煤制天然氣技術(shù)應(yīng)用前景展望

關(guān)鍵詞：煤；天然氣；煤化工；節(jié)能減排

引言

基于防治大氣污染的環(huán)境保護(hù)趨勢(shì)與中國(guó)天然氣需求量的持續(xù)增長(zhǎng)以及煤炭行業(yè)的持續(xù)低迷，通過(guò)煤合成天然氣的相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域近年來(lái)可謂備受關(guān)注，相關(guān)項(xiàng)目也在密集上馬。煤制天然氣在一定程度上可以緩解中國(guó)的天然氣危機(jī)，并能在一定程度上推動(dòng)煤炭行業(yè)的清潔利用，這也是基于中國(guó)能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行能源轉(zhuǎn)型的實(shí)際選擇。

1煤制天然氣技術(shù)特點(diǎn)

      煤制天然氣通常是指采用已開(kāi)采原煤，經(jīng)過(guò)氣化、凈化、甲烷化等工藝制造合成天然氣的工藝過(guò)程。采用不同氣化工藝的煤制天然氣的工藝流程不盡相同，但大體都包括備煤、氣化、變換、凈化和甲烷化等工序，而在備煤階段根據(jù)氣化工藝的要求有所不同。目前，中國(guó)煤制天然氣項(xiàng)目普遍采用碎煤加壓氣化、粉煤加壓氣化、水煤漿氣化或三者組合的氣化方式。

1.1中國(guó)能源結(jié)構(gòu)體系

      中國(guó)煤制天然氣產(chǎn)業(yè)得以快速發(fā)展的原因不勝枚舉。作為世界上最大的能源消費(fèi)國(guó)、生產(chǎn)國(guó)和進(jìn)口國(guó)，“富煤、少氣”的能源結(jié)構(gòu)特征決定了煤炭仍將長(zhǎng)期作為中國(guó)能源主體，但與此同時(shí)對(duì)天然氣依然有巨大需求。近年來(lái)，天然氣的消費(fèi)比例日益提升，其將成為中國(guó)主體能源之一，而天然氣供需缺口將進(jìn)一步擴(kuò)大，“富煤、少氣”的能源結(jié)構(gòu)與清潔環(huán)保之間的矛盾將日益加劇。只有“富煤”和“少氣”同時(shí)存在時(shí)，方才有發(fā)展煤制天然氣并對(duì)天然氣進(jìn)行替代的市場(chǎng)空間和驅(qū)動(dòng)力。

1.2政府發(fā)展的雄心與企業(yè)獲取條件

      4.0×10⁹m³/a規(guī)模的煤制天然氣項(xiàng)目投資額高達(dá)2.60×10¹⁰～3.00×10¹⁰元，不僅給產(chǎn)出天然氣的區(qū)域帶來(lái)了GDP的增長(zhǎng)，還帶動(dòng)和促進(jìn)了周邊的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，拉動(dòng)當(dāng)?shù)鼐蜆I(yè)，提高當(dāng)?shù)厝司杖?。巨大的投資額是吸引當(dāng)?shù)卣瓟n“大項(xiàng)目”發(fā)展當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)立竿見(jiàn)影的方式。富煤地區(qū)政府為了吸引投資者，在土地、稅收、政府服務(wù)、煤炭資源等方面推出了諸多措施。但對(duì)企業(yè)而言，更具吸引力的仍然是政府的煤炭資源配置。

1.3經(jīng)濟(jì)刺激政策帶來(lái)的充沛資金

      自2008年金融危機(jī)以來(lái)，中國(guó)出臺(tái)了一系列經(jīng)濟(jì)刺激政策，為國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和重化工業(yè)帶來(lái)了充沛的資金。國(guó)內(nèi)銀行本身也有完成貸款任務(wù)的指標(biāo)，比如煤制天然氣等大型煤化工項(xiàng)目通常由信譽(yù)良好的央企或大型私營(yíng)企業(yè)投資，并且將優(yōu)質(zhì)資產(chǎn)煤礦作為抵押物而成為銀行放貸的理想對(duì)象。目前，煤制天然氣的投資方主要有大唐集團(tuán)、匯能集團(tuán)、中海油、慶華、伊泰、究礦、中電投、華能和中國(guó)石化等大型企業(yè)。

