中國煤制氣產(chǎn)業(yè)攻略

作為煤炭第一生產(chǎn)和消費(fèi)大國，我國迫切需要找到一種效率高、清潔、成本可以接受的煤炭使用方式。經(jīng)過多年探索和借助國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，我們認(rèn)為應(yīng)大力推進(jìn)煤制天然氣（下稱煤制氣）的有序發(fā)展。

在我國能源結(jié)構(gòu)中，煤炭的生產(chǎn)和消費(fèi)一直占主導(dǎo)地位。加快發(fā)展煤制氣等煤炭清潔利用方式，既是高效清潔利用煤炭資源、調(diào)整能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、推動能源產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的緊迫任務(wù)，也是改善國內(nèi)能源供給、落實(shí)大氣污染防治行動計劃、培育新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)、促進(jìn)能源大轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略舉措。

目前，我國是世界上唯一大規(guī)模發(fā)展煤制氣的國家，煤制氣技術(shù)不斷趨于成熟，產(chǎn)業(yè)發(fā)展蓄勢待發(fā)，迫切需要通過有效機(jī)制設(shè)計、政策扶持和技術(shù)完善，推動煤制氣科學(xué)有序發(fā)展。

但是，我國煤制氣產(chǎn)業(yè)剛剛起步，不僅生產(chǎn)利用技術(shù)系統(tǒng)集成有待優(yōu)化和突破，還存在CO2大量集中排放、引發(fā)區(qū)域水資源供需失衡等問題。

為此，筆者建議：國家應(yīng)盡快制定煤制氣的發(fā)展戰(zhàn)略和中長期規(guī)劃，有序發(fā)展煤制氣產(chǎn)業(yè)；統(tǒng)籌煤制氣的運(yùn)輸和利用，盡快推進(jìn)大氣污染防治行動計劃；鼓勵對煤制氣生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的CO2進(jìn)行合理利用，并加強(qiáng)排放源等環(huán)節(jié)的監(jiān)管力度；加強(qiáng)水資源和水源地保護(hù)，探索建立水權(quán)流轉(zhuǎn)的交易機(jī)制；將技術(shù)引進(jìn)與自主創(chuàng)新相結(jié)合，大力支持企業(yè)自主創(chuàng)新。

三大優(yōu)點(diǎn)

煤制天然氣（簡稱SNG），是指以煤為原料，采用氣化、凈化和甲烷化技術(shù)制取的合成甲烷氣，其組分與常規(guī)天然氣、頁巖氣等相當(dāng)。

首先，煤制氣具有使用范圍廣泛、利用效率高的特點(diǎn)。其可以廣泛地用于民用（家用、供暖）、工業(yè)（爐窯）、交通運(yùn)輸（燃?xì)馄嚕l(fā)電等領(lǐng)域。從能源轉(zhuǎn)化效率來看，煤制氣能效可達(dá)55%-60%，而煤間接制油、煤制甲醇僅在40%-50%，超臨界煤電、超超臨界煤電也僅約40%-45%。相比而言，煤制氣能效比煤間接制油等高約25%-50%。

有研究結(jié)果顯示，在供暖領(lǐng)域，全生命周期能效煤制氣要優(yōu)于燃煤發(fā)電10%左右，并可解決京、津、冀地區(qū)直接燃煤帶來的大氣嚴(yán)重污染問題。

具體而言，SNG路線，即煤炭開采—煤制氣—管道輸送—負(fù)荷中心燃?xì)忮仩t，能效為40%-51%；發(fā)電路線1，即煤炭開采—坑口發(fā)電—電網(wǎng)輸送—電暖氣，能效為29%-39%；發(fā)電路線2，即煤炭開采—鐵路運(yùn)輸—負(fù)荷中心發(fā)電—電暖氣，能效為35%-42%；燃煤鍋爐路線，即煤炭開采—鐵路運(yùn)輸—負(fù)荷中心燃煤鍋爐，能效約為49%（在上述分析中，煤炭資源地與消費(fèi)市場距離均取1000公里）。

在工業(yè)爐窯領(lǐng)域，全生命周期能效，煤制氣要比燃煤發(fā)電高5%-10%。采用SNG路線，煤炭開采—煤制氣—管道輸送—燃?xì)飧G爐，能效為37%-39%；采用發(fā)電路線1，煤炭開采—坑口發(fā)電—電網(wǎng)輸送—電窯爐，能效為29%-35%；而采用發(fā)電路線2，煤炭開采—鐵路運(yùn)輸—負(fù)荷中心發(fā)電—電窯爐，能效為31%-38%。

