我國煤制天然氣產業(yè)發(fā)展研究

吳永軍

關鍵詞：煤制天然氣;煤氣化;甲烷化

天然氣作為一種優(yōu)質、清潔能源，在世界各國對環(huán)境問題日益重視、節(jié)能減排力度日益增加的大環(huán)境下，優(yōu)勢地位日益突出。近年來，我國天然氣消費量呈快速增長態(tài)勢。有報稱，至“十二五”末期天然氣缺口將達到1300億m3，天然氣對外依存度將越來越大。天然氣在我國能源結構的整體占比偏低，遠低于發(fā)達國家24%的平均水平。要實現(xiàn)天然氣在一次能源消費中的比例目標，保證天然氣供應滿足民用和工業(yè)用氣量，需要進一步增加天然氣供應。而我國的能源國情是“富煤、少油、缺氣”，煤炭資源豐富決定了我國在今后至少20年的能源消費結構仍以煤為主。

1煤制天然氣技術

1.1煤氣化技術

煤氣化技術首選為Lurgi煤氣化工藝Lurgi爐是目前世界上應用最多的碎煤加壓固定床煤氣化爐，目前有數百臺運行使用，Lurgi工藝投資成本低，單線生產能力大，轉化率高，可操作性強，生產的合成天然氣品質高，可以減輕甲烷化單元的負荷，節(jié)約建設投資和運行成本;副產品種類多，技術成熟度高，經過商業(yè)化規(guī)模的驗證運行穩(wěn)定。此外還有流化床氣化爐技術、BGL塊/碎煤熔渣氣化技術。煤氣化工藝在技術上是成熟的，目前國內外公司和有關學者都將氣化技術的革新作為研發(fā)重心。主要氣化工藝31可分為蒸汽-純氧氣，加氫氣化和催化蒸汽氣化三種工藝。蒸汽-純氧氣化技術是目前最經濟最成熟的工業(yè)化技術，而加氫氣化和蒸汽催化氣化技術是在研究開發(fā)階段的新技術。目前國內在建和開展前期研究的煤制天然氣項目均采用第一種成熟的工藝技術。對于后兩種技術，美國、日本、澳大利亞都在進行積極的研究開發(fā)。

1.2甲烷化技術

丹麥托普索公司推出的一種煤制天然氣TREMP技術E4-61，采用托普索的專用催化劑，可將煤炭或生物質轉化為天然氣。煤炭先轉化為合成氣，再經過一個耐硫的脫酸性氣體裝置去除H：s和過量的CO：。同時為防止甲烷化催化劑中毒，脫酸后的合成氣還需通過一個脫硫床去除剩余的微量硫化物組分。隨后合成氣與循環(huán)氣混合來控制最高升溫并通過第一個甲烷化反應器，H：與CO和CO：反應生成CH。，反應在300℃以上溫度進行，以防止生成羰基鎳化合物。為了使反應轉化完全，冷卻后的部分甲烷化后的合成氣陸續(xù)經過2～3個串聯(lián)的甲烷化反應器，以使CO幾乎完全轉化成CH。。從最后一個反應器出來的氣體就是合格的產品氣。產品氣主要以CH。為主，其中包含微量的H，、CO：及N：和Ar等惰性氣體。英國燃氣公司（BG公司）開發(fā)了使用CRG催化劑的工藝，將產于煤氣化爐的氫氣和一氧化碳氣體進行甲烷化反應。美國大平原煤制天然氣工廠使用了與BG公司相類似的工藝，并且CRG催化劑己在該裝置上成功地使用了很多年，充分證明了CRG催化劑在工業(yè)化規(guī)模的煤制天然氣裝置上的適用性。20世紀90年代末期，Davy工藝技術公司獲得了將CRG技術對外轉讓許可的專有權，又進一步優(yōu)化了CRG技術和催化劑，向市場推出了最新技術的CRG催化劑，即CEG—LH催化劑。美國巨點能源公司開發(fā)的一步法煤制天然氣技術，又稱“藍氣技術”。巨點能源技術通過使用新的催化劑來打斷碳鍵，并將煤變成清潔燃燒的甲烷（天然氣）。這種一步法制造甲烷的技術被稱做“催化煤甲烷化”。通過在煤氣化裝置中加入催化劑，在加壓流化氣化爐中一步合成煤基天然氣，可以降低汽化裝置的操作溫度，在溫和的“催化”條件下，直接催化反應并生產出甲烷。其具有煤種適應性廣泛、工藝簡單、設備造價低、節(jié)能、節(jié)水、環(huán)保等優(yōu)點。除了褐煤、次煙煤等煤基能源外，瀝青砂、石油焦和渣油等低成本碳也可作為原料，生產出的天然氣符合管道運輸規(guī)格。此外，該工藝省去了除渣過程，減少了維護需求，增加了熱效率，又因為省去空分裝置而降低了投資（該單元的投資占整個氣化裝置總投資的20%）。

