1 發(fā)展歷程

 

　　煤制天然氣指以煤為原料生產(chǎn)甲烷作為合成天然氣，其中關(guān)鍵技術(shù)是甲烷化。我國(guó)甲烷化研究始于改革開放后的二十世紀(jì)八十年代，緣起于合成氨工業(yè)和城市煤氣技術(shù)需要。氨合成工業(yè)中，由于CO和CO₂會(huì)使氨合成催化劑中毒，在合成氣進(jìn)合成反應(yīng)器前需將微量的CO和CO₂轉(zhuǎn)化掉，甲烷化技術(shù)是利用CO和CO₂與H₂反應(yīng)完全轉(zhuǎn)化為CH₄，使合成氣中CO和CO₂小于10ppm。由于甲烷化催化劑使用溫區(qū)較窄（300---400℃），起活溫度較高，為防止超溫，進(jìn)甲烷化反應(yīng)器的CO＋CO₂要求小于0.8％，同時(shí)，為防止甲烷化鎳基催化劑中毒，合成氣中硫含量要求小于0.1 ppm。

　　另外，國(guó)內(nèi)城市煤氣運(yùn)用也比較廣泛，主要有兩種工藝：一是采用碎煤氣化生產(chǎn)城市煤氣，粗煤氣經(jīng)過(guò)凈化后直接送城市煤氣管網(wǎng)，其甲烷濃度約15%，CO濃度約35%，典型運(yùn)用工廠有河南義馬煤氣廠、哈爾濱煤氣廠等。另一種是固定層間歇?dú)饣a(chǎn)半水煤氣，經(jīng)過(guò)凈化后將半水煤氣中CO為29%，通過(guò)等溫移熱的方法，對(duì)其實(shí)現(xiàn)甲烷化。在上世紀(jì)80年代，在缺乏耐高溫甲烷化催化劑的情況下中國(guó)五環(huán)工程有限公司最先開發(fā)和研究該甲烷化工藝技術(shù)，并采用中國(guó)科學(xué)院大連化物所開發(fā)的甲烷化催化劑，將該技術(shù)在湖北沙市、十堰第二汽車制造廠和北京順義等的城市居民用氣和工業(yè)爐用氣的供應(yīng)中實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。

　　大連化物所在合成氣甲烷化催化劑及技術(shù)的研究開發(fā)方面起步較早，早在二十世紀(jì)八十年代，課題組在袁權(quán)院士領(lǐng)導(dǎo)下，著眼于高熱值城市煤氣的生產(chǎn)，成功開發(fā)常壓水煤氣部分甲烷化催化劑及技術(shù)。1987年該技術(shù)通過(guò)鑒定，并相繼獲得中科院科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，國(guó)家發(fā)明三等獎(jiǎng)和自然科學(xué)獎(jiǎng)各一項(xiàng)，催化劑放大獲省市科技進(jìn)步獎(jiǎng)。目前中科院大連化物所在部分甲烷化催化劑及技術(shù)方面擁有3項(xiàng)專利。該技術(shù)的特點(diǎn)是常壓、360℃、水煤氣部分甲烷化，采用單段非循環(huán)固定床反應(yīng)器；采用的M348-2A型甲烷化催化劑具有甲烷化－變換雙功能。依托該項(xiàng)成果于1990年在上海青浦化工廠建設(shè)了我國(guó)第一座35000立方米/天的甲烷化煤氣化示范裝置，而后又建設(shè)了遼寧瓦房店、北京防化兵總院等10余個(gè)工程。

