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)境保護趨勢與中國天然氣需求量的持續(xù)增長以及煤炭行業(yè)的持續(xù)低迷，通過煤合成天然氣的相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域近年來可謂備受關(guān)注，相關(guān)項目也在密集上馬。煤制天然氣在一定程度上可以緩解中國的天然氣危機，并能在一定程度上推動煤炭行業(yè)的清潔利用，這也是基于中國能源結(jié)構(gòu)特點進行能源轉(zhuǎn)型的實際選擇。

1煤制天然氣技術(shù)特點

      煤制天然氣通常是指采用已開采原煤，經(jīng)過氣化、凈化、甲烷化等工藝制造合成天然氣的工藝過程。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，中國煤制天然氣項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中國能源結(jié)構(gòu)體系

      中國煤制天然氣產(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國、生產(chǎn)國和進口國，“富煤、少氣”的能源結(jié)構(gòu)特征決定了煤炭仍將長期作為中國能源主體，但與此同時對天然氣依然有巨大需求。近年來，天然氣的消費比例日益提升，其將成為中國主體能源之一，而天然氣供需缺口將進一步擴大，“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”同時存在時，方才有發(fā)展煤制天然氣并對天然氣進行替代的市場空間和驅(qū)動力。

1.2政府發(fā)展的雄心與企業(yè)獲取條件

      4.0×10⁹m³/a規(guī)模的煤制天然氣項目投資額高達2.60×10¹⁰～3.00×10¹⁰元，不僅給產(chǎn)出天然氣的區(qū)域帶來了GDP的增長，還帶動和促進了周邊的經(jīng)濟發(fā)展，拉動當(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“大項目”發(fā)展當(dāng)?shù)亟?jīng)濟立竿見影的方式。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)濟刺激政策帶來的充沛資金

      自2008年金融危機以來，中國出臺了一系列經(jīng)濟刺激政策，為國內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和重化工業(yè)帶來了充沛的資金。國內(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目通常由信譽良好的央企或大型私營企業(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象。目前，煤制天然氣的投資方主要有大唐集團、匯能集團、中海油、慶華、伊泰、究礦、中電投、華能和中國石化等大型企業(yè)。

1.4設(shè)備和技術(shù)國產(chǎn)化帶來的成本降低

      煤化工屬于資金和技術(shù)密集型行業(yè)，經(jīng)濟規(guī)模的單個項目投資巨大，產(chǎn)品成本結(jié)構(gòu)中財務(wù)成本和折舊占比依然較高。如果完全或大部分依靠進口技術(shù)和設(shè)備，缺乏相應(yīng)國內(nèi)技術(shù)和設(shè)備的競爭，煤化工的投資額將會令投資方難以承受。

      中國政府尤其重視對先進技術(shù)的引進、消化和吸收。近年來，中國裝備工業(yè)體系的發(fā)展和國產(chǎn)煤化工技術(shù)的成熟，使進口技術(shù)和設(shè)備的價格不斷降低，從而壓縮了項目投資，提升了經(jīng)濟性。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。過去十余年間，氣流床煤氣化技術(shù)的發(fā)展和完善對中國煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到了巨大的促進作用。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源。

      甲烷化也是煤制天然氣的核心技術(shù)之一，但仍被國外少數(shù)幾家公司壟斷。目前，國內(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，且在焦?fàn)t煤氣甲烷化項目上已有工程業(yè)績。

2中國發(fā)展煤制天然氣的意義

2.1天然氣供需缺口的有效補充

      目前，國內(nèi)天然氣供應(yīng)的缺口逐年增大，近年來的對外依存度呈快速上漲之勢。國家能源行動計劃設(shè)定2020年末天然氣的消費量將達到3.0×10¹¹～4.0×10¹¹m³，這從客觀上加大了中國對開發(fā)非常規(guī)天然氣和合成天然氣的需求。

2.2消化煤炭的過剩產(chǎn)能并助力環(huán)境保護

      2016年11月4日，《巴黎協(xié)定》正式生效，中國承諾2030年左右使CO₂排放顯著降低，并爭取盡早實現(xiàn)“2030年使單位國內(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比例達到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。除了計劃于2020年努力將煤炭消費總量控制在4.2×10⁹t左右外，以煤制天然氣取代中小鍋爐對煤炭的散燒，在煤制天然氣過程中采用現(xiàn)代化的氣化、凈化技術(shù)，并集中進行除塵、脫硫、脫硝等處理，大幅減少煤炭直接燃燒時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，其污染相對較小，能有效緩解環(huán)保壓力，也可以緩解煤炭產(chǎn)能過剩的局面。而對比石油、煤炭、天然氣、液化天然氣等燃料的價格，煤炭目前是亞洲領(lǐng)域內(nèi)成本最為低廉的化石燃料。煤炭價格相比石油和天然氣更具競爭力，且與其他燃料相比波動幅度較小。

