第3期煤質(zhì)技術(shù)2011年5月爆化工煤制天然氣展望谷紅偉1,邢秀云2(1.中國神華能源股份有限公司煤炭銷售中心,北京10001;2.國家煤炭質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心,北京100013摘要:闡迷了天然氣賚源短缺的現(xiàn)實與開發(fā)煤制天然氣的可行性,簡介了煤制天然氣的技術(shù)途與經(jīng)濟可行性,指出合理的天然氣生產(chǎn)布局及其開發(fā)的必要性,建議加強對直接甲烷化、甲烷化催化劑及多聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)業(yè)的開發(fā)力度。關(guān)鍵詞:煤制天然氣;甲烷化;煤炭氣化中圖分類號:TQ536文獻標識碼:A文章編號:1007-7677(2011)03-0050-04The prospects in coal-tor-nature gasGU Hong-wei, XING Xiu-yunCoal Sales Department Corporation, Shenhua Group Cor poration Ltd. Beijing 100011, China2. China Supervision and Test Center of Coal Quality, Beijing 100013, China)Abstract: The shortage of natural gas resource and the feasibility of developing coal-to-nature gas were discussed, and technologyways and economic feasibility of coal-to-nature gas are also introduced in brief. The rational production distribution andevelopment were necessary. The study on direct methanation and methanation catalyst and poly-generation should bestrengthened.Key words: coal-to-nature gas; methanation; coal gasification0前言選擇另建其它天然氣管線向歐洲供氣,之后俄國又與白俄羅斯發(fā)生因提高天然氣價格導致的爭端。對隨著我國國民經(jīng)濟長期持續(xù)穩(wěn)步增長,對能源于烏克蘭和白俄羅斯兩國既是天然氣用戶又是向西需求量也逐年不斷增大。在我國不斷推進城市化進歐供氣管道過境國來說,在事件中十分被動6。程的形勢下,對優(yōu)質(zhì)、高效、低碳的清潔能源——天顯然,出于國家能源安全之需,立足國內(nèi)資源然氣的需求量亦不斷攀升。近年來采取了一系列開乃為上策。然而,國內(nèi)天然氣資源儲量雖經(jīng)近年來源與節(jié)流的措施,諸如2007年國家發(fā)改委頒布加大勘探力度,可采資源量逐年增加,但仍然極其《天然氣利用政策》,禁止天然氣制甲醇、限制有煤匱乏。除采用資源節(jié)流外,仍難以滿足天然氣國內(nèi)炭資源的地區(qū)用天然氣發(fā)電等措施;另外,除加強消費量不斷地、連續(xù)地逐年增長。而煤炭可采儲量天然氣資源勘探與生產(chǎn)開發(fā)之外,自2006年開始高居化石能源可采儲量的71.2%,2009年煤炭產(chǎn)即從國外進口天然氣,如從俄羅斯西伯利亞和薩哈量29.73億t,2010年煤炭產(chǎn)量超過33億t。正由林進入東北地區(qū)的天然氣管線;從中亞三國即哈薩于大量使用煤炭,導致煤煙型環(huán)境污染及溫室氣體克斯坦、土庫曼斯坦與烏茲別克斯坦鋪設(shè)天然氣管CO2排放量位居世界前列。出于切實承擔減排CO2線;我國東部和南部福建、廣東、浙江和上海等地溫室氣體對氣候變化影響的歷史使命的需要,我國的港口引進澳大利亞、印度尼西亞和馬來西亞的液已將節(jié)能減排納入“十一五”發(fā)展規(guī)劃綱要,“十化天然氣(LNG)-別。