其次，煤制氣可通過集中處理而降低污染物及CO2等氣體排放。與等熱值燃料相比，煤制氣產(chǎn)生的CO2排放量比石油在燃燒過程中排放的CO2低約31%，氮氧化物等污染物排放也低很多，且基本不含鉛塵、硫化物以及可入肺顆粒物（PM2.5）等有害物質(zhì)。

再次，煤制氣具有較好的經(jīng)濟(jì)性，且安全可靠。從成本看，煤制氣的全生命周期成本與煤層氣相當(dāng)，而低于頁巖氣。

統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，目前煤制氣價格比進(jìn)口氣價格（管道氣和液化天然氣）低約0.5元-1.5元/立方米，比等熱值汽油價格低約20%-50%，具有一定的市場競爭優(yōu)勢。

另外，煤制氣輸送便利，可用管道進(jìn)行長距離輸送，在一定條件下也可液化，以提高儲運(yùn)的便利性，是最可靠的優(yōu)質(zhì)能源之一。

上述的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特征，決定了大規(guī)模生產(chǎn)、利用煤制氣，有序推進(jìn)、開發(fā)“煤改氣”項(xiàng)目切實(shí)可行，并可有效緩解我國大氣污染日益嚴(yán)峻的壓力，促進(jìn)大氣污染防治行動計劃的有效落實(shí)。

統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，華北地區(qū)（京津冀晉蒙）年煤耗量達(dá)11億噸左右，其中天津市年煤耗量與英國相當(dāng)，晉冀蒙三省區(qū)的年煤耗量超過美國。研究表明，如果每年用2000億立方米的煤制氣替代煤炭（相當(dāng)于4.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤），與等熱值煤炭相比，每年可減少CO2排放8.7億噸、SO2約970萬噸（2013年全國SO2排放總量為2043.9萬噸）、煙塵約360萬噸。這將有效緩解華北地區(qū)大氣污染日益惡化的嚴(yán)峻形勢。

五個難題

目前，我國煤制氣產(chǎn)業(yè)剛剛起步，自然存在很多問題。這些問題主要包括：缺乏獨(dú)立的發(fā)展戰(zhàn)略和規(guī)劃；生產(chǎn)過程中將產(chǎn)生大量的CO2；引發(fā)區(qū)域水資源供需失衡；其生產(chǎn)利用系統(tǒng)集成及關(guān)鍵技術(shù)有待突破；另外，其經(jīng)濟(jì)性生產(chǎn)也面臨諸多不確定性。

近年來，我國相繼出臺的《中國的能源政策（2012）白皮書》《能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》《天然氣發(fā)展“十二五”規(guī)劃》等文件，比較系統(tǒng)地闡明了我國天然氣的發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展戰(zhàn)略和目標(biāo)以及政策措施等。這些政策措施，對我國天然氣發(fā)展具有重要的指導(dǎo)作用，但是其中缺乏針對煤制氣的發(fā)展戰(zhàn)略和規(guī)劃。

《天然氣發(fā)展“十二五”規(guī)劃》提出，2015年煤制氣產(chǎn)量為150億-180億立方米，占國產(chǎn)天然氣的8.5%-10%。從目前的產(chǎn)業(yè)布局看，我國煤制氣的產(chǎn)量將快速上升，到2020年前后產(chǎn)量有望達(dá)到1000億立方米，屆時將占天然氣消費(fèi)總量（占一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的比重約為13%）的近20%。目前，一些地區(qū)不顧煤炭資源、水資源和環(huán)境承載能力，盲目規(guī)劃、違規(guī)建設(shè)、無序發(fā)展煤制氣等現(xiàn)象時有發(fā)生。另外，高層對煤制氣的特殊性認(rèn)識不足，總是將其與常規(guī)天然氣“捆綁”在一起，沒有體現(xiàn)出其特殊性，即以煤炭為原料，集中在煤炭富集區(qū)制取，生產(chǎn)技術(shù)方面屬于煤炭清潔利用生產(chǎn)技術(shù)體系。

煤制氣在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量CO2。制取每千立方米煤制氣，所排放的CO2約為4.5噸-5噸。如果我國煤制氣年產(chǎn)量達(dá)到1000億立方米，若直排將每年新增CO2約5億噸。這些CO2能否妥善處理，將是制約煤制氣發(fā)展的主要瓶頸。

