论文部分内容阅读
摘要：天然气作为一种优质、清洁能源，在世界各国对环境问题日益重视、节能减排力度日益增加的大环境下，优势地位日益突出。煤制天然气的技术核心是煤气化技术和甲烷化技术。本文介紹了煤制天然气技术发展现状，并对国内煤制天然气产业的发展提出了一些建议，以供参考。
关键词：煤制天然气；发展现状；建议
1、国煤制天然气发展现状
我国煤制天然气发展研究开始于上个世纪八十年代，相关的科研单位通过煤气甲烷化研究成功进行了煤制天然气实验，但是目前自主煤制天然气应用规模较小，技术应用还不能满足大型煤制天然气项目对工艺流程的要求，我国煤制天然气发展应用的工艺大多采用国外的二步法工艺，一步法工艺依然处于开始阶段，尚未实现大规模推广。我国煤制天然气项目采用二步法工艺已经取得了非常显著的成效，在二步法技术研究和工艺流程优化方面逐渐探索出新方法、新工艺，提高了煤制天然气生产效率。但是我国煤制天然气在核心工艺和技术方面还尚未取得重大突破，在废水处理、甲烷化催化剂、管道建设方面还存在技术性问题，需要加快处理碎煤加压气化废水中含酚废水处理、高温高压蒸汽二次利用问题、甲烷催化剂国产化问题，以及管道建设并网发展、天然气议价权等进展。
2、煤制天然气技术
2.1煤气化技术
煤气化技术首选为Lurgi煤气化工艺。Lurgi工艺投资成本低，单线生产能力大，转化率高，可操作性强，生产的合成天然气品质高，可以减轻甲烷化单元的负荷，节约建设投资和运行成本；副产品种类多，技术成熟度高，经过商业化规模的验证运行稳定。此外还有流化床气化炉技术、BGL块/碎煤熔渣气化技术。煤气化工艺在技术上是成熟的，目前国内外公司和有关学者都将气化技术的革新作为研发重心。主要气化工艺可分为蒸汽-纯氧气化，加氢气化和催化蒸汽气化三种工艺。蒸汽-纯氧气化技术是目前最经济最成熟的工业化技术，而加氢气化和蒸汽催化气化技术是在研究开发阶段的新技术。目前国内在建和开展前期研究的煤制天然气项目均采用第一种成熟的工艺技术。
2.2甲烷化技术
（1）CRG技术
CRG技术又称为戴维甲烷化，是英国燃气公司开发的将液化气替代煤作为原料生产城市煤炭的一种技术。戴维甲烷化应用时间较早于1964年开始逐渐应用于商业装置，目前戴维甲烷化有两种工艺：一种是甲烷化前需要调整H/C的甲烷化工艺，一种是不需要调整H/C的甲烷工艺。戴维甲烷化工艺具有非常优秀的单线生产能力，而且催化剂寿命非常长，活性化效果好工作状态稳定。戴维甲烷化研究和应用时间较早，生产工艺技术非常成熟，可以很好的降低循环比且压缩机能耗低，煤制天然气采用戴维甲烷化，每1000m3天然气副产约3.0t高压过热蒸汽，能源利用率非常高但是能耗确很低，在我国具有广泛的应用前景，采用戴维甲烷化煤炭天然气技术产品可以完全达到国际对天然气的标准以及天然气运输管道要求。
（2）鲁奇甲烷化技术
典型的鲁奇甲烷化装置有3台固定床甲烷化反应器，包括2台高温反应器和1台低温反应器。甲烷化反应主要发生在高温反应器内，高温反应器中未反应的CO在低温反应器中继续转化为CH。高温反应器采用部分反应气循环进料的方式，来自上游工段的新鲜合成气分成2股，一股与循环气混合后进入第1高温反应器，反应后的气体与另一股新鲜合成气混合后进人第2高温反应器。第2高温反应器一部分出口气体经冷却、压缩循环返回第1高温反应器入口，其余送入低温反应器生产出合格的合成天然气。甲烷化产生的余热主要通过副产中压饱和蒸汽和预热原料气进行回收。鲁奇甲烷化技术目前采用戴维公司的催化剂，甲烷化反应温度较低，高温反应器出口气体温度≥400℃。
（3）TMEMP技术
丹麦托普索公司推出的一种煤制天然气TREMP技术，采用托普索的专用催化剂，可将煤炭或生物质转化为天然气。煤炭先转化为合成气，再经过一个耐硫的脱酸性气体装置去除H2S和过量的CO2。同时为防止甲烷化催化剂中毒，脱酸后的合成气还需通过一个脱硫床去除剩余的微量硫化物组分。随后合成气与循环气混合来控制最高升温并通过第一个甲烷化反应器，H2与CO和CO2反应生成CH4，反应在300℃以上温度进行，以防止生成羰基镍化合物。为了使反应转化完全，冷却后的部分甲烷化后的合成气陆续经过2～3个串联的甲烷化反应器，以使CO几乎完全转化成CH4。从最后一个反应器出来的气体就是合格的产品气。产品气主要以CH4为主，其中包含微量的H2、CO2及N2和Ar等惰性气体。
