陶康（長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430100）

淺談煤制天然氣技術(shù)進(jìn)展與發(fā)展前景

陶康（長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430100）

本文介紹了世界煤制天然氣的發(fā)展現(xiàn)狀以及生產(chǎn)工藝和未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。我國(guó)應(yīng)立足于國(guó)內(nèi)能源結(jié)構(gòu)，以城市燃?xì)鉃槟繕?biāo)，在富煤地區(qū)適度發(fā)展煤制天然氣，用以緩解國(guó)內(nèi)天然氣的供求矛盾，開(kāi)發(fā)更加合理的建設(shè)項(xiàng)目。

煤治天然氣；技術(shù)進(jìn)展；市場(chǎng)前景；發(fā)展建議

隨著世界各國(guó)對(duì)環(huán)保問(wèn)題的日益重視，節(jié)能減排的要求愈加提高。天然氣該清潔能源需求急劇攀升，且將來(lái)勢(shì)必供不應(yīng)求，而我國(guó)面臨著儲(chǔ)量不足，產(chǎn)量有限的局面，據(jù)報(bào)告指出2015年，全國(guó)天然氣的消費(fèi)量達(dá)到1500億立方米。要緩解我國(guó)的矛盾，需立足現(xiàn)有資源，實(shí)現(xiàn)多渠道資源供應(yīng)。煤制天然氣是代替石油產(chǎn)品的一種有效途徑，發(fā)展前景廣闊，已成為近期煤化工程的熱點(diǎn)投資領(lǐng)域。

1　煤制天然氣發(fā)展現(xiàn)狀

煤制天然氣技術(shù)可以追溯至20世紀(jì)70年代的石油危機(jī)，當(dāng)時(shí)南非、德國(guó)、美國(guó)等相繼建成了試驗(yàn)裝置，且實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)，取得了十分可喜的成就。在該基礎(chǔ)上，美國(guó)的大平原公司在1984年建成煤制天然氣工廠，利用褐煤高壓下甲烷化，產(chǎn)品含甲烷96%。80年代，中科院開(kāi)發(fā)出常壓水煤氣甲烷化技術(shù)，并相繼建成了諸多工廠，并取得了優(yōu)秀工業(yè)成果。由于國(guó)內(nèi)節(jié)能減排政策的貫徹，面對(duì)國(guó)內(nèi)“氣少煤富”的特點(diǎn)，引發(fā)了煤制天然氣項(xiàng)目的投資熱潮，2012年我國(guó)建成大唐克旗一期13.5億立方每年和新疆慶華一期13.5億立方米每年兩個(gè)煤制天然氣項(xiàng)目，我國(guó)項(xiàng)目多集中于內(nèi)蒙古和新疆。

2　煤制天然氣的優(yōu)勢(shì)

煤制天然氣是煤利用的最優(yōu)途徑，與其他煤制產(chǎn)品相比，優(yōu)勢(shì)十分突出，具體有一氧化碳和氫氣的接近完全轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化率和選擇性高，節(jié)能節(jié)水，熱效率高等。同時(shí)廢水無(wú)毒害，可直接作為循環(huán)水使用，對(duì)于制取甲醇和油，廢水必須深度處理方能排放。該工藝技術(shù)成熟，節(jié)省投資，流程簡(jiǎn)化，甲烷合成可在煤氣化壓力下完成，省去了多個(gè)環(huán)節(jié)。

3　煤制天然氣工藝

煤制天然氣工藝分成了一步法和二步法，前者是正在研究開(kāi)發(fā)的新工藝，后者是煤制天然氣的最傳統(tǒng)的工藝。

3.1一步法

一步法是利用原料煤直接合成甲烷的技術(shù)，從而得到煤制天然氣。目前只有美國(guó)的巨點(diǎn)能源公司開(kāi)發(fā)出該工藝，采用的是催化蒸氣甲烷化技術(shù)，也被成為藍(lán)氣技術(shù)。該工藝與傳統(tǒng)的二步法的區(qū)別在于藍(lán)氣技術(shù)實(shí)現(xiàn)了催化反應(yīng)的優(yōu)化，可以在一個(gè)加壓流化反應(yīng)器中完成氣化、變換和甲烷化的三個(gè)過(guò)程，從而將原料煤，蒸氣和催化劑在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)部完成轉(zhuǎn)化。藍(lán)氣技術(shù)具有工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備投資低、節(jié)能環(huán)保、煤種適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。但是該技術(shù)的難點(diǎn)是對(duì)催化劑的分離，還需進(jìn)一步完善。目前該技術(shù)正在進(jìn)行商業(yè)化的推廣和試行之中，我國(guó)的萬(wàn)向公司在新疆的一步法項(xiàng)目擬引進(jìn)藍(lán)氣技術(shù)，望該工藝得到更普遍的應(yīng)用。