值得關(guān)注的是，我國CO2捕集封存技術(shù)（CCS）已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)化示范階段，神華集團(tuán)的鄂爾多斯煤直接制油項(xiàng)目，設(shè)計年捕集封存10萬噸。該技術(shù)可用于處理煤制氣生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的CO2。在美國，CO2已經(jīng)在石油開采、微藻生產(chǎn)生物質(zhì)燃料等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，2009年6月美國還出臺了《清潔能源及安全法案》，對應(yīng)用與推廣CCS技術(shù)作出了詳細(xì)的規(guī)定。

我國大部分煤炭資源主要蘊(yùn)藏在水資源比較短缺的地區(qū)，而煤制氣項(xiàng)目屬高耗水項(xiàng)目，生產(chǎn)每千立方米煤制氣需要耗水約5噸-6噸。目前，我國一些地區(qū)存在不顧水資源供給約束，盲目發(fā)展煤制氣的現(xiàn)象；還有一些企業(yè)繼續(xù)采用高耗水技術(shù)裝備，嚴(yán)重浪費(fèi)水資源。這些都將對區(qū)域水資源平衡造成難以估量的影響。

更值得一提的是，我國煤制氣生產(chǎn)利用系統(tǒng)集成及關(guān)鍵技術(shù)亟須突破。煤制氣的關(guān)鍵技術(shù)，涉及空分、煤氣化、CO變換、酸性氣體脫除、甲烷化、煤氣水分離技術(shù)以及酚回收、氨回收、硫回收、吸收制冷、CO2回收等工藝技術(shù)和設(shè)備。近年來，我國雖在煤制氣產(chǎn)業(yè)鏈的理論與工程實(shí)踐方面取得了較大進(jìn)展，但甲烷化技術(shù)、新型煤氣化技術(shù)以及加工設(shè)備、載運(yùn)工具等，與國外先進(jìn)水平相比還有較大差距；系統(tǒng)集成工藝包有待優(yōu)化；產(chǎn)業(yè)鏈中包括CO2回收、污水處理等環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)，以及生產(chǎn)與研發(fā)基地的基礎(chǔ)設(shè)施都比較薄弱，遠(yuǎn)不能滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展的要求。

根據(jù)項(xiàng)目的規(guī)模、建設(shè)地點(diǎn)、工程建設(shè)內(nèi)容以及外部配套工程的不同，煤制氣項(xiàng)目的單位產(chǎn)能投資略有差別。但從總體看，投資規(guī)模巨大，年產(chǎn)能40億立方米需要投資260億元左右。煤炭成本（占生產(chǎn)成本的40%-45%左右）、全球天然氣價格等因素，是影響煤制氣項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵。據(jù)測算，煤價上漲10%，內(nèi)部收益率則降低0.62%；天然氣價格降低10%，內(nèi)部收益率則降低2.78%，從而使煤制氣投資充滿了不確定性。

此外，由于我國天然氣長途運(yùn)輸管網(wǎng)建設(shè)不足，配套基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后，嚴(yán)重影響了新疆、內(nèi)蒙古等地區(qū)煤制氣基地的建設(shè)和運(yùn)營。

從國際經(jīng)驗(yàn)看，1984年投產(chǎn)的美國大平原項(xiàng)目，是目前國外唯一投入商業(yè)運(yùn)行的煤制氣項(xiàng)目。該項(xiàng)目設(shè)計能力為日處理褐煤1.85萬噸，生產(chǎn)煤制氣389萬立方米/日，至今已運(yùn)行了20多年。該裝置上世紀(jì)80年代投入運(yùn)行后，由于遇到全球天然氣價格長期低迷，工廠一直處于虧損和微利狀態(tài)，即使對外銷售CO2和其他副產(chǎn)品進(jìn)行增收，也步履維艱。一直到2003年，國際油氣價格大幅上漲后才實(shí)現(xiàn)盈利。

除氣價因素外，目前大平原項(xiàng)目能保持盈利，還有兩個主要原因：一是煤價較低，噸煤價格約合110元人民幣，與神華榆林項(xiàng)目180元/噸煤價相比，該項(xiàng)目內(nèi)部收益率提高了約2個百分點(diǎn)；二是副產(chǎn)的CO2得到了很好的利用。項(xiàng)目每年副產(chǎn)270萬噸CO2，以原油價格的7%出售給油田用于驅(qū)油，按照原油價格80美元/桶估算，CO2價格約為40美元/噸，副產(chǎn)的CO2可提高其收入約20%，內(nèi)部收益率可提高5個百分點(diǎn)。