受國際政治風云變幻,地五”末我國節(jié)能減排業(yè)已達到預訂目標,但未來緣政治多變的影響,進口天然氣存在一定程度的風之路仍中國煤化工險。例如:俄國與烏克蘭天然氣之爭,導致歐洲冬天在化石能源季用氣高峰時停氣,供熱系統(tǒng)一片混亂。最后俄國中最低CNMH放是燃煤的第3期煤質(zhì)技術(shù)2011年5月1481分之一、SO2排放是燃煤的700分之一,無2.1煤制天然氣的煤炭資源豐富疑天然氣是潔凈的優(yōu)質(zhì)能源。立足于我國豐富煤炭除煉焦用煤(約占煤炭總儲量的24%)以外,資源,發(fā)展煤制天然氣既可提高國家能源安全供其它非煉焦用煤種(約占煤炭總儲量的76%)即,又可解決節(jié)能減排的發(fā)展目動力用煤,理論上均可作為煤制天然氣的原料,1天然氣資源及消費煤炭經(jīng)氣化制取合成氣,再經(jīng)甲烷化合成天然氣在我國煤炭資源中,不黏煤和長焰煤儲量約占近二十多年來,分別在1986年、1994年和30%,產(chǎn)量約占1/4,主要集中于華北和西北地2004年先后進行了3次全國石油及天然氣資源評區(qū),又以內(nèi)蒙東勝和陜西神府煤田最為集中,儲量估。全國天然氣資源量達到47萬億m3,最終可采達到3000億t以上;褐煤約占煤炭總儲量的1/8儲量14萬億m。資源主要分布于中西部地區(qū),約主要分布于內(nèi)蒙東部與東北三盟相連地區(qū),多屬老占資源總量地80%,東部占8%,海域占12%。年褐煤。云南褐煤則屬于低階褐煤。由于褐煤水分盡管如此,天然氣在化石能源資源中僅占不到3%高于其它煤種,只能作動力煤使用,又不宜于遠距的比例。進入21世紀以來,一次能源消費增長較離長途運輸,最適于就地利用。此外,邊遠地區(qū),快,2000年~2008年一次能源消費年平均增長率如新疆自治區(qū)則有更豐富的動力煤資源,可供利用如圖1所示1。的煤種多為不黏煤和長焰煤。2.2煤制天然氣工藝技術(shù)煤制天然氣與其它煤制能源產(chǎn)品(如煤制油、二甲醚和甲醇)相比,具有轉(zhuǎn)化率和選擇性高,CO和H2的轉(zhuǎn)化率接近100%、單位熱值投資成本和水耗較低、廢熱利用率高、總熱效率最高。顯石油大然氣煤炭核能水電然,此特點對地處華北、西北水資源少的地區(qū)發(fā)展能源類型煤制天然氣是有利的。數(shù)據(jù)來源:BP世界能源統(tǒng)計20092.2.1煤制天然氣工藝技術(shù)圖12000年~2008年中國一次能源消費年均增長率(1)直接甲烷化制天然氣。美國巨點能源公司由圖1可知,天然氣消費年平均增長率達到開發(fā)的一步法技術(shù),即催化煤甲烷化,又稱蘭氣技15.9%,僅次于核能的20.1%,居第二位,明顯高術(shù)。優(yōu)點在于工藝簡單、設(shè)備造價低、節(jié)能節(jié)水。于煤炭和石油。據(jù)2009年能源統(tǒng)計年鑒統(tǒng)計,天然美國 EXXON公司的催化蒸汽氣化法,煤與蒸氣年消費量2000年僅245億m,全部自給。2006年汽經(jīng)催化劑催化生產(chǎn)甲烷,理論熱效率71.9%。561億m3,當年開始進口天然氣達到9.5億m3;加氫氣化,以氫氣作氣化劑將煤轉(zhuǎn)化成甲烷2008年消費812億m3,進口達到46億m3。預期理論熱效率79.62010年天然氣消費量將超過1100億m3,上述諸法均處于研發(fā)階段,目標為進一步提高五”期間逐年遞增已成定局。截至2008年全國有煤制天然氣的競爭力280多個城市建立和應用天然氣,天然氣民用領(lǐng)域(2)間接甲烷化制天然氣。亦稱二步法煤制甲人口接近1.1億,供氣量約300億m3,約占當年烷工藝。煤首先經(jīng)氣化制取合成氣,再經(jīng)催化甲烷天然氣供應總量的45%?；a(chǎn)天然氣。其一,德國魯奇法。碎煤(粒度為2煤制天然氣6mm~50mm)在移動床(亦稱固定層)氣化爐氣化生產(chǎn)合成氣,經(jīng)凈化、脫羧后,通過變換調(diào)整出于國家能源安全、進口天然氣的地緣政治風合成氣中的H2/CO比為31~33摩爾比,再在甲險以及長輸管線高額費用等影響因素的考慮,為解烷化反應器內(nèi)經(jīng)催化反應生產(chǎn)甲烷,合成氣轉(zhuǎn)化率決天然氣供需矛盾,基于煤炭資源儲量及生產(chǎn)量不小于98%。