　　2005年以后隨著我國(guó)天然氣消費(fèi)量增加，對(duì)外依存度不斷提高，利用煤制天然氣滿足國(guó)內(nèi)日益增長(zhǎng)的天然氣需求受到重視。國(guó)家相繼核準(zhǔn)了大唐克旗、大唐阜新、新疆慶華、內(nèi)蒙古匯能、浙能伊犁等一批煤制天然氣項(xiàng)目。由于國(guó)內(nèi)甲烷化技術(shù)缺乏大規(guī)模裝置運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，而國(guó)外技術(shù)在美國(guó)大平原煤制天然氣裝置上有過(guò)成功使用經(jīng)驗(yàn)，因此國(guó)內(nèi)的煤制天然氣項(xiàng)目甲烷化裝置均引進(jìn)國(guó)外技術(shù)。2013年新疆慶華能源集團(tuán)55億方/年煤制天然氣項(xiàng)目一期裝置和大唐克旗煤化工有限公司40億方/年煤制天然氣項(xiàng)目一期裝置相繼投產(chǎn)，標(biāo)志著我國(guó)煤制天然氣產(chǎn)業(yè)正式邁入產(chǎn)業(yè)化。隨后內(nèi)蒙古匯能化工煤制氣項(xiàng)目和浙能集團(tuán)伊犁項(xiàng)目投產(chǎn)，我國(guó)煤制天然氣產(chǎn)業(yè)初步形成。

 

2 重大成就

 

2.1 生產(chǎn)規(guī)模

 

　　經(jīng)過(guò)不懈努力，目前我國(guó)有四個(gè)煤制天然氣項(xiàng)目建成投產(chǎn)，總產(chǎn)能為51.1億方/年。我國(guó)煤制天然氣生產(chǎn)規(guī)模情況如下表所示：

我國(guó)煤制天然氣產(chǎn)業(yè)規(guī)模情況

序號(hào)	企業(yè)名稱	廠址	規(guī)模	備注
1	新疆慶華能源集團(tuán)有限責(zé)任公司	新疆伊犁州伊寧縣	13.75	一期建成投產(chǎn)規(guī)模，總規(guī)模55億標(biāo)方/年
2	大唐國(guó)際克什克騰煤制氣有限公司	內(nèi)蒙古赤峰市克什克騰旗	13.35	一期建成投產(chǎn)規(guī)模，總規(guī)模40億標(biāo)方/年
3	內(nèi)蒙古匯能煤化工有限公司	內(nèi)蒙古鄂爾多斯伊金霍洛旗	4	一期建成投產(chǎn)規(guī)模，同時(shí)配套建成了4億方/年液化天然氣生產(chǎn)線，規(guī)劃總規(guī)模20億標(biāo)方/年
4	浙能集團(tuán)	新疆伊寧	20
	合計(jì)		51.1

 

2.2 基地建設(shè)

 

　　根據(jù)建成投產(chǎn)及國(guó)家已核準(zhǔn)煤制天然氣項(xiàng)目分布情況，我國(guó)已初步形成新疆伊犁煤制天然氣基地，內(nèi)蒙古東部煤制天然氣基地和內(nèi)蒙古鄂爾多斯煤制天然氣基地。其中新疆伊犁已投產(chǎn)煤制天然氣能力達(dá)33.75億方/年，是我國(guó)目前煤制天然氣產(chǎn)業(yè)的主要基地。新疆煤炭資源豐富，但是距離中東部能源主要消費(fèi)地區(qū)遙遠(yuǎn)，在新疆建設(shè)煤制天然氣基地，將煤炭轉(zhuǎn)化為清潔能源天然氣輸送至中東部地區(qū)，既有助于新疆轉(zhuǎn)化當(dāng)?shù)刭Y源、提高經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，也有利于保障中東部地區(qū)清潔能源供應(yīng)，取得良好經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

 

2.3 技術(shù)進(jìn)步

 