五項(xiàng)建議

為了健康有序發(fā)展煤制氣產(chǎn)業(yè)，筆者提出如下政策建議。

首先，要盡快制定煤制氣發(fā)展戰(zhàn)略和相關(guān)規(guī)劃，有序發(fā)展煤制氣產(chǎn)業(yè)。

要重新認(rèn)識煤制氣在能源領(lǐng)域的地位、作用及其有別于常規(guī)天然氣的特殊性，重視和加快發(fā)展煤制氣。煤制氣是資源密集型、資金密集型和技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，加快發(fā)展需要的外部配套條件較多，不僅涉及煤炭開采與轉(zhuǎn)化、水資源保障、技術(shù)的集成及優(yōu)化，還要有與其配套的輸氣管網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施，是一個比較復(fù)雜的產(chǎn)業(yè)體系。

為此，我們建議從國家能源總體戰(zhàn)略和促進(jìn)能源大轉(zhuǎn)型的高度，結(jié)合天然氣發(fā)展規(guī)劃，制定發(fā)展煤制氣的相關(guān)規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)政策；按照可持續(xù)發(fā)展的循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念，統(tǒng)籌規(guī)劃、合理布局，科學(xué)引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)有序發(fā)展；盡快完善和規(guī)范市場準(zhǔn)入，進(jìn)一步加強(qiáng)項(xiàng)目審批管理，嚴(yán)格審批程序。

結(jié)合我國煤炭資源與水資源稟賦特點(diǎn)，優(yōu)選水資源保障程度較好的新疆北部、內(nèi)蒙古東南部等地區(qū)，在滿足最嚴(yán)格的環(huán)保要求的前提下，有序開發(fā)利用兩種資源（煤炭和水），加快煤制氣產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；椒?，促進(jìn)我國煤制氣產(chǎn)業(yè)健康、有序、科學(xué)發(fā)展。

其次，要統(tǒng)籌煤制氣的運(yùn)輸和利用，盡快推進(jìn)大氣污染防治行動計劃。

根據(jù)大氣污染防治行動計劃中長期目標(biāo)，綜合考慮資源承載、能源消耗、環(huán)境容量、管網(wǎng)設(shè)施等上中下游配套條件，按照統(tǒng)籌兼顧、因地制宜的原則，統(tǒng)籌管網(wǎng)、配送、市場消納等環(huán)節(jié)，科學(xué)發(fā)展煤制氣運(yùn)輸和利用項(xiàng)目，盡快建立和完善煤制氣的運(yùn)輸和利用政策。加強(qiáng)供需銜接和需求側(cè)管理，有序開發(fā)“煤改氣”利用項(xiàng)目。加大政府投入，利用市場機(jī)制優(yōu)化配置城鄉(xiāng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)資金，優(yōu)先確保家用、供暖等涉及居民生活的“煤改氣”項(xiàng)目；健全財政補(bǔ)貼政策，鼓勵公交車、出租車和私家車改裝為燃?xì)?、燃油兩用車，鼓勵購買燃?xì)馄嚕还I(yè)生產(chǎn)用氣項(xiàng)目要科學(xué)論證、正確決策，不可盲目擴(kuò)張，避免低水平重復(fù)建設(shè)帶來的新問題；大力推動分布式能源等高效利用項(xiàng)目，合理布局氣電項(xiàng)目及其規(guī)模。

另外，應(yīng)改進(jìn)投資項(xiàng)目的管理方式，盡快取消投資項(xiàng)目的行政審批，但對項(xiàng)目投資詳細(xì)信息應(yīng)在相關(guān)部門備案。政府部門、行業(yè)協(xié)會可以發(fā)布煤制氣領(lǐng)域投資規(guī)模和分布情況，引導(dǎo)企業(yè)理性投資。

再次，應(yīng)鼓勵對煤制氣生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的CO2進(jìn)行合理利用，并加強(qiáng)排放源等環(huán)節(jié)的監(jiān)管力度。

國際上，例如美國已成功采用CO2混相驅(qū)采油工藝，以使用和封存CO2。在我國，勝利、克拉瑪依、中原、長慶等油田也進(jìn)行了大量試驗(yàn)。研究結(jié)果顯示，目前我國需要并適合采用CO2混相驅(qū)采油工藝以提高采收率的低滲、特低滲石油儲量約為50億噸，可再提高采收率10%-15%、增產(chǎn)原油6億噸左右。按每增產(chǎn)1噸原油需要使用4噸-6噸CO2計算，產(chǎn)出6億噸原油共需使用25億-35億噸CO2。