1.3我國煤制天然氣技術

目前國內發(fā)展煤制天然氣的技術已經具備，時機已基本成熟。煤制天然氣從一開始就在一定程度上得到了國家支持。我國甲烷化技術的主要作用一方面是將人工煤氣中的部分CO轉換為CH。，提高煤氣熱值，同時也降低煤氣中CO含量，以滿足國家標準對人丁城市煤氣的要求;另一方面是合成氣精制，即通過甲烷化技術脫除少量CO和CO，一般是用于合成氨廠。目前我國擬建、在建煤制天然氣項目有30多個：投運廣東大鵬、福建莆田和上海洋山港等，并在東南沿海建成10多座我國液化天然氣（1iquefiednaturalgas，簡稱LNG）接收站，如江蘇如東四座LNG接收站、大連新港LNG等。若項目全部建成，2015年和2020年煤制天然氣產能將分別達到440億m3和1270億m3，接收能力也將超過600億立方米Ho。

2.我國煤制合成天然氣需要考慮的問題

我國的煤制合成天然氣技術開發(fā)還未達到產業(yè)應用階段，面對我國以煤為主的能源結構現(xiàn)實，發(fā)展煤制合成天然氣產業(yè)，對我國具有重要的現(xiàn)實意義，同時也需要考慮以下一些問題：

（1）煤炭主要分布在新疆、內蒙及山西等地，而天然氣的主要使用地卻在東部和南部地區(qū)等經濟發(fā)達地區(qū)，因此煤制天然氣的運輸問題是一個必須考慮的關鍵問題。煤制天然氣生產基地應靠近國家天然氣管網，應當允許入網或可以自行鋪設管網運送到用氣地區(qū)。

（2）在項目建設中全面采用節(jié)水技術，提高水資源重復利用。優(yōu)化工藝流程和生產工藝用水方式，將產品生產過程中產生的廢氣、廢水以及固體廢棄物加以回收利用，最大限度地減少用水、少排水、不排水，可有效規(guī)避因環(huán)境污染和資源消耗高而帶來的各種風險歸』。

（3）煤制天然氣在我國屬于新興產業(yè)，國家應盡快在煤制天然氣示范工程項目完成后進行經驗總結，制定明確的產業(yè)發(fā)展政策和規(guī)劃，指導該產業(yè)的有序、健康發(fā)展。

結語

我國作為煤業(yè)大國，大力發(fā)展煤制天然氣是滿足不斷增長的天然氣需求的良策。煤制天然氣的關鍵是煤氣化技術及甲烷化技術，這兩項技術在國外已發(fā)展并應用多年，比較成熟，中國經過消化、吸收和創(chuàng)新，已經初步找到了適合我國國情的煤制氣技術，同時還會推動LNG產業(yè)鏈的發(fā)展，發(fā)展空間很大，前景看好。目前在我國發(fā)展煤制天然氣需要考慮的是：生產基地的選址、運輸、環(huán)境影響以及政策法規(guī)的規(guī)范等問題。

參考文獻：

[1]周明燦.煤制天然氣產業(yè)發(fā)展及技術分析[J].化工設計，2017，27（06）：7-10+1.DOI：10.15910/j.cnki.1007-6247.2017.06.003.

[2]國家能源局：規(guī)范煤制油煤制天然氣產業(yè)發(fā)展[J].中國煤炭工業(yè)，2014（08）：8-9.

[3]鮑喜軍.煤制天然氣產業(yè)發(fā)展前景分析[J].科技與企業(yè)，2014（07）：280.DOI：10.13751/j.cnki.kjyqy.2014.07.259.