煤制天然氣氣質產品組成分析

劉 巖

遼寧大唐國際阜新煤制天然氣有限責任公司

煤制天然氣氣質產品組成分析

劉 巖

遼寧大唐國際阜新煤制天然氣有限責任公司

煤制天然氣不同于常規開采的天然氣，是通過化工過程合成的富含甲烷的燃氣，產品氣的化學組成決定了最終產品氣的質量，而產品氣中各組分的含量水平受整個生產工藝流程中不同單元工序的影響。結合現有單元過程的技術水平，本文分析了在正常操作條件下煤制天然氣各個單元工序對最終產品氣體組分含量的影響。基于工業生產結果和項目設計數據，歸納分析了現有生產水平下煤制天然氣組分的含量水平，并討論了產品氣中甲烷含量與產品熱值的關系。

煤制天然氣；產品質量；組成

能源問題早已成為世界各國關注的焦點，某種程度上嚴重影響著國家經濟的發展，人民生活水平的改善，與國計民生息息相關。煤作為一種化石能源，隨著石油儲量的減少，其開發利用早已走入人們的視野，煤制油，煤制烯烴，煤制天然氣等等早已成為多國科學家的研究課題，并且好多技術已經用于生產或有大型試驗裝置。

1 國內煤制天然氣工藝

1.1 加壓移動床(固定床)氣化

固態排渣魯奇爐在國內外應用較廣泛。優點為原料適應性較好，單爐生產能力較大，氣化壓力較高，合成氣氫碳比適中，氣化煤時，可得到焦油、中油、輕油、粗酚氨等副產品；其缺點是煤氣化產生廢水量大并且處理難度大，合成氣質量較差(含1096左右甲烷)。

1.2 流化床氣化爐工藝

(1)ICC灰容聚氣化爐。此氣化爐于2001年累計運行8000h以上，所得煤氣滿足合成氨生產需要。此技術由中國科學院山西煤化所開發應用于陜西省一家企業。(2)其他流化床氣化技術。由我國自主研發并建示范廠的有，江蘇大學開發成功的FM1.6－Ⅰ型氣化爐，1998年鄭州建成首個示范煤氣站，兩臺爐產氣50000Nm3/d，向居民小區提供燃料氣；由上海申江化肥成套設備有限公司與寧夏吳忠富榮化肥工業有限公司聯合開發的載熱體常壓循環流化床粉煤氣化技術，于2000年進行了煤氣產量為3000Nm3/h的工業性試驗，2002年8月達到連續運行。

2 煤制天然氣項目的技術經濟可行性探討

2.1 技術方面

目前，國際上成熟的煤制天然氣的技術路線為煤氣化甲烷化工藝。該工藝通過煤氣化將煤轉化為粗合成氣(主含CO和H2)，粗合成氣經水蒸汽變換、凈化(脫硫、脫碳)后進行甲烷化反應。

煤制天然氣的整體工藝流程較短，大部分技術已較為成熟，且已在美國大平原氣化廠有20余年的成功運行經驗。因此，可以說煤制天然氣項目的運營基本不存在顛覆性的技術風險，而最大的技術難題可能將出現在廢水“零排放”方面。企業應根據項目現場水源、地質等情況進行取舍，而不是單純以“零排放”口號作為項目技術上的亮點。

2.2 經濟性方面

國家發改委大幅提高了國內天然氣門站價，這為國內煤制天然氣項目提供了實質的利好，也給即將開工以及規劃上馬的煤制天然氣項目注入了一支強心劑。然而在大家對煤制天然氣項目的經濟效益充滿信心的形勢下，我們還是要對煤制天然氣項目的效益提出一些擔憂。

首先，煤制天然氣企業在項目決策前需認真考慮無法入網以及該期間可能產生的財務成本問題。以300億投資的40億m3/a煤制天然氣項目為例，貸款利息1年就是十幾個億，即使分期建設，財務成本也是一個沉重的負擔，這將直接影響煤制天然氣的成本。

其次，煤制天然氣對水資源要求較高，這也是煤化工的通病。同時，煤制天然氣廢水中含有大量的酚類，烷烴類，芳香烴類和雜環類等物質，屬于難降解廢水，因此水耗大和廢水難處理是煤制天然氣項目的一個攔路虎。雖然目前煤化工企業聲稱可實現廢水零排放，但實際運行效果往往并不理想，實現達標排放已屬不易。但無論爭議如何，隨著我國對于環保要求的逐步提升，煤制天然氣項目必將為不斷提高的環保成本上進行買單，并顯著地體現在煤制天然氣的成本上。

2.3 考慮天然氣漲價對煤制天然氣產業的影響

2013年6月28日，國家發改委下發關于天然氣價格調整方案。天然氣門站價的上漲無疑是對煤制天然氣項目的絕對利好，但在利好面前，新進企業尤其是煤制氣、頁巖氣等非常規天然氣的新進企業也不能盲目樂觀，仍要看清國內天然氣的市場現狀。

我國天然氣市場結構仍是一種壟斷性的市場結構，基于目前的國家政策來看，天然氣門站價的本輪上漲，最大受益者實際上是掌握了上游資源的三大石油公司，三大石油公司通過本輪漲價大大的降低了其進口管道氣和LNG的虧損，其在國內天然氣領域的壟斷市場地位更為牢固，競爭力更為強勁。因此，煤制天然氣等相關非常規油氣企業還需從自身出發，從項目的綜合效益出發對項目開展決策研究。

3 影響產品組成的關鍵單元裝置

總體而言，煤制天然氣產品組成由兩個部分組成：一部分是提供熱值的組分，包括具有最大含量的甲烷組分和一定數量的氫氣，其組成取決于甲烷化催化劑對原料氣的轉化率和對目標產物甲烷的選擇性；另一部分是不提供熱值的惰性氣體，其成分和含量由各級工藝單元引入或脫除雜質氣體的控制指標決定。可見，在現有技術水平條件下，煤制天然氣各生產單元都對最終的產品組成產生一定的影響。生產工藝流程包括多個工藝單元，每個單元工藝又可以有不同的技術方案，通常根據原料煤的性質選擇單元技術方案，因此將會得到不同的產品結構。

分析研究煤制天然氣生產工藝主要單元，如空分、煤氣化、水氣變換、脫酸性氣、甲烷化、干燥等對煤制天然氣產品組成的影響，尤其需要明確影響煤制天然氣產品組成的關鍵單元，以便于為技術比選、產品質量控制提供指導。

單元裝置操作的精細化和技術指標的提高，有利于提高CH4選擇性，同時也提升了產品氣的熱值，增強煤制天然氣與常規天然氣的互換性，但是需要付出高操作成本和高能耗的代價。因此，煤制天然氣的技術經濟性分析，首要是產品氣需要滿足國家和行業標準對天然氣技術指標的強制性要求，其次是需要考慮裝置工藝過程的穩定操作和成本最低化。

[1] 趙澤秀，張忠平.石油天然氣與煤制天然氣生產區別和優勢[J].煤炭加工與綜合利用，2014，(6)：9-14.

[2] 賀永德.煤化工技術手冊[M].第二版.北京：化學工業出版社，2010：374-586.