1.4設(shè)備和技術(shù)國(guó)產(chǎn)化帶來(lái)的成本降低

      煤化工屬于資金和技術(shù)密集型行業(yè)，經(jīng)濟(jì)規(guī)模的單個(gè)項(xiàng)目投資巨大，產(chǎn)品成本結(jié)構(gòu)中財(cái)務(wù)成本和折舊占比依然較高。如果完全或大部分依靠進(jìn)口技術(shù)和設(shè)備，缺乏相應(yīng)國(guó)內(nèi)技術(shù)和設(shè)備的競(jìng)爭(zhēng)，煤化工的投資額將會(huì)令投資方難以承受。

      中國(guó)政府尤其重視對(duì)先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)、消化和吸收。近年來(lái)，中國(guó)裝備工業(yè)體系的發(fā)展和國(guó)產(chǎn)煤化工技術(shù)的成熟，使進(jìn)口技術(shù)和設(shè)備的價(jià)格不斷降低，從而壓縮了項(xiàng)目投資，提升了經(jīng)濟(jì)性。在煤制天然氣裝置投資中，氣化單元投資比例最大。煤氣化是煤化工發(fā)展的龍頭產(chǎn)業(yè)，也是煤制天然氣中投資規(guī)模最大、最核心的部分。過(guò)去十余年間，氣流床煤氣化技術(shù)的發(fā)展和完善對(duì)中國(guó)煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到了巨大的促進(jìn)作用。相比固定床氣化，氣流床可以使用粉煤，以此大幅拓展煤氣化的原料來(lái)源。

      甲烷化也是煤制天然氣的核心技術(shù)之一，但仍被國(guó)外少數(shù)幾家公司壟斷。目前，國(guó)內(nèi)有多家科研院所及高校在研發(fā)該技術(shù)，并取得了一定的成績(jī)，且在焦?fàn)t煤氣甲烷化項(xiàng)目上已有工程業(yè)績(jī)。

2中國(guó)發(fā)展煤制天然氣的意義

2.1天然氣供需缺口的有效補(bǔ)充

      目前，國(guó)內(nèi)天然氣供應(yīng)的缺口逐年增大，近年來(lái)的對(duì)外依存度呈快速上漲之勢(shì)。國(guó)家能源行動(dòng)計(jì)劃設(shè)定2020年末天然氣的消費(fèi)量將達(dá)到3.0×10¹¹～4.0×10¹¹m³，這從客觀上加大了中國(guó)對(duì)開(kāi)發(fā)非常規(guī)天然氣和合成天然氣的需求。

2.2消化煤炭的過(guò)剩產(chǎn)能并助力環(huán)境保護(hù)

      2016年11月4日，《巴黎協(xié)定》正式生效，中國(guó)承諾2030年左右使CO₂排放顯著降低，并爭(zhēng)取盡早實(shí)現(xiàn)“2030年使單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值CO₂排放量比2005年下降60%～65%，而非化石能源占一次能源消費(fèi)比例達(dá)到20%左右”這一目標(biāo)。這將加快高燃煤消耗企業(yè)的改革步伐。除了計(jì)劃于2020年努力將煤炭消費(fèi)總量控制在4.2×10⁹t左右外，以煤制天然氣取代中小鍋爐對(duì)煤炭的散燒，在煤制天然氣過(guò)程中采用現(xiàn)代化的氣化、凈化技術(shù)，并集中進(jìn)行除塵、脫硫、脫硝等處理，大幅減少煤炭直接燃燒時(shí)向大氣中排放的污染物也是一種重要的改革手段。

      煤制天然氣產(chǎn)品與常規(guī)天然氣結(jié)構(gòu)組分相類似，是一種潔凈、優(yōu)質(zhì)的燃料，其污染相對(duì)較小，能有效緩解環(huán)保壓力，也可以緩解煤炭產(chǎn)能過(guò)剩的局面。而對(duì)比石油、煤炭、天然氣、液化天然氣等燃料的價(jià)格，煤炭目前是亞洲領(lǐng)域內(nèi)成本最為低廉的化石燃料。煤炭?jī)r(jià)格相比石油和天然氣更具競(jìng)爭(zhēng)力，且與其他燃料相比波動(dòng)幅度較小。

