我国煤制天然气产业发展研究

吴永军

关键词：煤制天然气;煤气化;甲烷化

天然气作为一种优质、清洁能源，在世界各国对环境问题日益重视、节能减排力度日益增加的大环境下，优势地位日益突出。近年来，我国天然气消费量呈快速增长态势。有报称，至“十二五”末期天然气缺口将达到1300亿m3，天然气对外依存度将越来越大。天然气在我国能源结构的整体占比偏低，远低于发达国家24%的平均水平。要实现天然气在一次能源消费中的比例目标，保证天然气供应满足民用和工业用气量，需要进一步增加天然气供应。而我国的能源国情是“富煤、少油、缺气”，煤炭资源丰富决定了我国在今后至少20年的能源消费结构仍以煤为主。

1煤制天然气技术

1.1煤气化技术

煤气化技术首选为Lurgi煤气化工艺Lurgi炉是目前世界上应用最多的碎煤加压固定床煤气化炉，目前有数百台运行使用，Lurgi工艺投资成本低，单线生产能力大，转化率高，可操作性强，生产的合成天然气品质高，可以减轻甲烷化单元的负荷，节约建设投资和运行成本;副产品种类多，技术成熟度高，经过商业化规模的验证运行稳定。此外还有流化床气化炉技术、BGL块/碎煤熔渣气化技术。煤气化工艺在技术上是成熟的，目前国内外公司和有关学者都将气化技术的革新作为研发重心。主要气化工艺31可分为蒸汽-纯氧气，加氢气化和催化蒸汽气化三种工艺。蒸汽-纯氧气化技术是目前最经济最成熟的工业化技术，而加氢气化和蒸汽催化气化技术是在研究开发阶段的新技术。目前国内在建和开展前期研究的煤制天然气项目均采用第一种成熟的工艺技术。对于后两种技术，美国、日本、澳大利亚都在进行积极的研究开发。

1.2甲烷化技术

丹麦托普索公司推出的一种煤制天然气TREMP技术E4-61，采用托普索的专用催化剂，可将煤炭或生物质转化为天然气。煤炭先转化为合成气，再经过一个耐硫的脱酸性气体装置去除H：s和过量的CO：。同时为防止甲烷化催化剂中毒，脱酸后的合成气还需通过一个脱硫床去除剩余的微量硫化物组分。随后合成气与循环气混合来控制最高升温并通过第一个甲烷化反应器，H：与CO和CO：反应生成CH。，反应在300℃以上温度进行，以防止生成羰基镍化合物。为了使反应转化完全，冷却后的部分甲烷化后的合成气陆续经过2～3个串联的甲烷化反应器，以使CO几乎完全转化成CH。。从最后一个反应器出来的气体就是合格的产品气。产品气主要以CH。为主，其中包含微量的H，、CO：及N：和Ar等惰性气体。英国燃气公司（BG公司）开发了使用CRG催化剂的工艺，将产于煤气化炉的氢气和一氧化碳气体进行甲烷化反应。美国大平原煤制天然气工厂使用了与BG公司相类似的工艺，并且CRG催化剂己在该装置上成功地使用了很多年，充分证明了CRG催化剂在工业化规模的煤制天然气装置上的适用性。20世纪90年代末期，Davy工艺技术公司获得了将CRG技术对外转让许可的专有权，又进一步优化了CRG技术和催化剂，向市场推出了最新技术的CRG催化剂，即CEG—LH催化剂。美国巨点能源公司开发的一步法煤制天然气技术，又称“蓝气技术”。巨点能源技术通过使用新的催化剂来打断碳键，并将煤变成清洁燃烧的甲烷（天然气）。这种一步法制造甲烷的技术被称做“催化煤甲烷化”。通过在煤气化装置中加入催化剂，在加压流化气化炉中一步合成煤基天然气，可以降低汽化装置的操作温度，在温和的“催化”条件下，直接催化反应并生产出甲烷。其具有煤种适应性广泛、工艺简单、设备造价低、节能、节水、环保等优点。除了褐煤、次烟煤等煤基能源外，沥青砂、石油焦和渣油等低成本碳也可作为原料，生产出的天然气符合管道运输规格。此外，该工艺省去了除渣过程，减少了维护需求，增加了热效率，又因为省去空分装置而降低了投资（该单元的投资占整个气化装置总投资的20%）。

1.3我国煤制天然气技术

目前国内发展煤制天然气的技术已经具备，时机已基本成熟。煤制天然气从一开始就在一定程度上得到了国家支持。我国甲烷化技术的主要作用一方面是将人工煤气中的部分CO转换为CH。，提高煤气热值，同时也降低煤气中CO含量，以满足国家标准对人丁城市煤气的要求;另一方面是合成气精制，即通过甲烷化技术脱除少量CO和CO，一般是用于合成氨厂。目前我国拟建、在建煤制天然气项目有30多个：投运广东大鹏、福建莆田和上海洋山港等，并在东南沿海建成10多座我国液化天然气（1iquefiednaturalgas，简称LNG）接收站，如江苏如东四座LNG接收站、大连新港LNG等。若项目全部建成，2015年和2020年煤制天然气产能将分别达到440亿m3和1270亿m3，接收能力也將超过600亿立方米Ho。

2.我国煤制合成天然气需要考虑的问题

我国的煤制合成天然气技术开发还未达到产业应用阶段，面对我国以煤为主的能源结构现实，发展煤制合成天然气产业，对我国具有重要的现实意义，同时也需要考虑以下一些问题：

（1）煤炭主要分布在新疆、内蒙及山西等地，而天然气的主要使用地却在东部和南部地区等经济发达地区，因此煤制天然气的运输问题是一个必须考虑的关键问题。煤制天然气生产基地应靠近国家天然气管网，应当允许入网或可以自行铺设管网运送到用气地区。

（2）在项目建设中全面采用节水技术，提高水资源重复利用。优化工艺流程和生产工艺用水方式，将产品生产过程中产生的废气、废水以及固体废弃物加以回收利用，最大限度地减少用水、少排水、不排水，可有效规避因环境污染和资源消耗高而带来的各种风险归』。

（3）煤制天然气在我国属于新兴产业，国家应尽快在煤制天然气示范工程项目完成后进行经验总结，制定明确的产业发展政策和规划，指导该产业的有序、健康发展。

结语

我国作为煤业大国，大力发展煤制天然气是满足不断增长的天然气需求的良策。煤制天然气的关键是煤气化技术及甲烷化技术，这两项技术在国外已发展并应用多年，比较成熟，中国经过消化、吸收和创新，已经初步找到了适合我国国情的煤制气技术，同时还会推动LNG产业链的发展，发展空间很大，前景看好。目前在我国发展煤制天然气需要考虑的是：生产基地的选址、运输、环境影响以及政策法规的规范等问题。

参考文献：

[1]周明灿.煤制天然气产业发展及技术分析[J].化工设计，2017，27（06）：7-10+1.DOI：10.15910/j.cnki.1007-6247.2017.06.003.

[2]国家能源局：规范煤制油煤制天然气产业发展[J].中国煤炭工业，2014（08）：8-9.

[3]鲍喜军.煤制天然气产业发展前景分析[J].科技与企业，2014（07）：280.DOI：10.13751/j.cnki.kjyqy.2014.07.259.