煤制天然氣工藝技術選擇原則的分析與探討

胡曉磊（內蒙古大唐國際克什克騰煤制天然氣有限責任公司,內蒙古 赤峰 025350）

煤制天然氣工藝在中國并不是新型項目，對這一工藝技術的研究始于上世紀七十年代，從整體上分，可劃分為煤氣化轉化技術和直接合成天然氣技術。

我國開展對煤制天然氣工藝技術的研究，是在一定的能源背景下展開的，我國的能源結構是：煤多、氣少、油缺。這種能源分布結構在一定程度上影響了經濟發展對能源的利用手段，而煤炭資源的大量使用，也會對自然環境產生惡劣的影響。

煤制天然氣工藝技術研究，本質上是對煤氣化轉化技術的研究，是將煤炭能源轉化成一種新的清潔的天然氣能源。這一工藝技術的優點就在于，減少直接燃煤造成的污染、節約了運輸成本、提高煤炭利用效率等。

煤制天然氣工藝技術，簡單地說，就是以煤炭為原料，經過一系列的化學和物理反應過程，在催化劑的作用下產生天然氣的主要成分——甲烷。

煤制天然氣的直接合成理論非常簡單，主要利用煤炭能源中的碳和氫，但實際的轉化工藝卻十分復雜，從現實角度來說是無法形成純粹的甲烷氣體（CH4）的，因此煤制天然氣本質上是得到了一種“富甲烷氣體”，即一種甲烷成分較高的混合型燃燒氣體；總體來說，煤制天然氣技術屬于是新型技術，主要利用燃燒值比較低的褐煤作為材料，其中催化劑工藝是轉化的關鍵。

本文以下通過介紹煤制天然氣項目的特征和工藝技術選擇的原擇，結合對煤氣化技術的分析，為我國煤制天然氣項目工藝技術的選擇提供參考和依據。

1 煤制天然氣項目發展的相關問題

從市場角度來說，發展煤制天然氣項目的主要原因來自于需求。一方面，我國的工業現代化發展越來越快，對于能源的多樣性有諸多要求，另一方面，隨著我國城鎮化發展的步伐加快，能源消耗的種類和比例也在變化。以普通居民對能源的需求，以往以煤炭作為生活能源的方式，逐漸被清潔、廉價和高效的天然氣能源所代替，這也是促進社會對天然氣需求增長的主要原因。

考慮到我國天然氣自然儲量人均并不多，供給不平衡等原因，我國逐年放開了對天然氣的進口力度，2013年曾經達到對外依賴度的峰值，全年進口天然氣比例高達30%，但這依然無法滿足社會需要。

煤制天然氣技術是當前最值得研究的能源技術之一，它具有強大的生命力。煤制天然氣項目的一般特點是：滿足資源密集型、技術密集型、資金密集型，這也就意味著，一個煤制天然氣項目，首先要具有豐富的原煤資源作為后盾，同時需要針對煤炭技術、自動化設備技術、煤氣化技術等相應的工藝技術人才，最后一項也是最關鍵的，需要大量的資金作為支撐，資金一旦無法緊密的供應，整個項目的建設周期和效益周期就會延長。

2 煤制天然氣項目工藝技術選擇原則

要充分滿足社會生產生活對天然氣能源的需求，就需要大產量的生產企業，當前我國煤炭資源豐富的中西部地區，已經出現了多個大型煤制天然氣項目。而對于選擇使用的工藝，又要具體根據實際的生產情況才能夠判定，如煤質優劣、水資源、氣候環境等，不能一言蔽之。總體而言，選擇工藝技術有如下的原則：

首先，所選用的工藝技術具有可靠性。所謂可靠性原則，是指整個項目運行而言，而非針對原煤供應。煤制天然氣涉及的投資規模很大，項目一旦開工就意味著將持續不斷地運轉下去，以在最短的時間內得到投資回報，所以，大部分設備和機器的運行幾乎是全天候的、滿負荷的、長周期的，要在這樣一種狀態下保持安全、穩定生產，生產工藝必須可靠、穩定，否則一旦出現問題就會影響整個企業的生產，在維修方面耗時過長。

