关键词：煤；天然气；煤化工；节能减排
引言
基于防治大气污染的环境保护趋势与中国天然气需求量的持续增长以及煤炭行业的持续低迷，通过煤合成天然气的相关技术领域近年来可谓备受关注，相关项目也在密集上马。煤制天然气在一定程度上可以缓解中国的天然气危机，并能在一定程度上推动煤炭行业的清洁利用，这也是基于中国能源结构特点进行能源转型的实际选择。
1煤制天然气技术发展的现状
1.1国外煤制天然气技术发展的现状
放眼国外，二步法工艺与一步法工艺是国外煤制天然气技术的主要两种形式。首先关于二步法，其合成气的主要原材料是劣质煤，通过净化以及转化之后，需要使用催化剂，促使其发生甲烷化反应，经过此系列工序才能生产出天然气，并且它会符合国家规定热值。此方法主要是BGL和鲁奇技术。它的价值在于，能够使用价格低廉的材料，如褐煤，降低成本，还能够减少浪费，获得比较乐观的回报。此方法中核心技术就是甲烷化和甲烷化催化剂，在国外，能够比较娴熟使用此技术的就是上述的鲁奇工艺。另一个就是一步法，它又叫蓝气技术，它的原材料也是煤，不过它直接就能够合成甲烷，顺利得到天然气。这种方法的使用范围较小，主要是一些发达国家。该方法需要催化反应，利用单一反应器，促使煤和蒸汽合成天然气。相比较二步法，这种方式更加直接单一，促进了高效转化。这不仅可以让投资成本、固定投入等得到最大程度的降低，而且也可以更好的、科学的对废水、废气等进行处理。截至目前为止，关于一步法煤制天然气的技术，我国也已经开始进行研究和分析，并且在具体的项目中进行一步法煤制天然气技术的实践。
1.2国内煤制气工艺技术和装备能力现状
中国已掌握了煤制气的设计、装备制造、工程施工、生产运营等一系列工艺技术能力，国内的设计和施工团队完全有能力建设世界一流的煤制气工厂。减少对国外技术装备的依赖是煤制气项目降低成本、提高经济效益的必经之路，虽然已取得了较大的进步，但还需在示范项目上不断积累经验，最终掌握全流程工艺技术和运营管理能力。从工艺技术来看，煤制气项目优选碎煤加压气化和/或粉煤加压气化工艺技术生产粗合成气，然后通过CO变换，调整合成气中H、C原子比、脱除酸性气体中H2S及CO2等，再通过甲烷化及脱水，生产天然气产品。与其他煤化工技术相比，煤制气具有工艺流程短、转化能效高、技术相对成熟、投资成本低等优点。从设计能力来看，在引进国外关键技术的基础上，国内的赛鼎、天辰、五环等13家大型工程公司都具备独立进行煤制气项目总体设计和单体装置设计的能力，除工程化设计外，还可根据不同的生产条件，做出相应的设计调整。国内工程公司尤其是赛鼎公司通过参与过往煤制气项目的工艺设计、工程建设、开车运营等工作，积累了丰富的经验，可以胜任大型煤制气项目的设计任务。从装备技术角度看，煤制气项目90%以上的设备都可以实现国产化。中国在掌握国外气化炉生产技术的基础上,还针对国内的煤质特性进行了相应的改造，现已完全拥有自主设计、生产制造的能力，如赛鼎炉、宁煤炉、航天炉等。
2生产工艺节能措施探讨
2.1动力装置
（1）优化工艺系统减少能量损失，如为提高能源综合利用效率，化工区返回富余的0.5MPa(g)低压蒸汽，用作高压除氧器的加热用汽；动力车间给化工区提供高、中、低压三种规格的蒸汽，化工区将冷凝液通过化工变换装置回收废热后送到动力车间除氧器。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆（2）做好保温节能工作，如保温材料的品种将根据不同的介质温度和设备、管道外型、用途来选择，初步考虑有硅酸铝、岩棉等，以上材料都是具有轻质、保温性能好、施工损失率低等优点，设计按经济厚度法确定保温厚度。