3、煤制天然气的发展建议
3.1合理规划煤制天然气项目
随着国内天然气需求增长，各地投资项目纷纷出台，但是不宜盲目发展，需要按照我国的政策要求，对于各项目进行统筹考虑，合理布局。结合当地的资源承载能力、能源需求、消费市场、交通情况、输气管网现状进行开采。
3.2立足现有天然气管道，协同推进煤制天然气产业
目前我国能源分布存在地域不均问题，我国能源消费重点是东部沿海地区，消费需求旺盛，但是，我国能源供给主要是中西部，因此煤制天然气需要进行管道运输。目前，我国煤制天然气在内蒙古、新疆、陕西等地投入生产的工业均在不同程度上受到天然气运输问题的制约，而自建管道的运营成本过高，煤制天然气生产成本过大，会进一步降低企业盈利能力。而我国大型国企中石油、中石化均有西气东输等管道运输，煤制天然气企业要加强与大型国企合作，立足现有天然气管道，加快天然气运输，降低管道建设运营费用，提高煤制天然气企业盈利能力。
3.3实现天然气和其它副产品的联产
在煤制天然气制取后，同时生产出石脑油、硫磺、粗酚、焦油等副产品，可以依托这些附加值高的副产品获得早期的经济效益，降低项目投资风险，还可以综合煤化气制取甲醇等化工产品，甚至利用高压蒸汽进行发电都是可行的。
3.4加快煤制天然气产业技术升级
加快煤制天然气产业技术升级，要积极立足煤制天然气技术发展实际，优化和改进二步法技术，同时注重技术的创新。此外，要积极探索一步法煤制天然气技术，对蓝气技术积极吸收，探索新型甲烷化催化剂，处理好煤制天然气废水和设施设备运行问题，最终掌握核心科技，建设国产化具有国际先进水平的煤制天然气产业。
4、结束语
煤制天然气的发展符合我国能源结构煤炭数量多、天然气缺口大的特征，具有广泛的市场应用前景。随着我国煤制天然气技术在甲烷化、催化剂、工艺流程简化方面的研究发展，未来煤制天然气会进一步发展壮大。
参考文献：
[1]煤制天然气发展可行性分析[J].高艳，刘建锋，牛丽君.广东化工.2014（16）.
（作者单位：内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司）
关键词：煤制天然气；发展现状；建议
1、国煤制天然气发展现状
我国煤制天然气发展研究开始于上个世纪八十年代，相关的科研单位通过煤气甲烷化研究成功进行了煤制天然气实验，但是目前自主煤制天然气应用规模较小，技术应用还不能满足大型煤制天然气项目对工艺流程的要求，我国煤制天然气发展应用的工艺大多采用国外的二步法工艺，一步法工艺依然处于开始阶段，尚未实现大规模推广。我国煤制天然气项目采用二步法工艺已经取得了非常显著的成效，在二步法技术研究和工艺流程优化方面逐渐探索出新方法、新工艺，提高了煤制天然气生产效率。但是我国煤制天然气在核心工艺和技术方面还尚未取得重大突破，在废水处理、甲烷化催化剂、管道建设方面还存在技术性问题，需要加快处理碎煤加压气化废水中含酚废水处理、高温高压蒸汽二次利用问题、甲烷催化剂国产化问题，以及管道建设并网发展、天然气议价权等进展。
2、煤制天然气技术
2.1煤气化技术
煤气化技术首选为Lurgi煤气化工艺。Lurgi工艺投资成本低，单线生产能力大，转化率高，可操作性强，生产的合成天然气品质高，可以减轻甲烷化单元的负荷，节约建设投资和运行成本；副产品种类多，技术成熟度高，经过商业化规模的验证运行稳定。此外还有流化床气化炉技术、BGL块/碎煤熔渣气化技术。煤气化工艺在技术上是成熟的，目前国内外公司和有关学者都将气化技术的革新作为研发重心。主要气化工艺可分为蒸汽-纯氧气化，加氢气化和催化蒸汽气化三种工艺。蒸汽-纯氧气化技术是目前最经济最成熟的工业化技术，而加氢气化和蒸汽催化气化技术是在研究开发阶段的新技术。目前国内在建和开展前期研究的煤制天然气项目均采用第一种成熟的工艺技术。
2.2甲烷化技术
（1）CRG技术