其次，所選用的工藝技術具有先進性。先進性原則是在任何一種工藝技術中都存在的屬性，技術的先進性包括在兩方面上，第一是生產工藝技術帶來的節能高效優勢，這樣可以以最少的代價，來獲取最大的收益；第二是生產設備的先進性，設備的先進性可以延長生命周期，在正常運轉的狀態下，單位時間的工作效率更高。

再次，所選用的工藝技術具有適應性。所謂的適應性，主要是指與煤炭資源，即煤質的適應性。一般來說，煤制天然氣項目都會選擇建在煤炭資源較為豐富的區域，但不同區域的煤質是不同的，在保持煤炭供應穩定的同時，必須對地下煤炭資源的成分進行研究，不同的煤質，也要采用不同的技術。事實上，煤氣化工藝的發展一直都是建立在煤質調查的基礎上的，也就是說，先確定煤質，再確定工藝技術。

第四，所選用的工藝技術具有匹配性。煤氣化的過程不是一蹴而就的，需要多種設備之間的關聯生產，因此所使用的技術必須能夠匹配所有設備產品。

3 煤氣化工藝技術選擇

煤制天然氣項目對煤氣化工藝技術的選擇，總結起來因素主要包括：煤質、環境、設備等方面，就煤氣化工藝技術本身而言，主要有三種，分別是固定床氣化、流化床氣化和氣流床氣化。

下面分別介紹其特點，煤制天然氣項目可以根據實際需要進行選擇（包括改進）。

第一種，固定床氣化。固定床氣化也被稱之為移動床氣化，只是相對于煤炭添加方式不同而言的，但統一的技術原理在于通過底部加入氣化劑，煤炭與氣化劑逆流發生作用，灰渣會從底部排出。

固定床氣化也分為兩種，即常壓固定床氣化和加壓固定床氣化。

就國內而言，常壓固定床氣化的生產規模不大，如果用于大型煤制天然氣項目，一方面產能不高，另一方面還會造成管理上的混亂，因此不建議使用這種工藝。

相對而言，加壓固定床氣化更適合大規模的生產，主要使用的裝置是魯奇爐，國內最典型的技術為碎煤加壓氣化，相對比較成熟。

第二種，流化床氣化。流化床氣化的特點是，將氣化劑輸入到氣化反應爐內部之后，顆粒細小的煤粉就處于流動狀態，簡單地說，氣化劑會吹動煤炭顆粒在高溫（950-1100攝氏度）下發生氣化反應，在完成能量轉化之后，灰渣自動從底部脫離；由于這種工藝可以充分發揮煤炭顆粒的預處理作用，所以一些質量和燃燒值并不優秀的煤炭資源，也可以作為原料。同時，這種工藝方式還會減少粗煤氣中焦油、酚類等有害物質的含量，是一種非常理想的煤制天然氣氣化工藝，也是目前世界范圍內廣泛研究的技術。

第三種，氣流床氣化。就國內而言，目前氣流床氣化的應用并不廣泛。這種工藝技術以粉煤為原料，按照輸送載體的不同又可以分為“干法進料”和“濕法進料”兩種；其工藝特點主要有煤種適應性強、氣化溫度高（爐內反應區最高溫度可達2000℃）和氣化效率高、氣化強度大等特點；同時，由于爐內反應溫度高，對氣化反應爐的冷卻方式也提出了較高的要求，而且整個系統和操作也更為復雜。

盡管這種氣流床氣化技術的應用并不廣泛，但其優勢卻很明顯，它可以更徹底的對煤炭資源進行利用，所生成的物質中，焦油、芳香烴環化合物等污染物更少，對環境的破壞程度小。從長遠來開，積極研究這一技術的應用，對我國的大型煤制天然氣項目發展具有重要意義。

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