　　煤制天然氣產(chǎn)業(yè)所采用的關(guān)鍵技術(shù)，包括氣化、變換、凈化、甲烷化、硫回收等早在煤制化肥、甲醇行業(yè)得到充分應(yīng)用和實(shí)踐，近幾年來(lái)通過(guò)示范裝置的建設(shè)和投產(chǎn)，煤制天然氣產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)等單元技術(shù)已逐漸成熟，且部分已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，為產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了有效技術(shù)支撐。在目前投運(yùn)的煤制天然氣裝置中國(guó)產(chǎn)碎煤加壓氣化技術(shù)，國(guó)產(chǎn)變換技術(shù)，國(guó)產(chǎn)低溫甲醇洗技術(shù)，國(guó)產(chǎn)硫回收技術(shù)都不同程度得到應(yīng)用。由于國(guó)內(nèi)大規(guī)模甲烷化技術(shù)仍未成熟，煤制天然氣核心技術(shù)甲烷化引進(jìn)了國(guó)外先進(jìn)技術(shù)。隨著煤制天然氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，帶動(dòng)了我國(guó)甲烷化技術(shù)研究的熱度，目前我國(guó)研究甲烷化技術(shù)的單位包括西南化工設(shè)計(jì)院有限公司、中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所、北京華福工程有限公司、新地能源工程技術(shù)有限公司、武漢科林精細(xì)化工有限公司、上海華西化工科技有限公司等許多單位，這些單位在焦?fàn)t氣和煤制天然氣領(lǐng)域開展了大量絕熱床及等溫床相關(guān)試驗(yàn)研究，并取得了顯著成果。

　　煤制天然氣示范項(xiàng)目通過(guò)優(yōu)化工藝技術(shù)、完善管理，運(yùn)行水平不斷提高。大唐克旗、新疆慶華、內(nèi)蒙古匯能等示范項(xiàng)目經(jīng)過(guò)技術(shù)攻關(guān)改造，裝置運(yùn)行時(shí)間和負(fù)荷正在不斷提高。

　　隨著煤制天然氣工業(yè)化裝置建成投產(chǎn)，通過(guò)改造優(yōu)化，煤制天然氣產(chǎn)業(yè)全過(guò)程技術(shù)路線已基本打通，進(jìn)一步驗(yàn)證了煤制天然氣產(chǎn)業(yè)在技術(shù)路線上的可行性。經(jīng)過(guò)“十二五”期間的發(fā)展，我國(guó)煤制天然氣產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)和裝備水平進(jìn)一步提高，整體處于世界先進(jìn)水平。

 

3 主要經(jīng)驗(yàn)

 

3.1 自主技術(shù)裝備得到應(yīng)用

 

　　在我國(guó)現(xiàn)有建成四個(gè)煤制天然氣項(xiàng)目中自主技術(shù)裝備得到廣泛應(yīng)用。煤氣化技術(shù)均采用國(guó)產(chǎn)氣化技術(shù)，其中三個(gè)項(xiàng)目采用國(guó)產(chǎn)碎煤加壓氣化技術(shù)，一個(gè)項(xiàng)目采用國(guó)產(chǎn)多元料漿氣化技術(shù)?？辗?、變換、凈化、硫回收等重要工序技術(shù)和裝備也普遍采用國(guó)產(chǎn)技術(shù)。目前煤制天然氣技術(shù)中僅甲烷化技術(shù)需要依托國(guó)外，采用引進(jìn)技術(shù)。已建成投產(chǎn)裝置運(yùn)行實(shí)踐表明國(guó)產(chǎn)技術(shù)和裝備基本能夠滿足需要。

 

3.2 產(chǎn)業(yè)定位有待明確

 

　　伴隨著我國(guó)石油、天然氣對(duì)外依存度的一路攀升，以滿足我國(guó)天然氣需求為目的的煤制天然氣產(chǎn)業(yè)逐漸興起并發(fā)展。但是隨著近年來(lái)國(guó)際原油價(jià)格的動(dòng)蕩，特別是2014年以來(lái)國(guó)際油價(jià)的大幅走低，極大影響了我國(guó)煤制天然氣產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)放緩，整體能源需求和天然氣需求增速均放緩，煤制天然氣市場(chǎng)前景不明確。整體上看，我國(guó)煤制天然氣產(chǎn)業(yè)定位有待明確，與礦產(chǎn)天然氣關(guān)系也需要研究。