      不僅如此，煤制天然氣的能源轉(zhuǎn)化效率較高，能量轉(zhuǎn)化效率約為56%，而將煤進(jìn)行間接液化的能量效率約為34%，直接液化則約為38%，煤制二甲醚能量效率約為37%。從能源消費(fèi)特征上講，天然氣比煤炭的能源密度更高且污染物排放更少，具有明顯的清潔、高效、便捷等技術(shù)特征。中國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量豐富，產(chǎn)能過(guò)剩嚴(yán)重，通過(guò)轉(zhuǎn)化為相對(duì)稀缺、供不應(yīng)求的天然氣產(chǎn)品，可實(shí)現(xiàn)從一般能源向稀缺能源、低級(jí)能源向高級(jí)能源的轉(zhuǎn)化。

2.3保障國(guó)家能源安全

      從能源流通的角度看，解決中國(guó)能源分布與消費(fèi)市場(chǎng)不匹配這一矛盾的有效手段即為發(fā)展煤制天然氣。在中國(guó)煤炭資源豐富的西北部著力發(fā)展煤制天然氣技術(shù)，從偏遠(yuǎn)的富煤產(chǎn)地用天然氣長(zhǎng)輸管線送到全國(guó)消費(fèi)市場(chǎng)，不僅擴(kuò)展了清潔能源生產(chǎn)的新途徑，而且相比煤炭直接運(yùn)輸降低了能源流通成本，減少了運(yùn)輸過(guò)程的能源消耗和污染物排放量，優(yōu)化了煤炭深加工產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。同時(shí)，其又具有能源利用率高的特點(diǎn)，符合國(guó)內(nèi)外煤炭加工利用的發(fā)展方向，對(duì)于緩解國(guó)內(nèi)天然氣短缺、保障中國(guó)能源安全、節(jié)能減排具有重要戰(zhàn)略意義。

      但是，人們對(duì)于煤制天然氣技術(shù)并非全面持有樂(lè)觀態(tài)度。目前，中國(guó)煤制天然氣產(chǎn)業(yè)尚處于發(fā)展初期，人們對(duì)煤制天然氣過(guò)程中可能帶來(lái)的污染風(fēng)險(xiǎn)和盈利能力依然莫衷一是，有待通過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

      現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)煤制天然氣項(xiàng)目為了在粗合成氣中獲得盡量多的CH₄而普遍采用魯齊爐，然而該工藝的最大問(wèn)題是易產(chǎn)生含C₆H₆、ArOH的廢水，且污水處理成本較高。但是，煤制天然氣作為符合中國(guó)能源結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀的、對(duì)于保障能源安全和消除霧霾有重要作用的現(xiàn)代煤化工代表性技術(shù)之一，對(duì)適當(dāng)開(kāi)展示范性項(xiàng)目和培養(yǎng)整個(gè)技術(shù)鏈的國(guó)產(chǎn)技術(shù)和裝備有重大意義。

3煤制天然氣行業(yè)發(fā)展前景展望

      煤制天然氣是中國(guó)當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段基于能源結(jié)構(gòu)和形勢(shì)下的特色行業(yè)。20世紀(jì)，除了美國(guó)開(kāi)展大平原煤制天然氣外，中國(guó)也是全世界最大規(guī)模開(kāi)展煤制天然氣的國(guó)家。當(dāng)前國(guó)內(nèi)專家對(duì)煤制天然氣的評(píng)價(jià)不一，部分專家認(rèn)為煤制天然氣不僅可以緩解天然氣供需缺口，消費(fèi)過(guò)剩的煤炭產(chǎn)能可提高不便于長(zhǎng)途輸送的煤炭的能源流通效率，還可以避免煤炭散燒帶來(lái)的環(huán)境污染，是適合中國(guó)能源情況的必要產(chǎn)業(yè)。同時(shí)也有部分觀點(diǎn)認(rèn)為，就其全生命周期而言，煤制天然氣在能源利用效率、碳排放、環(huán)境保護(hù)等方面并無(wú)典型優(yōu)勢(shì)，只是排放和污染的區(qū)域性轉(zhuǎn)移。目前一致認(rèn)為，中國(guó)煤制天然氣已經(jīng)出現(xiàn)明顯的投資過(guò)熱局面。國(guó)家相關(guān)部門也一再發(fā)文對(duì)該行業(yè)進(jìn)行規(guī)范、調(diào)整，在建設(shè)區(qū)域、用水、能效和環(huán)保等方面“劃紅線”，強(qiáng)調(diào)該行業(yè)尚處于示范階段，而非大規(guī)模商業(yè)化推廣階段。

