了产品气中甲烷含量与产品热值的关系。

煤制天然气；产品质量；组成

能源问题早已成为世界各国关注的焦点，某种程度上严重影响着国家经济的发展，人民生活水平的改善，与国计民生息息相关。煤作为一种化石能源，随着石油储量的减少，其开发利用早已走入人们的视野，煤制油，煤制烯烃，煤制天然气等等早已成为多国科学家的研究课题，并且好多技术已经用于生产或有大型试验装置。

1 国内煤制天然气工艺

1.1 加压移动床(固定床)气化

固态排渣鲁奇炉在国内外应用较广泛。优点为原料适应性较好，单炉生产能力较大，气化压力较高，合成气氢碳比适中，气化煤时，可得到焦油、中油、轻油、粗酚氨等副产品；其缺点是煤气化产生废水量大并且处理难度大，合成气质量较差(含1096左右甲烷)。

1.2 流化床气化炉工艺

(1)ICC灰容聚气化炉。此气化炉于2001年累计运行8000h以上，所得煤气满足合成氨生产需要。此技术由中国科学院山西煤化所开发应用于陕西省一家企业。(2)其他流化床气化技术。由我国自主研发并建示范厂的有，江苏大学开发成功的FM1.6－Ⅰ型气化炉，1998年郑州建成首个示范煤气站，两台炉产气50000Nm3/d，向居民小区提供燃料气；由上海申江化肥成套设备有限公司与宁夏吴忠富荣化肥工业有限公司联合开发的载热体常压循环流化床粉煤气化技术，于2000年进行了煤气产量为3000Nm3/h的工业性试验，2002年8月达到连续运行。

2 煤制天然气项目的技术经济可行性探讨

2.1 技术方面

目前，国际上成熟的煤制天然气的技术路线为煤气化甲烷化工艺。该工艺通过煤气化将煤转化为粗合成气(主含CO和H2)，粗合成气经水蒸汽变换、净化(脱硫、脱碳)后进行甲烷化反应。

煤制天然气的整体工艺流程较短，大部分技术已较为成熟，且已在美国大平原气化厂有20余年的成功运行经验。因此，可以说煤制天然气项目的运营基本不存在颠覆性的技术风险，而最大的技术难题可能将出现在废水“零排放”方面。企业应根据项目现场水源、地质等情况进行取舍，而不是单纯以“零排放”口号作为项目技术上的亮点。

2.2 经济性方面

国家发改委大幅提高了国内天然气门站价，这为国内煤制天然气项目提供了实质的利好，也给即将开工以及规划上马的煤制天然气项目注入了一支强心剂。然而在大家对煤制天然气项目的经济效益充满信心的形势下，我们还是要对煤制天然气项目的效益提出一些担忧。

首先，煤制天然气企业在项目决策前需认真考虑无法入网以及该期间可能产生的财务成本问题。以300亿投资的40亿m3/a煤制天然气项目为例，贷款利息1年就是十几个亿，即使分期建设，财务成本也是一个沉重的负担，这将直接影响煤制天然气的成本。

其次，煤制天然气对水资源要求较高，这也是煤化工的通病。同时，煤制天然气废水中含有大量的酚类，烷烃类，芳香烃类和杂环类等物质，属于难降解废水，因此水耗大和废水难处理是煤制天然气项目的一个拦路虎。虽然目前煤化工企业声称可实现废水零排放，但实际运行效果往往并不理想，实现达标排放已属不易。但无论争议如何，随着我国对于环保要求的逐步提升，煤制天然气项目必将为不断提高的环保成本上进行买单，并显著地体现在煤制天然气的成本上。

2.3 考虑天然气涨价对煤制天然气产业的影响

2013年6月28日，国家发改委下发关于天然气价格调整方案。天然气门站价的上涨无疑是对煤制天然气项目的绝对利好，但在利好面前，新进企业尤其是煤制气、页岩气等非常规天然气的新进企业也不能盲目乐观，仍要看清国内天然气的市场现状。

我国天然气市场结构仍是一种垄断性的市场结构，基于目前的国家政策来看，天然气门站价的本轮上涨，最大受益者实际上是掌握了上游资源的三大石油公司，三大石油公司通过本轮涨价大大的降低了其进口管道气和LNG的亏损，其在国内天然气领域的垄断市场地位更为牢固，竞争力更为强劲。因此，煤制天然气等相关非常规油气企业还需从自身出发，从项目的综合效益出发对项目开展决策研究。

3 影响产品组成的关键单元装置

总体而言，煤制天然气产品组成由两个部分组成：一部分是提供热值的组分，包括具有最大含量的甲烷组分和一定数量的氢气，其组成取决于甲烷化催化剂对原料气的转化率和对目标产物甲烷的选择性；另一部分是不提供热值的惰性气体，其成分和含量由各级工艺单元引入或脱除杂质气体的控制指标决定。可见，在现有技术水平条件下，煤制天然气各生产单元都对最终的产品组成产生一定的影响。生产工艺流程包括多个工艺单元，每个单元工艺又可以有不同的技术方案，通常根据原料煤的性质选择单元技术方案，因此将会得到不同的产品结构。

分析研究煤制天然气生产工艺主要单元，如空分、煤气化、水气变换、脱酸性气、甲烷化、干燥等对煤制天然气产品组成的影响，尤其需要明确影响煤制天然气产品组成的关键单元，以便于为技术比选、产品质量控制提供指导。

单元装置操作的精细化和技术指标的提高，有利于提高CH4选择性，同时也提升了产品气的热值，增强煤制天然气与常规天然气的互换性，但是需要付出高操作成本和高能耗的代价。因此，煤制天然气的技术经济性分析，首要是产品气需要满足国家和行业标准对天然气技术指标的强制性要求，其次是需要考虑装置工艺过程的稳定操作和成本最低化。

[1] 赵泽秀，张忠平.石油天然气与煤制天然气生产区别和优势[J].煤炭加工与综合利用，2014，(6)：9-14.

[2] 贺永德.煤化工技术手册[M].第二版.北京：化学工业出版社，2010：374-586.