1984年投產(chǎn)的美國北達科達州大平在國內(nèi)開展煤制天然氣是可行的,并已被提到議事原( Great plain)煤制代用天然氣工廠,采用魯奇日程。此舉可作為石油液化氣、液化天然氣及常ⅣV中國煤化工產(chǎn)代用天然天然氣的補充和調(diào)峰氣源,以緩解供應缺口。氣CNMHG5td,以及第3期煤質(zhì)技術(shù)2011年5月CO2、焦油、苯酚等化工產(chǎn)品。大平原煤制代用天種氣化工藝做過對比,由于流化床氣化壓力低,大然氣廠一直生產(chǎn)至今。建成后曾因天然氣市場飽和型化生產(chǎn)仍有問題,干式加料氣流床氣化(如而虧損,2000年后扭虧為盈0Shel法)雖然氣化指標優(yōu)于水煤漿氣流床(如德(3)甲烷化技術(shù)。甲烷化是煤制天然氣的關(guān)鍵士古法),但其投資大,長期穩(wěn)定運行尚待驗證。技術(shù)。在加壓下有利于甲烷的生成,因為化學合成最后確定選擇魯奇(干式排灰)、液態(tài)排渣氣化總向體積減少的方向進行。除魯奇法外,尚有英國(BGL)和水煤漿氣化。三者均為加壓氣化,前DAVY和丹麥 TOPSOE的甲烷化技術(shù)居于世界領(lǐng)者為移動床,后一種為氣流床。三種氣化工藝及設(shè)先。雖然后兩者技術(shù)在合成氣轉(zhuǎn)化率優(yōu)于魯奇法,備均可在國內(nèi)制造。其中BGL正在云南解放軍化但其工業(yè)化程度落后于魯奇法。肥廠進行工業(yè)化示范開發(fā)階段。評價對比以建廠規(guī)2.2.2氣化工藝技術(shù)及選擇模均為20億m3/a為基礎(chǔ)煤氣化是煤制天然氣的核心。氣化爐類型可分每1000m3合成天然氣三種氣化工藝能量消為移動床、流化床、氣流床三類。國內(nèi)專家曾對三耗及轉(zhuǎn)化效率對比見表1表1每1000m3合成天然氣三種氣化工藝能量消耗及轉(zhuǎn)化效率對比項目單位耗能/移動床干排渣工藝移動床液態(tài)排渣工藝水煤漿氣流床工藝名稱消耗量能耗/GJ消耗量/t能耗/GJ消耗量/t能耗/GJ原料煤(ar)/t2.256汽8MP,530℃/4.28×1031.797.700.7482005MPa,158℃/t3.756×1030.31639.8×1030.42粗酚/t19.7×1030.0080.16液氨/t0.007-0.11硫磺/t0.010.090.010.0911.8×10M/Wh267.8213,4新鮮水/t2.51M/t0.00855.30脫鹽水/t4.23MJ/t總計能耗53.0551.7762.04天然氣/m334.534.5總能轉(zhuǎn)換率/%66.655.6將表1的數(shù)據(jù)進行能耗分析得知奇法。水煤漿法最差,是BGL法的1.47倍和魯奇①工廠總能轉(zhuǎn)換率為主要綜合指標,預示節(jié)能法的1.37倍。減排、經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益的優(yōu)劣。此通過上述對比,國內(nèi)專家推薦BGL法。并認指標以BGL法最高,達到66.6%.其次為魯奇法為該工藝在國內(nèi)仍在示范階段。故采用應謹慎為65.0%。水煤漿法氣化只為55.6%,每年比魯筆者認為當前應以魯奇氣化為基礎(chǔ),開展煤制奇法將多耗煤88萬t天然氣的開發(fā)示范試點;甲烷化技術(shù)可引進。同時②煤炭占總能耗:以魯奇法最低為85.3%積極研究煤氣化技術(shù)、直接甲烷化的技術(shù)及其催化③蒸汽占總能耗:以水煤漿氣化最低,僅為劑,以便未來立足國內(nèi),但魯奇法對環(huán)境的污染4.9%,BGL居次為127%,魯奇法為16.7%大,采用該法時應加強對環(huán)境污染的改善。④電占總能耗:魯奇法是58%,BGL法為4.85%及水煤漿法為7.2%H中國煤化工通過對比,投資額以BGL法最低,其次是魯自煤制汕。xCNMHG生產(chǎn)項目,灬嗎天然氣項目第3期煤質(zhì)技術(shù)2011年5月相繼出現(xiàn),詳見表2。潔、有效的現(xiàn)代潔凈煤技術(shù)模式,探索出一條跨行業(yè)、多聯(lián)產(chǎn)、集團化發(fā)展之路。表2近期在建和擬建的煤制天然氣項目建設(shè)單位建設(shè)地點規(guī)模/億m3:a神華集團內(nèi)蒙鄂爾多斯天然氣進口量逐年增加,對外依存度亦與日俱大唐國際發(fā)電內(nèi)蒙克什克旗增。