 

3.3 技術(shù)優(yōu)化及關(guān)鍵技術(shù)國(guó)產(chǎn)化仍需推進(jìn)

 

　　雖然我國(guó)煤制天然氣產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線基本打通，單體技術(shù)基本成熟，但是工業(yè)化裝置投產(chǎn)以來(lái)的實(shí)踐表明，煤制天然氣產(chǎn)業(yè)技術(shù)優(yōu)化仍需提高。已投產(chǎn)項(xiàng)目全系統(tǒng)仍需進(jìn)一步優(yōu)化，在建、擬建項(xiàng)目技術(shù)選擇還需要優(yōu)化，尤其是氣化技術(shù)與采用原料煤種的適應(yīng)性需要特別重視研究。目前我國(guó)煤制天然氣產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)甲烷化技術(shù)還依賴進(jìn)口。因此煤制天然氣關(guān)鍵技術(shù)國(guó)產(chǎn)化還需進(jìn)一步推進(jìn)。

 

3.4 生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)不足

 

　　煤制天然氣作為新興的技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，技術(shù)裝備、系統(tǒng)集成復(fù)雜，缺乏可借鑒的經(jīng)驗(yàn)，部分投資主體缺乏相應(yīng)的能力和經(jīng)驗(yàn)，低估了項(xiàng)目建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、管理方面的難度，暴露出工藝選型不合理、原料煤質(zhì)與設(shè)備選型不匹配、廢水處理與主體裝置不匹配、工程造價(jià)超概算等問(wèn)題，造成工藝裝置運(yùn)行不穩(wěn)定，無(wú)法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)天然氣產(chǎn)品具有相對(duì)依賴管網(wǎng)輸送的特殊性，煤制天然氣企業(yè)在與管道運(yùn)營(yíng)商協(xié)調(diào)價(jià)格和調(diào)峰方案時(shí)存在較大困難，影響了企業(yè)的正常生產(chǎn)。

 

3.5 環(huán)保瓶頸亟待打破

 

　　由于碎煤加壓氣化技術(shù)產(chǎn)品粗煤氣產(chǎn)品甲烷產(chǎn)量高，從目標(biāo)產(chǎn)品角度考慮，是最適合于煤制天然氣產(chǎn)業(yè)的煤氣化技術(shù)，但碎煤加壓氣化技術(shù)氣化溫度低，副產(chǎn)品多，廢水產(chǎn)生量大且處理難度高。當(dāng)前環(huán)保部門對(duì)煤化工項(xiàng)目從嚴(yán)要求，要實(shí)現(xiàn)“近零排放“，而高濃鹽水處理、雜鹽處理技術(shù)瓶頸需要突破。

 

4 面臨的形勢(shì)

 

4.1 天然氣市場(chǎng)消費(fèi)潛力巨大

 

　　2017年我國(guó)天然氣產(chǎn)量1487億方，進(jìn)口天然氣量920億方，天然氣消費(fèi)量2373億方，對(duì)外依存度達(dá)到38.8%。2020 年全國(guó)天然氣消費(fèi)將繼續(xù)保持快速增長(zhǎng)勢(shì)頭，預(yù)計(jì)2020 年左右我國(guó)天然氣年產(chǎn)量可達(dá)到2 000億方，進(jìn)口天然氣達(dá)到1100億方，預(yù)計(jì)2035 年左右我國(guó)天然氣年產(chǎn)量可達(dá)到2 500億方，天然氣總消費(fèi)量將達(dá)到4 500億方，天然氣消費(fèi)將由集中的川渝、長(zhǎng)三角、廣東、北京等地?cái)U(kuò)大到中西部地區(qū)，我國(guó)天然氣消費(fèi)潛力巨大。