3.2二步法

該工藝是通過(guò)以煤作原料進(jìn)行生產(chǎn)合成氣，凈化、轉(zhuǎn)化后，在催化劑的作用下發(fā)生甲烷的合成反應(yīng)。合成的天然氣需符合熱值要求，同時(shí)該工藝的副產(chǎn)品有石腦油、焦油和硫磺等工業(yè)原料。

該工藝的主要優(yōu)勢(shì)是采用廉價(jià)的坑口煤和簡(jiǎn)單的氣化工藝。其中出名的是德國(guó)魯奇公司開(kāi)發(fā)的魯奇碎煤加壓氣化技術(shù)和魯奇和英國(guó)燃?xì)夤竟餐_(kāi)發(fā)的BGL煤熔渣氣化技術(shù)。工藝的選擇對(duì)于全套裝置的投資十分關(guān)鍵，如今，BGLBGL煤熔渣氣化是首選，原料可為劣質(zhì)煤，具有蒸汽和氧用量少、投資低、氣化率高等優(yōu)點(diǎn)。二步法中的關(guān)鍵技術(shù)是甲烷化技術(shù)，目前最常用的有英國(guó)DAVY公司的兩段轉(zhuǎn)化技術(shù)、丹麥的TREMPTM工藝和德國(guó)的魯奇公司工藝。魯奇公司實(shí)現(xiàn)了早期的煤制天然氣的工業(yè)化生產(chǎn)，也創(chuàng)建了世界第一座煤制天然氣公司。催化工藝的性能取決于催化劑的選擇，進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)的Ni基催化劑有德國(guó)的BASF的G1系列催化劑、英國(guó)DAVY公司的CEG系列，丹麥TopsoeE的MCR～2X系列。

一步法工藝比二步法所需的設(shè)備少，投資低，技術(shù)成熟度高，因此應(yīng)用更為廣泛，是最為傳統(tǒng)的工藝，二步法需進(jìn)行技術(shù)改造方可得到長(zhǎng)足發(fā)展。

4　煤制天然氣的發(fā)展建議

（1）合理規(guī)劃煤制天然氣項(xiàng)目

隨著國(guó)內(nèi)天然氣需求增長(zhǎng)，各地投資項(xiàng)目紛紛出臺(tái)，但是不宜盲目發(fā)展，需要按照我國(guó)的政策要求，對(duì)于各項(xiàng)目進(jìn)行統(tǒng)籌考慮，合理布局。結(jié)合當(dāng)?shù)氐馁Y源承載能力、能源需求、消費(fèi)市場(chǎng)、交通情況、輸氣管網(wǎng)現(xiàn)狀進(jìn)行開(kāi)采。

（2）實(shí)現(xiàn)天然氣和其它副產(chǎn)品的聯(lián)產(chǎn)

在煤制天然氣制取后，同時(shí)生產(chǎn)出石腦油、硫磺、粗酚、焦油等副產(chǎn)品，可以依托這些附加值高的副產(chǎn)品獲得早期的經(jīng)濟(jì)效益，降低項(xiàng)目投資風(fēng)險(xiǎn)，還可以綜合煤化氣制取甲醇等化工產(chǎn)品，甚至利用高壓蒸汽進(jìn)行發(fā)電都是可行的。

（3）借助于國(guó)企管道優(yōu)勢(shì)，共同發(fā)展煤制天然氣

煤制天然氣借助于管道運(yùn)輸，可以節(jié)省生產(chǎn)成本，同時(shí)降低能源消耗。但是需及早的規(guī)劃配套管道的建設(shè)以及考慮消費(fèi)地的天然氣市場(chǎng)狀況。可以借助于國(guó)家重點(diǎn)管道工程，比如“西氣東輸”，“川氣東送”等聯(lián)合進(jìn)行分配銷(xiāo)售，促進(jìn)煤制天然氣產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

（4）對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化

如今的二步法由于技術(shù)成熟可靠，是當(dāng)前生產(chǎn)的主流工藝。對(duì)于我國(guó)來(lái)說(shuō)，甲烷化的關(guān)鍵技術(shù)還需進(jìn)口，極大的制約了我國(guó)的該工藝進(jìn)步。我國(guó)應(yīng)該集中研究突破，開(kāi)發(fā)出屬于自己國(guó)家的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)二步法的成套技術(shù)的獨(dú)立自主研發(fā)。

［1］王家誠(chéng)，趙志林，閆長(zhǎng)樂(lè)，等.2007年中國(guó)能源發(fā)展報(bào)告［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2007.123～136.

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