我國煤制天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究

吳永軍

關(guān)鍵詞：煤制天然氣;煤氣化;甲烷化

天然氣作為一種優(yōu)質(zhì)、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(fèi)量呈快速增長態(tài)勢。有報(bào)稱，至“十二五”末期天然氣缺口將達(dá)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(jié)構(gòu)的整體占比偏低，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家24%的平均水平。要實(shí)現(xiàn)天然氣在一次能源消費(fèi)中的比例目標(biāo)，保證天然氣供應(yīng)滿足民用和工業(yè)用氣量，需要進(jìn)一步增加天然氣供應(yīng)。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(fèi)結(jié)構(gòu)仍以煤為主。

1煤制天然氣技術(shù)

1.1煤氣化技術(shù)

煤氣化技術(shù)首選為Lurgi煤氣化工藝Lurgi爐是目前世界上應(yīng)用最多的碎煤加壓固定床煤氣化爐，目前有數(shù)百臺(tái)運(yùn)行使用，Lurgi工藝投資成本低，單線生產(chǎn)能力大，轉(zhuǎn)化率高，可操作性強(qiáng)，生產(chǎn)的合成天然氣品質(zhì)高，可以減輕甲烷化單元的負(fù)荷，節(jié)約建設(shè)投資和運(yùn)行成本;副產(chǎn)品種類多，技術(shù)成熟度高，經(jīng)過商業(yè)化規(guī)模的驗(yàn)證運(yùn)行穩(wěn)定。此外還有流化床氣化爐技術(shù)、BGL塊/碎煤熔渣氣化技術(shù)。煤氣化工藝在技術(shù)上是成熟的，目前國內(nèi)外公司和有關(guān)學(xué)者都將氣化技術(shù)的革新作為研發(fā)重心。主要?dú)饣に?1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(shù)是目前最經(jīng)濟(jì)最成熟的工業(yè)化技術(shù)，而加氫氣化和蒸汽催化氣化技術(shù)是在研究開發(fā)階段的新技術(shù)。目前國內(nèi)在建和開展前期研究的煤制天然氣項(xiàng)目均采用第一種成熟的工藝技術(shù)。對于后兩種技術(shù)，美國、日本、澳大利亞都在進(jìn)行積極的研究開發(fā)。

1.2甲烷化技術(shù)

丹麥托普索公司推出的一種煤制天然氣TREMP技術(shù)E4-61，采用托普索的專用催化劑，可將煤炭或生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為天然氣。煤炭先轉(zhuǎn)化為合成氣，再經(jīng)過一個(gè)耐硫的脫酸性氣體裝置去除H：s和過量的CO：。同時(shí)為防止甲烷化催化劑中毒，脫酸后的合成氣還需通過一個(gè)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(gè)甲烷化反應(yīng)器，H：與CO和CO：反應(yīng)生成CH。，反應(yīng)在300℃以上溫度進(jìn)行，以防止生成羰基鎳化合物。為了使反應(yīng)轉(zhuǎn)化完全，冷卻后的部分甲烷化后的合成氣陸續(xù)經(jīng)過2～3個(gè)串聯(lián)的甲烷化反應(yīng)器，以使CO幾乎完全轉(zhuǎn)化成CH。。從最后一個(gè)反應(yīng)器出來的氣體就是合格的產(chǎn)品氣。產(chǎn)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?xì)夤荆˙G公司）開發(fā)了使用CRG催化劑的工藝，將產(chǎn)于煤氣化爐的氫氣和一氧化碳?xì)怏w進(jìn)行甲烷化反應(yīng)。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(jì)90年代末期，Davy工藝技術(shù)公司獲得了將CRG技術(shù)對外轉(zhuǎn)讓許可的專有權(quán)，又進(jìn)一步優(yōu)化了CRG技術(shù)和催化劑，向市場推出了最新技術(shù)的CRG催化劑，即CEG—LH催化劑。美國巨點(diǎn)能源公司開發(fā)的一步法煤制天然氣技術(shù)，又稱“藍(lán)氣技術(shù)”。巨點(diǎn)能源技術(shù)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(shù)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(yīng)并生產(chǎn)出甲烷。其具有煤種適應(yīng)性廣泛、工藝簡單、設(shè)備造價(jià)低、節(jié)能、節(jié)水、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。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(chǎn)出的天然氣符合管道運(yùn)輸規(guī)格。此外，該工藝省去了除渣過程，減少了維護(hù)需求，增加了熱效率，又因?yàn)槭∪タ辗盅b置而降低了投資（該單元的投資占整個(gè)氣化裝置總投資的20%）。

1.3我國煤制天然氣技術(shù)

目前國內(nèi)發(fā)展煤制天然氣的技術(shù)已經(jīng)具備，時(shí)機(jī)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(shù)的主要作用一方面是將人工煤氣中的部分CO轉(zhuǎn)換為CH。，提高煤氣熱值，同時(shí)也降低煤氣中CO含量，以滿足國家標(biāo)準(zhǔn)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(shù)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(xiàng)目有30多個(gè)：投運(yùn)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(xiàng)目全部建成，2015年和2020年煤制天然氣產(chǎn)能將分別達(dá)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(shù)開發(fā)還未達(dá)到產(chǎn)業(yè)應(yīng)用階段，面對我國以煤為主的能源結(jié)構(gòu)現(xiàn)實(shí)，發(fā)展煤制合成天然氣產(chǎn)業(yè)，對我國具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，同時(shí)也需要考慮以下一些問題：

（1）煤炭主要分布在新疆、內(nèi)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(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，因此煤制天然氣的運(yùn)輸問題是一個(gè)必須考慮的關(guān)鍵問題。煤制天然氣生產(chǎn)基地應(yīng)靠近國家天然氣管網(wǎng)，應(yīng)當(dāng)允許入網(wǎng)或可以自行鋪設(shè)管網(wǎng)運(yùn)送到用氣地區(qū)。

（2）在項(xiàng)目建設(shè)中全面采用節(jié)水技術(shù)，提高水資源重復(fù)利用。優(yōu)化工藝流程和生產(chǎn)工藝用水方式，將產(chǎn)品生產(chǎn)過程中產(chǎn)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(fēng)險(xiǎn)歸』。

（3）煤制天然氣在我國屬于新興產(chǎn)業(yè)，國家應(yīng)盡快在煤制天然氣示范工程項(xiàng)目完成后進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，制定明確的產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策和規(guī)劃，指導(dǎo)該產(chǎn)業(yè)的有序、健康發(fā)展。

結(jié)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(guān)鍵是煤氣化技術(shù)及甲烷化技術(shù)，這兩項(xiàng)技術(shù)在國外已發(fā)展并應(yīng)用多年，比較成熟，中國經(jīng)過消化、吸收和創(chuàng)新，已經(jīng)初步找到了適合我國國情的煤制氣技術(shù)，同時(shí)還會(huì)推動(dòng)LNG產(chǎn)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(chǎn)基地的選址、運(yùn)輸、環(huán)境影響以及政策法規(guī)的規(guī)范等問題。

參考文獻(xiàn)：

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