 

4.2 天然氣作為清潔能源優(yōu)勢(shì)明顯

 

　　我國(guó)能源結(jié)構(gòu)以煤炭為主，是我國(guó)大氣污染以及霧霾產(chǎn)生的重要因素，控制煤炭燃燒產(chǎn)生的污染任務(wù)十分艱巨。天然氣是一種清潔能源，對(duì)環(huán)境造成的污染遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于煤炭和石油?；谌驓夂蜃兓男蝿?shì)發(fā)展，未來(lái)將會(huì)提高天然氣的消費(fèi)需求，加快發(fā)展和合理利用各種天然氣，可有效改善大氣環(huán)境，勢(shì)必給天然氣及煤制天然氣行業(yè)的發(fā)展帶來(lái)機(jī)遇。因此，煤制天然氣產(chǎn)業(yè)符合國(guó)際和我國(guó)清潔生產(chǎn)、環(huán)保低碳的發(fā)展方向，未來(lái)消費(fèi)總量將不斷加大，為煤制天然氣產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系研發(fā)新增動(dòng)力，行業(yè)發(fā)展前景看好。

 

4.3 對(duì)外依存度不斷上升安全保障壓力增大

 

　　近年來(lái)我國(guó)天然氣需求量快速增加，大大超過(guò)同期石油消費(fèi)增速。2017年我國(guó)天然氣消費(fèi)量是2010年的2.2倍，天然氣進(jìn)口量是2010年的5.4倍，呈現(xiàn)快速發(fā)展的勢(shì)頭。2017年底以來(lái)出現(xiàn)的大范圍氣荒和天然氣漲價(jià)說(shuō)明保障天然氣安全供應(yīng)的重要性。

 

4.4 天然氣管道體制改革帶來(lái)機(jī)遇

 

　　2017年中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)了《關(guān)于深化石油天然氣體制改革的若干意見》，明確了深化石油天然氣體制改革的指導(dǎo)思想、基本原則、總體思路和主要任務(wù)。其中專門提出要改革油氣管網(wǎng)運(yùn)營(yíng)機(jī)制，提升集約輸送和公平服務(wù)能力。分步推進(jìn)國(guó)有大型油氣企業(yè)干線管道獨(dú)立，實(shí)現(xiàn)管輸和銷售分開。完善油氣管網(wǎng)公平接入機(jī)制，油氣干線管道、省內(nèi)和省際管網(wǎng)均向第三方市場(chǎng)主體公平開放。天然氣管道體制改革的方向有利于煤制天然氣企業(yè)直接面對(duì)用戶，對(duì)提升煤制天然氣項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性有重要幫助，有利于煤制天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

 

4.5 天然氣價(jià)格下調(diào)影響產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)性

 

　　隨著國(guó)際原油價(jià)格大幅下挫，國(guó)際天然氣價(jià)格也跌入低谷，我國(guó)國(guó)內(nèi)天然氣價(jià)格也隨著調(diào)低。大大影響了產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)型。根據(jù)2015年國(guó)家發(fā)改委天然氣價(jià)格最新調(diào)整結(jié)果，對(duì)于非居民用天然氣，新疆門站價(jià)為1.15元/標(biāo)方，內(nèi)蒙古門站價(jià)為1.34元/標(biāo)方，給已投產(chǎn)煤制天然氣項(xiàng)目帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)壓力。

 

5 未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)和重點(diǎn)

 

5.1 煤制天然氣將成為保障我國(guó)天然氣供應(yīng)的重要組成部分

 