CRG技术又称为戴维甲烷化，是英国燃气公司开发的将液化气替代煤作为原料生产城市煤炭的一种技术。戴维甲烷化应用时间较早于1964年开始逐渐应用于商业装置，目前戴维甲烷化有两种工艺：一种是甲烷化前需要调整H/C的甲烷化工艺，一种是不需要调整H/C的甲烷工艺。戴维甲烷化工艺具有非常优秀的单线生产能力，而且催化剂寿命非常长，活性化效果好工作状态稳定。戴维甲烷化研究和应用时间较早，生产工艺技术非常成熟，可以很好的降低循环比且压缩机能耗低，煤制天然气采用戴维甲烷化，每1000m3天然气副产约3.0t高压过热蒸汽，能源利用率非常高但是能耗确很低，在我国具有广泛的应用前景，采用戴维甲烷化煤炭天然气技术产品可以完全达到国际对天然气的标准以及天然气运输管道要求。
（2）鲁奇甲烷化技术
典型的鲁奇甲烷化装置有3台固定床甲烷化反应器，包括2台高温反应器和1台低温反应器。甲烷化反应主要发生在高温反应器内，高温反应器中未反应的CO在低温反应器中继续转化为CH。高温反应器采用部分反应气循环进料的方式，来自上游工段的新鲜合成气分成2股，一股与循环气混合后进入第1高温反应器，反应后的气体与另一股新鲜合成气混合后进人第2高温反应器。第2高温反应器一部分出口气体经冷却、压缩循环返回第1高温反应器入口，其余送入低温反应器生产出合格的合成天然气。甲烷化产生的余热主要通过副产中压饱和蒸汽和预热原料气进行回收。鲁奇甲烷化技术目前采用戴维公司的催化剂，甲烷化反应温度较低，高温反应器出口气体温度≥400℃。
（3）TMEMP技术
丹麦托普索公司推出的一种煤制天然气TREMP技术，采用托普索的专用催化剂，可将煤炭或生物质转化为天然气。煤炭先转化为合成气，再经过一个耐硫的脱酸性气体装置去除H2S和过量的CO2。同时为防止甲烷化催化剂中毒，脱酸后的合成气还需通过一个脱硫床去除剩余的微量硫化物组分。随后合成气与循环气混合来控制最高升温并通过第一个甲烷化反应器，H2与CO和CO2反应生成CH4，反应在300℃以上温度进行，以防止生成羰基镍化合物。为了使反应转化完全，冷却后的部分甲烷化后的合成气陆续经过2～3个串联的甲烷化反应器，以使CO几乎完全转化成CH4。从最后一个反应器出来的气体就是合格的产品气。产品气主要以CH4为主，其中包含微量的H2、CO2及N2和Ar等惰性气体。
3、煤制天然气的发展建议
3.1合理规划煤制天然气项目
随着国内天然气需求增长，各地投资项目纷纷出台，但是不宜盲目发展，需要按照我国的政策要求，对于各项目进行统筹考虑，合理布局。结合当地的资源承载能力、能源需求、消费市场、交通情况、输气管网现状进行开采。
3.2立足现有天然气管道，协同推进煤制天然气产业
目前我国能源分布存在地域不均问题，我国能源消费重点是东部沿海地区，消费需求旺盛，但是，我国能源供给主要是中西部，因此煤制天然气需要进行管道运输。目前，我国煤制天然气在内蒙古、新疆、陕西等地投入生产的工业均在不同程度上受到天然气运输问题的制约，而自建管道的运营成本过高，煤制天然气生产成本过大，会进一步降低企业盈利能力。而我国大型国企中石油、中石化均有西气东输等管道运输，煤制天然气企业要加强与大型国企合作，立足现有天然气管道，加快天然气运输，降低管道建设运营费用，提高煤制天然气企业盈利能力。
3.3实现天然气和其它副产品的联产
在煤制天然气制取后，同时生产出石脑油、硫磺、粗酚、焦油等副产品，可以依托这些附加值高的副产品获得早期的经济效益，降低项目投资风险，还可以综合煤化气制取甲醇等化工产品，甚至利用高压蒸汽进行发电都是可行的。
3.4加快煤制天然气产业技术升级
加快煤制天然气产业技术升级，要积极立足煤制天然气技术发展实际，优化和改进二步法技术，同时注重技术的创新。此外，要积极探索一步法煤制天然气技术，对蓝气技术积极吸收，探索新型甲烷化催化剂，处理好煤制天然气废水和设施设备运行问题，最终掌握核心科技，建设国产化具有国际先进水平的煤制天然气产业。
4、结束语
煤制天然气的发展符合我国能源结构煤炭数量多、天然气缺口大的特征，具有广泛的市场应用前景。随着我国煤制天然气技术在甲烷化、催化剂、工艺流程简化方面的研究发展，未来煤制天然气会进一步发展壮大。
参考文献：
[1]煤制天然气发展可行性分析[J].高艳，刘建锋，牛丽君.广东化工.2014（16）.
（作者单位：内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司）