煤制气发展现状与前景分析

【炼化】煤制气发展现状与前景分析

2014-04-21能源情报

文/李安学大唐能源化工有限责任公司

天然气作为一种优质、高效、清洁的燃料，在世界各地越来越多的领域得到广泛应用，有效地促进了社会进步和经济发展。我国“十二五”期间，预计年均新增天然气消费量超过200 亿标方，到2015 年达到2300 亿标方，但根据《天然气发展“十二五”规划》，到2015 年国内天然气供应能力仅达到1760 亿标方，显然，规划产量并不能满足需求，在从国外进口天然气的同时，发展煤制天然气将有助于缓解我国天然气供应不足的现状。在国内天然气供应紧张和价格连续上涨情况下，国内诸多企业进入或拟进入我国煤制天然气产业，促进了煤制天然气产业的发展。

1 煤制天然气及其质量

煤制天然气是以煤炭为原料，经过气化等工艺来制造符合热值等标准的替代天然气（Substitute Natural Gas，SNG）也被称为合成天然气（Synthetic Natural Gas, SNG）。按照化学反应步骤的不同，煤制天然气技术可分为直接煤制天然气技术和间接煤制天然气技术。

直接煤制天然气技术也被称为“一步法”煤制天然气技术，指的是直接在煤的气化过程中用氢气或富含氢气的气体作为气化剂来生产富含甲烷的煤气化工艺，经过分离后，得到94%以上的天然气。间接煤制天然气技术也被称为“两步法”

煤制天然气技术，第一步指煤气化过程，第二步指煤气化产品—合成气（经变换和净化调整氢碳比后的煤气）甲烷化的过程。

到目前为止，直接煤制天然气技术尚未实现工业化，在役或在建的煤制天然气工厂均采用间接煤制天然气技术。采用间接煤制天然气技术所生产的SNG中甲烷含量比较高，在热值、CO 2 、H 2 S总硫等方面优于国家标准。

2 煤制天然气技术现状与发展趋势

间接法煤制天然气主要包括空分、气化、变换、净化、甲烷化等装置，以及为主装置提供不同等级蒸汽的动力装置，其技术体系是以气化技术为龙头，大量甲烷化技术为核心，是空分、煤气化、变换、净化、甲烷化、三废处理等技术的系统集成与优化。不同的煤制天然气项目，所选具体技术会有所不同，空分、气化、变换、净化等均是传统煤化工使用的技术，只有大量甲烷化技术是煤制天然气生产特有的技术。

2 2.1 空分技术

空分又称为空气分离，是通过物理方法把空气中的各组分气体分离，生产氧气、氮气等的一套工业装置。在煤制天然气工厂中，空分装置用来为煤制天然气主装置的正常运行提供必要的氧气、氮气、仪表空气、工厂空气等。空气分离的方法有几种，由于煤制天然气工厂规模大，一般选用低温法。近年来煤化工装置的规模越来越大，也要求配套大容量的空分装置。目前，国外已经有10 万方等级的空分设备，国内正在开发8~10 万方等级的空分设备。

2.2 煤气化技术

煤气化是以煤为原料，以氧气（空气、富氧或纯氧）、水蒸气等作气化剂，在高温条件下通过化学反应将煤中的可燃部分转化为一氧化碳、二氧化碳和氢气等气体的过程。国内外研究机构在国家和企业的支持下，经过长期的努力，开发了不少煤气化工艺，其中有一些工艺已经比较成熟，有的方法很有成效。装备和工艺逐步国产化、单元技术引导全生产线“安稳长满”地运行、单炉规模的大型化、气化炉内操作压力的提高、原料向褐煤发展是煤气化技术发展趋势。不同的气化工艺对煤质的适应性、对入炉煤形态及大小要求不同，气化工艺参数等也有所差异；不同的气化工艺因其产气能力大小、工业化程度及投资等不同，适用于不同的煤化工项目。在诸多煤气化技术中，碎煤加压气化技术因其粗煤气中甲烷含量高，并且装置投资低，在煤制天然气项目气化技术选择时受到青睐，但也存在块煤与粉煤利用平衡、污水难处理等问题；在建的大唐克旗、大唐阜新、内蒙古庆华均选择了碎煤加压气化技术；获得“路条”的部分煤制天然气项目也有在论证采用碎煤加压气化（或鲁奇炉）与干粉煤气化或水煤浆气化结合方案。

2.3 净化技术

煤经过气化得到的粗煤气中还含有酸性气体对装置生产是不利的，必须将其脱除和回收，脱除酸性气体这一过程被称为净化。已经投产或正在建设的煤制天然气项目均选择了低温甲醇洗技术。该技术在国内具有丰富的经验，除部分低温材料需引进外，设备设计和制造均能在国内解决。目前，低温甲醇洗技术国外以德国林德和鲁奇的工艺最为成熟。国内赛鼎工程公司、大连理工大学和上海国际化建工程咨询公司的开发的低温甲醇洗技术也实现了工业化，一些技术设备已实现国产化。目前，在建的大唐克旗、大唐阜新、内蒙古庆华、内蒙古汇能均选用了国内的低温甲醇洗技术。

2.4 甲烷化技术

甲烷化就是是将一氧化碳与氢气进行甲烷化反应，生产含甲烷94%以上的产品。目前主要的甲烷化技术有德国鲁奇（Lurgi）公司、英国戴维（Davy）公司和丹麦托普索（Topsoe）公司的甲烷化技术，其中于80年代初德国鲁奇公司结合巴斯夫公司（BASF）的甲烷化催化剂成功应用于美国大平原气化厂。国内也正

在加紧开发具有自主知识产权的甲烷化技术，并取得了较大进展。其中由大唐集团牵头的国家863计划重点项目“煤气化甲烷化关键技术开发与煤制天然气示

范工程”于2010年获得科技部立项，目前各项研究工作进展顺利。

2.5 煤制天然气工程研究进展

鉴于煤制天然气工厂建设可供参考的经验不多的实际情况，辽宁大唐国际阜新煤制天然气公司组织开展了“面向城镇用户的现代煤制天然气工厂概念设计（研究）”，该研究已经通过了中国石油和化学工业联合会组织的评审。该研究将煤制天然气工厂分为三类：面向工业用户（含大管网）、面向城镇用户（主气源，含局域网）和面向综合用户；针对面向城镇用户的煤制天然气工厂，提出了自“煤矿到煤制天然气工厂再到城镇用户”这个供应链（系统）上存在着“煤化工生产装置要求安、稳、长、满、优运行与用户用气量不均衡之间的矛盾”以及“煤化工生产装置阶段性停产必然性与用户要求供气不间断性之间的矛盾”，保证连续稳定供气是煤制天然气工厂的关键，解决方式取决于工厂定位（分类）。在此基础上，提出了煤制天然气工厂应以保证用户安全稳定用气为首要任务，以缓解或解决供应链上主要矛盾为前提，以追求实现经济效益最大化和工厂可持续发展为主要目标，明确了建设理念和技术策略，该研究部分成果已应用到大唐阜新等国内部分煤制天然气工厂设计中。

3 煤制天然气项目进展

3.1 国外煤制天然气项目进展

1978 年，美国“大平原煤气化协会”联合几家公司成立了达科他气化公司（Dakota Gasification Company，DGC），在北达科他州的Beulah开始建造世界上第一座合成天然气工厂——大平原合成燃料厂（Great Plains Synfuels Plant, GPSP）于1984 年7 月建成投产。该厂以北达科他州褐煤为原料，采