2.2煤气变换甲烷化耦合反应制天然气
煤气变换甲烷化耦合反应制天然气技术是将煤气化装置送出的粗煤气直接进行变换和甲烷合成反应，因变换反应的产物H2是甲烷合成的反应物，甲烷合成反应的产物H2O是变换反应的反应物，故让变换反应和甲烷化反应同时发生，能够发生很好的耦合效应，提高装置运行能效。经变换甲烷化耦合反应处理后的气体进行脱硫脱碳和压缩处理后即可满足管输天然气要求。
2.3规划布局，避免重复建设
最近几年天然气的需求量呈现出逐年增加的趋势，煤炭产区已经开始重视煤制天然气行业。煤制天然气对环境污染小、经济效率高以及拉动地方经济增长的特点受到煤炭产区的青睐，因此煤炭地区需要对煤制天然气进行科学的规划和建设，一定要遵循统一、协调等原则，进行科学、合理的布局和建设，杜绝出现铺张浪费和重复建设，而是应该依照当地的煤炭资源、天然气管道、水电等基础设施来进行建设。
2.4提供清洁能源，减少环境污染。煤制气项目
主要集中在煤炭资源丰富，人口密度较低的西北地区，环境容量比较宽裕。现代化的煤制气工厂可以有效控制环境污染，并对排放物进行集中处理，如二氧化硫和硫化氢气体中的硫固态处理、废水零排放、危险固体废物集中处理等，大大减少了煤炭运输、燃烧过程中的污染。通过管道将煤制气输送至京津冀或东南沿海等经济发达、人口密度大的市场消费，可减少沿海地区环境污染。
3煤制天然气行业发展前景展望
当前国内专家对煤制天然气的评价不一，部分专家认为煤制天然气不仅可以缓解天然气供需缺口，消费过剩的煤炭产能可提高不便于长途输送的煤炭的能源流通效率，还可以避免煤炭散烧带来的环境污染，是适合中国能源情况的必要产业。同时也有部分观点认为，就其全生命周期而言，煤制天然气在能源利用效率、碳排放、环境保护等方面并无典型优势，只是排放和污染的区域性转移。目前一致认为，中国煤制天然气已经出现明显的投资过热局面。国家相关部门也一再发文对该行业进行规范、调整，在建设区域、用水、能效和环保等方面“划红线”，强调该行业尚处于示范阶段，而非大规模商业化推广阶段。从已经投产的大唐克什克腾旗、庆华伊犁和汇能鄂尔多斯等3个煤制天然气示范项目来看，煤制天然气技术链是可行的。由于这些项目均未处于满负荷运行状态，因此，对煤制天然气的经济性尚无法给出定论。但从理论上讲，该行业在中国“煤贱气贵”的能源格局现状下的盈利能力较为可观，这也是造成国内投资热潮的基本市场原因之一。可预测的是，中国将大力推进能源消费结构调整，重视环境保护、减少碳排放，“降煤提气”已成为现在乃至未来几十年中国能源消费市场的重要发展趋势。
结语
经核算，该煤制天然气项目单位产品综合能耗由于《煤制天然气单位产品能源能耗限额》（GB30179-2013）规定的先进值1.3吨标煤/千标方，能源转化率优于《煤炭深加工产业示范“十三五”规划》的基准值（51%）、接近先进值（57%）。通过对煤制天然气装置进行优化，可有效实现节能降耗，提高能量利用率。
参考文献
[1]钱伯章.煤制天然气的优势与发展分析[J].项目管理，2013（1）：10-18.
［2］朱瑞春，公维恒，范少锋.煤制天然气工艺技术研究［J］.洁净煤技术，2011，17(6)：81-85.
[3]刘鹤珠.小议煤制天然气的重要性及其发展[J].科技创业家，2011(11)：136.
论文作者:毛斌鹏
论文发表刊物:《科学与技术》2019年17期
论文发表时间:2020/1/15
标签：天然气论文; 甲烷论文; 项目论文; 煤炭论文; 步法论文; 技术论文; 中国论文; 《科学与技术》2019年17期论文;