為此，一方面要加大政府投入。盡快推廣試驗(yàn)和示范工程項(xiàng)目，鼓勵大規(guī)模使用和封存CO2；對采用CO2混相驅(qū)采油工藝提高采收率的生產(chǎn)企業(yè)，給予使用和封存CO2每噸50元-100元的財政補(bǔ)貼；對2025年以后新建的煤制氣廠要求必須使用CCS技術(shù)，對2020年之前獲準(zhǔn)建立的煤制氣廠要求最遲至2025年必須改裝CCS技術(shù)，沒有使用或改裝CCS技術(shù)的煤制氣廠每排放1噸CO2或其等價物均須獲得相應(yīng)的排放權(quán)；組織力量研究和完善適合中國煤制氣技術(shù)裝備特點(diǎn)的碳排放評價方法學(xué)，建立相關(guān)的國家溫室氣體排放清單指南。

另一方面，要加強(qiáng)煤制氣對大氣環(huán)境和水環(huán)境影響的監(jiān)管力度。強(qiáng)化對排放源的監(jiān)督管理，進(jìn)一步加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)管和水資源監(jiān)管，對排放源實(shí)施生產(chǎn)全過程控制；加強(qiáng)大氣污染執(zhí)法力度，提高違法成本；加強(qiáng)對使用和封存CO2技術(shù)設(shè)施的監(jiān)控。

另外，還要加強(qiáng)水資源和水源地保護(hù)，探索建立水權(quán)流轉(zhuǎn)的交易機(jī)制。

要加強(qiáng)水資源和水源地保護(hù)，探索通過市場機(jī)制解決與煤制氣項(xiàng)目用水相關(guān)的水資源開發(fā)、利用和保護(hù)問題。重點(diǎn)建立水權(quán)流轉(zhuǎn)的交易機(jī)制，并根據(jù)不同流轉(zhuǎn)方式在各流域、區(qū)域制定相關(guān)的執(zhí)行細(xì)則，其中交易機(jī)制應(yīng)包括水權(quán)流轉(zhuǎn)的分級分類管理制度、水權(quán)流轉(zhuǎn)論證制度、水權(quán)流轉(zhuǎn)的評價和審批制度等。

優(yōu)化與推廣行業(yè)間水權(quán)流轉(zhuǎn)，重點(diǎn)開展以下工作：擴(kuò)大水權(quán)轉(zhuǎn)換試點(diǎn)范圍，在供需矛盾突出地區(qū)試點(diǎn)建立區(qū)域總量控制基礎(chǔ)上的水權(quán)轉(zhuǎn)換；推進(jìn)省內(nèi)跨地市的水權(quán)轉(zhuǎn)換，以區(qū)域總量控制為基礎(chǔ)，以主體功能區(qū)規(guī)劃等為依據(jù)，擇時啟動跨地區(qū)水權(quán)轉(zhuǎn)換試點(diǎn)工作；完善水權(quán)流轉(zhuǎn)價格論證制度，建立監(jiān)測與評價體系；保護(hù)涉農(nóng)水權(quán)流轉(zhuǎn)中農(nóng)民的權(quán)益，建立并完善補(bǔ)償機(jī)制。應(yīng)盡快組織調(diào)研，加快推進(jìn)、著手建設(shè)南水北調(diào)西線工程。

最后，應(yīng)將技術(shù)引進(jìn)與自主創(chuàng)新相結(jié)合，大力支持企業(yè)自主創(chuàng)新。

宜將大型煤氣化設(shè)備和甲烷化關(guān)鍵技術(shù)、提高能效梯級利用技術(shù)、微藻生物柴油成套技術(shù)以及污水處理技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，列入國家重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目計劃并給予優(yōu)先安排，加大技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用方面的投入，加快技術(shù)引進(jìn)，大力支持企業(yè)自主創(chuàng)新。

應(yīng)依托現(xiàn)有煤制氣示范工程項(xiàng)目，加強(qiáng)對煤種適應(yīng)性廣、氣化壓力高、生產(chǎn)能力大、氣化效率高、耗水量低、對環(huán)境污染少的新一代煤氣化工藝等關(guān)鍵技術(shù)的自主創(chuàng)新和攻關(guān)，推進(jìn)高溫甲烷化合成和反應(yīng)器等技術(shù)裝備的研發(fā)，逐步形成適合我國煤質(zhì)特點(diǎn)的生產(chǎn)利用核心技術(shù)和自動化集成體系。

同時，加強(qiáng)產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合，支持關(guān)鍵共性技術(shù)研發(fā)，實(shí)施自主化依托工程，推進(jìn)煤制氣技術(shù)和裝備的自主化、國產(chǎn)化；通過技術(shù)改造等手段扶持掌握自主技術(shù)的骨干企業(yè)，鞏固和提高其核心競爭力；加大人才培養(yǎng)力度，支持建立企業(yè)技術(shù)研發(fā)中心與博士后科研流動站。