　　我國(guó)常規(guī)礦產(chǎn)天然氣供不足需，2017年產(chǎn)量為1487億立方米，占總消費(fèi)量（2373億立方米）的比例為62.7%，大量消費(fèi)需要依靠進(jìn)口滿足。我國(guó)常規(guī)礦產(chǎn)天然氣增產(chǎn)潛力十分有限，預(yù)計(jì)到2025年最多能達(dá)到2500億立方米，屆時(shí)我國(guó)天然氣消費(fèi)量至少在4000億立方米左右，缺口達(dá)1500億立方米左右。到2025年我國(guó)煤制天然氣產(chǎn)能可能達(dá)到360億方/年，產(chǎn)量達(dá)到300億方，占總天然氣消費(fèi)量的比例達(dá)到7.5%，占總?cè)笨诘谋壤_(dá)到20%，煤制天然氣將成為我國(guó)常規(guī)天然氣的重要補(bǔ)充，成為保障我國(guó)天然氣供應(yīng)的重要力量之一，也能夠增加進(jìn)口天然氣的議價(jià)能力，成為進(jìn)口天然氣價(jià)格談判的重要籌碼。

 

5.2 煤制天然氣是我國(guó)煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化利用的重要途徑

 

　　在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，煤炭將一直是我國(guó)能源消費(fèi)的主力軍，煤炭資源的清潔高效利用是我國(guó)能源發(fā)展長(zhǎng)期的課題。煤制天然氣能夠?qū)⒚禾客ㄟ^(guò)清潔的方式轉(zhuǎn)化為清潔能源天然氣，是煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化利用的重要途徑。預(yù)計(jì)到2025年我國(guó)煤制天然氣產(chǎn)能可能達(dá)到360億方/年，年高效轉(zhuǎn)化利用1.25億噸煤炭，占2025年煤炭消費(fèi)量的3%，使煤炭清潔高效利用比例提高3%。

 

5.3 煤制天然氣對(duì)防治大氣污染做出一定貢獻(xiàn)

 

　　近年來(lái)我國(guó)部分地區(qū)不時(shí)出現(xiàn)大范圍霧霾天氣，除氣象條件外，主要原因是這些地區(qū)能源消費(fèi)量大，污染排放強(qiáng)度高，污染物排放量大，機(jī)動(dòng)車、燃煤采暖污染嚴(yán)重，造成嚴(yán)重大氣污染。提高清潔能源消費(fèi)比例是解決大氣污染的根本措施之一。2013年6月，國(guó)務(wù)院提出防治大氣污染防治的十條措施，其中明確提出“加快調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，加大天然氣、煤制甲烷等清潔能源供應(yīng)”。煤制天然氣產(chǎn)品為合成天然氣，是清潔能源，使用煤制天然氣代替分散燃煤，能夠顯著削減污染物排放，是污染排放強(qiáng)度高、人口密度大的中東部地區(qū)降低大氣污染的重要抓手。預(yù)計(jì)到2025年通過(guò)煤制天然氣將使約1.25億噸煤炭得到清潔高效利用，相比較于直接分散燃煤燃燒減排126萬(wàn)噸SO2，216萬(wàn)噸NOx，相比較于發(fā)電減排5.1萬(wàn)噸SO2，8.7萬(wàn)噸NOx。煤制天然氣將對(duì)防治大氣污染，減少霧霾做出貢獻(xiàn)。

 

5.4 技術(shù)成熟度和國(guó)產(chǎn)化繼續(xù)提升

 

　　在目前的現(xiàn)代煤化工關(guān)鍵技術(shù)中，煤制天然氣甲烷化技術(shù)是少有的國(guó)內(nèi)尚未完全掌握的的技術(shù)之一。國(guó)內(nèi)對(duì)甲烷化研究也十分活躍，北京低碳清潔能源研究所、西南化工研究設(shè)計(jì)院、大唐國(guó)際化工技術(shù)研究院、華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院、華福工程公司等都在甲烷化催化劑、甲烷化工藝等方面取得不同程度的進(jìn)展。隨著研發(fā)工作的深入，我國(guó)完全掌握大規(guī)模甲烷化技術(shù)指日可待，將為我國(guó)煤制天然氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供強(qiáng)大助力。

 

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