      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。中國煤炭儲量豐富，產(chǎn)能過剩嚴重，通過轉(zhuǎn)化為相對稀缺、供不應(yīng)求的天然氣產(chǎn)品，可實現(xiàn)從一般能源向稀缺能源、低級能源向高級能源的轉(zhuǎn)化。

2.3保障國家能源安全

      從能源流通的角度看，解決中國能源分布與消費市場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)，從偏遠的富煤產(chǎn)地用天然氣長輸管線送到全國消費市場，不僅擴展了清潔能源生產(chǎn)的新途徑，而且相比煤炭直接運輸降低了能源流通成本，減少了運輸過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，其又具有能源利用率高的特點，符合國內(nèi)外煤炭加工利用的發(fā)展方向，對于緩解國內(nèi)天然氣短缺、保障中國能源安全、節(jié)能減排具有重要戰(zhàn)略意義。

      但是，人們對于煤制天然氣技術(shù)并非全面持有樂觀態(tài)度。目前，中國煤制天然氣產(chǎn)業(yè)尚處于發(fā)展初期，人們對煤制天然氣過程中可能帶來的污染風(fēng)險和盈利能力依然莫衷一是，有待通過長期運行結(jié)果進行驗證。

      現(xiàn)階段，國內(nèi)煤制天然氣項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能源結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀的、對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，對適當(dāng)開展示范性項目和培養(yǎng)整個技術(shù)鏈的國產(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

      煤制天然氣是中國當(dāng)前社會經(jīng)濟發(fā)展階段基于能源結(jié)構(gòu)和形勢下的特色行業(yè)。20世紀(jì)，除了美國開展大平原煤制天然氣外，中國也是全世界最大規(guī)模開展煤制天然氣的國家。當(dāng)前國內(nèi)專家對煤制天然氣的評價不一，部分專家認為煤制天然氣不僅可以緩解天然氣供需缺口，消費過剩的煤炭產(chǎn)能可提高不便于長途輸送的煤炭的能源流通效率，還可以避免煤炭散燒帶來的環(huán)境污染，是適合中國能源情況的必要產(chǎn)業(yè)。同時也有部分觀點認為，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)境保護等方面并無典型優(yōu)勢，只是排放和污染的區(qū)域性轉(zhuǎn)移。目前一致認為，中國煤制天然氣已經(jīng)出現(xiàn)明顯的投資過熱局面。國家相關(guān)部門也一再發(fā)文對該行業(yè)進行規(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個煤制天然氣示范項目來看，煤制天然氣技術(shù)鏈?zhǔn)强尚械?。由于這些項目均未處于滿負荷運行狀態(tài)，因此，對煤制天然氣的經(jīng)濟性尚無法給出定論。但從理論上講，該行業(yè)在中國“煤賤氣貴”的能源格局現(xiàn)狀下的盈利能力較為可觀，這也是造成國內(nèi)投資熱潮的基本市場原因之一。可預(yù)測的是，中國將大力推進能源消費結(jié)構(gòu)調(diào)整，重視環(huán)境保護、減少碳排放，“降煤提氣”已成為現(xiàn)在乃至未來幾十年中國能源消費市場的重要發(fā)展趨勢。

      煤制天然氣作為對國產(chǎn)氣、進口管道氣和進口LNG（液化天然氣）的有效補充，在技術(shù)和經(jīng)濟性可行的情況下有較大發(fā)展空間，適當(dāng)開展示范項目符合中國能源供應(yīng)多樣化的需求。站在國家能源戰(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。在國內(nèi)天然氣供應(yīng)緊張和國際油價、天然氣價格連續(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

      對各段工藝及國內(nèi)外典型技術(shù)進行了簡要介紹和分析，并對煤制天然氣的主副產(chǎn)品、環(huán)境保護、選址條件、經(jīng)濟性等內(nèi)容進行了歸納總結(jié)。通過這些總結(jié)不難看出，煤制天然氣整個技術(shù)鏈?zhǔn)强尚械?，理論上?jīng)濟性也是可行的。實際工程項目運行伊始，尚未達到大規(guī)模量產(chǎn)階段，還無法過早下定論。

      煤制天然氣作為一種新型煤化工技術(shù)，符合中國“富煤貧氣”的能源結(jié)構(gòu)特點和清潔能源發(fā)展需求，并可有序、合理地在環(huán)境負荷允許的富煤地區(qū)利用劣質(zhì)煤開展示范工程。這樣做實際意義重大，不僅能帶動該行業(yè)技術(shù)鏈上核心技術(shù)和裝備的國產(chǎn)化，還能給經(jīng)濟、社會帶來綜合效益。但盲目、過熱發(fā)展可能會給項目建設(shè)地帶來嚴重的環(huán)境問題，且可能會增加CO₂和污染物的排放量。

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