全世界天下太平遠未到來,如在天然氣進口上大唐國際發(fā)電大唐華銀電力內(nèi)象鄂爾多斯4060063依然步進口石油之后塵,則會出現(xiàn)能源安全與否取新疆廣匯新能源新疆伊吾決于國外的局面。出于國家能源安全之考慮,發(fā)展山東新汶礦業(yè)新疆伊犁煤制天然氣實乃上策中國海洋石油、山西大同煤業(yè)山西大同發(fā)展煤制天然氣既可作無天然氣供應地區(qū)的氣內(nèi)蒙匯能媒化工內(nèi)蒙鄂爾多斯源,又可作管道天然氣的補充氣源和調(diào)峰氣源。神東天隆集團新疆煤化工新疆吉木薩爾旦多聯(lián)產(chǎn)開發(fā)成功和應用,則必將最終實現(xiàn)跨行業(yè)、多聯(lián)產(chǎn)、集團化發(fā)展之路如表2所示,表中的9個項目多以豐富的廉價煤制天然氣的布局與開發(fā)步驟需依可利用煤炭的不黏煤和長焰煤(大同為弱黏結(jié)煤)為原料,采資源的分布,建廠地點的可利用水資源、電力、周用成熟技術(shù),大部分設(shè)備國內(nèi)自給少量引進,生產(chǎn)邊城市對天然氣的需求而統(tǒng)籌考慮。成本低,利潤空間較大。參考文獻:(2)煤制天然氣生產(chǎn)成本的影響因素。煤制天然氣生產(chǎn)廠的經(jīng)濟規(guī)模應在年產(chǎn)10億m3以上。[l]許紅星,我國能源利用現(xiàn)狀與對策[J],中外能由于采用美國大平原模式,有焦油、輕油、粗酚、源,2010(1)液氨、元素硫等副產(chǎn)品,其收入可從總生產(chǎn)成本中[2]陸家亮,中國天然氣工業(yè)發(fā)展形勢及發(fā)展建議[扣除,對魯奇法和BGL法而言分別占總成本的3%和38%(大平原廠處于虧損年度,即以精加[3]田基本,制天然氣氣化技術(shù)選擇[]·煤化工工的副產(chǎn)品收入維持經(jīng)濟平衡)。煤成本約占總成2009(5)本的50%,副產(chǎn)品收入可抵消煤成本的60%左右。[4]汪家銘,煤制天然氣技術(shù)發(fā)展概況與市場前景[J(3)布局及開發(fā)步驟。煤制天然氣生存的重要天然氣化工,2010,35(1)因素是買方市場,即天然氣極度短缺,生存空間巨[5]徐原,低碳經(jīng)濟與城市天然氣的發(fā)展[].煤氣與熱力,2010,30(6)大。目前布局與開發(fā)設(shè)點宜統(tǒng)籌考慮,僅鄂爾多斯[6]殷建平,黃輝,從俄烏天然氣爭端談中國的天然地即有三項目,而阜新的資源即將采完。當前任安全[J]務(wù)是煤制天然氣是新項目,尚缺乏實際管理、運行[]李大南,媒制合威天然氣工藝技術(shù)經(jīng)濟分析Ⅱ經(jīng)驗,將現(xiàn)有的項目完成長期穩(wěn)定運行之后,恐需煤化工,2010(2)數(shù)年之久,再審時度勢繼續(xù)開發(fā)和擴展規(guī)模[8]付國忠,陳超,我國天然氣供需現(xiàn)狀及煤制天然氣至于甲烷化催化劑,應在已有開發(fā)的基礎(chǔ)上重工藝技術(shù)和經(jīng)濟分析[J,中外能源,2010(6)點投入進行自主研發(fā),開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)可[9]張文輝,以煤為原料合威天然氣技術(shù)發(fā)展前景分析實際應用的催化劑系列J].煤,2009(9)直接甲烷化工藝在煤制天然氣領(lǐng)域更具優(yōu)越[10]劉志光,龔華俊,余黎明,我國煤制天然氣發(fā)展的性,可進行布局研發(fā),借以提高企業(yè)競爭力和擴大探討[],煤化工,2009(生存空間。[11]湯亞利,徐文滿,中國天然氣市場面臨的一次洗牌].天然氣工業(yè),2008(1)(4)積極研發(fā)多聯(lián)產(chǎn)工藝。多聯(lián)產(chǎn)工藝是由煤炭的多種加工工藝串聯(lián)或并聯(lián)而成的一種新工藝流作者簡介:谷紅偉(1974-),男,遼南商丘人,高級工程師程。具有可實現(xiàn)物流、能量的梯級利用,實現(xiàn)廢物公回餾光銷虛山的從事科研管理工作零排放。有利于提高能源利用效率、節(jié)能減排、改中國煤化工善環(huán)境。最終實現(xiàn)煤炭利用的集約化、大規(guī)模、清CNMHG