      從已經(jīng)投產(chǎn)的大唐克什克騰旗、慶華伊犁和匯能鄂爾多斯等3個(gè)煤制天然氣示范項(xiàng)目來(lái)看，煤制天然氣技術(shù)鏈?zhǔn)强尚械?。由于這些項(xiàng)目均未處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，因此，對(duì)煤制天然氣的經(jīng)濟(jì)性尚無(wú)法給出定論。但從理論上講，該行業(yè)在中國(guó)“煤賤氣貴”的能源格局現(xiàn)狀下的盈利能力較為可觀，這也是造成國(guó)內(nèi)投資熱潮的基本市場(chǎng)原因之一。可預(yù)測(cè)的是，中國(guó)將大力推進(jìn)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整，重視環(huán)境保護(hù)、減少碳排放，“降煤提氣”已成為現(xiàn)在乃至未來(lái)幾十年中國(guó)能源消費(fèi)市場(chǎng)的重要發(fā)展趨勢(shì)。

      煤制天然氣作為對(duì)國(guó)產(chǎn)氣、進(jìn)口管道氣和進(jìn)口LNG（液化天然氣）的有效補(bǔ)充，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性可行的情況下有較大發(fā)展空間，適當(dāng)開(kāi)展示范項(xiàng)目符合中國(guó)能源供應(yīng)多樣化的需求。站在國(guó)家能源戰(zhàn)略安全的角度，發(fā)展煤制天然氣產(chǎn)業(yè)，掌握核心技術(shù)，在能源戰(zhàn)略層面具有重要性和緊迫性。在國(guó)內(nèi)天然氣供應(yīng)緊張和國(guó)際油價(jià)、天然氣價(jià)格連續(xù)上漲的情況下，煤制天然氣具有一定的生存能力和盈利能力。煤制天然氣工藝流程包括備煤、氣化、除塵、變換、脫硫與硫回收、甲烷化等。

4結(jié)語(yǔ)

      對(duì)各段工藝及國(guó)內(nèi)外典型技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹和分析，并對(duì)煤制天然氣的主副產(chǎn)品、環(huán)境保護(hù)、選址條件、經(jīng)濟(jì)性等內(nèi)容進(jìn)行了歸納總結(jié)。通過(guò)這些總結(jié)不難看出，煤制天然氣整個(gè)技術(shù)鏈?zhǔn)强尚械模碚撋辖?jīng)濟(jì)性也是可行的。實(shí)際工程項(xiàng)目運(yùn)行伊始，尚未達(dá)到大規(guī)模量產(chǎn)階段，還無(wú)法過(guò)早下定論。

      煤制天然氣作為一種新型煤化工技術(shù)，符合中國(guó)“富煤貧氣”的能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和清潔能源發(fā)展需求，并可有序、合理地在環(huán)境負(fù)荷允許的富煤地區(qū)利用劣質(zhì)煤開(kāi)展示范工程。這樣做實(shí)際意義重大，不僅能帶動(dòng)該行業(yè)技術(shù)鏈上核心技術(shù)和裝備的國(guó)產(chǎn)化，還能給經(jīng)濟(jì)、社會(huì)帶來(lái)綜合效益。但盲目、過(guò)熱發(fā)展可能會(huì)給項(xiàng)目建設(shè)地帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，且可能會(huì)增加CO₂和污染物的排放量。

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