煤制天然气

煤制天然气

摘要：叙述煤制天然气的必要性、煤制天然气的发展历史、工艺原理和选用的煤气化技术、甲烷化技术和催化剂、美国大平原厂的工艺叙述，论述煤制天然气的技术经济问题。煤制天然气要有序发展，建议建立全国甲烷管道网。

关键词：煤制天然气，煤化工产业，甲烷化

被称为人工天然气的工艺，实际上是合成甲烷，最有发展前途的是煤制天然气。

1. 煤制天然气的必要性

煤制天然气是目前煤化工的顶尖热门话题，在我国北方辽阔的大地上，一场声势浩大的合成甲烷的高潮正在形成，几个煤制天然气的大型工程正在破土动工，见表1。

表1 部分在建与拟建的煤制天然气工程

作为13亿人口的大国，居民饮食和生活燃料问题是十分重要的。目前随着我国西气东输的实施城市燃气管道化已经比较普及，天然气，液化气，煤气，沼气等燃气管道网络在我国发展迅猛，这无疑是一件好事，对于提高经济效益、减少城市大气污染、方便居民生活、减轻百姓的家务劳动等方面都带来显著的好处。无疑，人民生活水平的提高，对环保、生活的舒适性要求越来越高，天然气肯定供不应求了。让13亿人民的饮食和生活燃料都用上甲烷(约需1800亿Nm3/a)，实行全国居民用燃料的管道化，前景是相当诱人的！

要发展煤制天然气技术，就应该考虑在煤矿的坑口，选择合适的煤气化技术，集中设置多套大型化的煤气化装置，经过变换、脱硫脱碳、甲烷化等化工处理产生，同时经过克劳斯硫回收等工艺副产硫磺等。这样的工艺称为煤制天然气、CH

4

坑口气化或煤制天然气，产品并入天然气管网中。

如果以西气东送国家天然气管道为基础，建立全国天然气管道网，将煤制天然气、煤层气、焦炉气制甲烷等人工合成甲烷，从分支管道线送到国家主管道上，作为主管道的气源，从而形成甲烷管道网，与电网相似。沿线主要城镇可以从管道上取得甲烷作为人民生活用气，将对提高我国居民的生活质量和改善大气质量起到巨大的作用。毫无疑问，这是一项伟大的利民工程。

天然气和合成甲烷---城市人民现代文明生活的伴侣！

2. 煤制天然气的发展历史

2.1 国外的发展

60年代末，美国自然资源公司(ANR)的长期规划人员就认为煤气化是补充天然气供应的最合适方案，即开始大平原煤气化工程的规划工作。

1973年，ANR成立了合成燃料组， Lummus一Kaiser公司进行了78万米3/日代用天然气工厂的可行性研究，鲁奇公司承担工艺的初步设计。

1974年，成立ANR煤气化公司。

1975年，完成可行性研究，按估算工厂将耗资7.8亿美元，煤矿设施耗资1.25亿美元。

1978年5月，在美国能源部的推动下，组成大平原煤气化联合公司(GPGA)。1981年8月，里根总统授权能源部给予货款保证20.2亿美元。

1984年，英国煤气公司和德国鲁奇公司合作，完成了HICOM甲烷化工艺。4月24日，世界上第一个煤制天然气的工厂“美国大平原煤气厂”开始试运转。7

月28日，首批合成甲烷开始送入天然气管纲。11月11日，达到设计生产能力。1985年，由于能源价格下跌，工厂的生产难以维持。

大平原煤气化厂是由煤生产代用天然气的大型工厂，对未来的能源供应有着重要的意义，它在合成燃料工业中继续发挥先驱和示范作用。该厂是美国化工技术储备的一个典型例子，目前还在运行。

2.2 国内的发展

国内，西北化工研究院曾经在八十年代开发过RHM-266型耐高温甲烷化催化剂甲

从而达到提高热烷化催化剂，适用于城市煤气甲烷化，使其部分CO转变为CH

4

值和降低煤气中CO浓度的目的。该催化剂1986年通过化工部鉴定，已应用于北京顺义煤气厂城市煤气甲烷化固定床反应器上，但是没有在大规模城市甲烷生产上使用过。

河南煤气化工程是20世纪90年代引进国外鲁奇加压煤气化技术,在义马煤矿坑口建设的利用劣质煤生产中热值城市煤气(热值≥14.7Mj/Nm3)的大型煤气工程,并且是采用长距离(>200 km)、大口径(DN400 mm)、高压力(2.5MPa)的管道输送办法，向洛阳等大、中城市集中输送城市燃气的大型输气管道工程。一期工程于2001年2月11日投入试生产,中热值煤气产能120×104Nm3/d。该工程2006年8月12日通过了国家验收,同年9月18日,产能180×104Nm3/d的二期工程又顺利投入试生产,合计中热值净煤气产能约300×104Nm3/d。

用煤生产城市煤气，是煤制天然气的先驱。随着人民生活水平的提高，应该从城市煤气提升到煤制天然气上来。

目前国内正在建设的为大唐国际发电股份有限公司克什克腾旗40亿Nm3/a煤制天然气项目，总投资257亿元，预期2012年投产。该项目依托锡林浩特胜利煤田的煤炭资源，赤峰市克什克腾旗较为丰富的水资源，生产合成甲烷，通过长输管线直送北京市场。3条生产线，每一条生产线与大平原厂相当，共48台lurgi 气化炉，45开3备。全年消耗原料煤1423.80万吨/年，燃料煤402.144万吨/年。副产物共约72万吨。年耗水：2701.88万吨。折合1000 Nm3天然气耗水6.75吨。每吨天然气耗水：9.46吨。总产值74.664亿元，其中副产物占14.3%。

表2 项目产品方案为：

配套的输气管线为：内蒙古大唐克旗煤制天然气项目输气管线全长359 km；全线管径DN900 （1050）mm；设计压力为7.8 Mpa；设计流量1200×104m3/d；项

目管线起点为内蒙古自治区赤峰市克什克腾旗的浩来呼热乡，末站设在北京古北口。

3. 工艺原理

煤制天然气的工艺包括：煤气化、空分、部分变换、净化(低温甲醇洗)、甲烷化五个单元，见图1。各个单元的作用见表3。

表3 煤制天然气单元表

单元作用

煤气化：制取合成气CO+H

2

空分：制取O

2

部分变换：调整H

2

/CO

净化(低温甲醇洗) 脱除H

2S、CO

2

甲烷化：合成CH

4

图1 煤制天然气化流程示意图

煤制天然气的工艺的最关键技术是煤气化。近年来，煤化工技术的进展已为大家所熟悉。目前国内的煤气化技术，已经取得了明显的进展，4种引进的大型煤气化技术(Texaco（德士古水煤浆加压气化技术）、Shell（谢尔粉煤加压气化工艺）、GSP（西门子气化技术）、Lurgi（鲁奇气化技术)和国内开发的六种煤气化技术(二段炉、四喷嘴、航天炉、灰融聚、非熔渣-熔渣分段气化、多元料浆)在煤化工的各个领域发挥作用。这些煤气化技术都有可能成为煤制天然气的工艺技术。