煤制天然气展望

第3期煤质技术2011年5月爆化工煤制天然气展望谷红伟1,邢秀云2(1.中国神华能源股份有限公司煤炭销售中心,北京10001;2.国家煤炭质量监督检验中心,北京100013摘要:阐迷了天然气赉源短缺的现实与开发煤制天然气的可行性,简介了煤制天然气的技术途与经济可行性,指出合理的天然气生产布局及其开发的必要性,建议加强对直接甲烷化、甲烷化催化剂及多联产产业的开发力度。关键词:煤制天然气;甲烷化;煤炭气化中图分类号:TQ536文献标识码:A文章编号: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前言选择另建其它天然气管线向欧洲供气,之后俄国又与白俄罗斯发生因提高天然气价格导致的争端。对随着我国国民经济长期持续稳步增长,对能源于乌克兰和白俄罗斯两国既是天然气用户又是向西需求量也逐年不断增大。在我国不断推进城市化进欧供气管道过境国来说,在事件中十分被动6。程的形势下,对优质、高效、低碳的清洁能源——天显然,出于国家能源安全之需,立足国内资源然气的需求量亦不断攀升。近年来采取了一系列开乃为上策。然而,国内天然气资源储量虽经近年来源与节流的措施,诸如2007年国家发改委颁布加大勘探力度,可采资源量逐年增加,但仍然极其《天然气利用政策》,禁止天然气制甲醇、限制有煤匮乏。除采用资源节流外,仍难以满足天然气国内炭资源的地区用天然气发电等措施;另外,除加强消费量不断地、连续地逐年增长。而煤炭可采储量天然气资源勘探与生产开发之外,自2006年开始高居化石能源可采储量的71.2%,2009年煤炭产即从国外进口天然气,如从俄罗斯西伯利亚和萨哈量29.73亿t,2010年煤炭产量超过33亿t。正由林进入东北地区的天然气管线;从中亚三国即哈萨于大量使用煤炭,导致煤烟型环境污染及温室气体克斯坦、土库曼斯坦与乌兹别克斯坦铺设天然气管CO2排放量位居世界前列。出于切实承担减排CO2线;我国东部和南部福建、广东、浙江和上海等地温室气体对气候变化影响的历史使命的需要,我国的港口引进澳大利亚、印度尼西亚和马来西亚的液已将节能减排纳入“十一五”发展规划纲要,“十化天然气(LNG)-别。受国际政治风云变幻,地五”末我国节能减排业已达到预订目标,但未来缘政治多变的影响,进口天然气存在一定程度的风之路仍中国煤化工险。例如:俄国与乌克兰天然气之争,导致欧洲冬天在化石能源季用气高峰时停气,供热系统一片混乱。最后俄国中最低CNMH放是燃煤的第3期煤质技术2011年5月1481分之一、SO2排放是燃煤的700分之一,无2.1煤制天然气的煤炭资源丰富疑天然气是洁净的优质能源。立足于我国丰富煤炭除炼焦用煤(约占煤炭总储量的24%)以外,资源,发展煤制天然气既可提高国家能源安全供其它非炼焦用煤种(约占煤炭总储量的76%)即,又可解决节能减排的发展目动力用煤,理论上均可作为煤制天然气的原料,1天然气资源及消费煤炭经气化制取合成气,再经甲烷化合成天然气在我国煤炭资源中,不黏煤和长焰煤储量约占近二十多年来,分别在1986年、1994年和30%,产量约占1/4,主要集中于华北和西北地2004年先后进行了3次全国石油及天然气资源评区,又以内蒙东胜和陕西神府煤田最为集中,储量估。全国天然气资源量达到47万亿m3,最终可采达到3000亿t以上;褐煤约占煤炭总储量的1/8储量14万亿m。资源主要分布于中西部地区,约主要分布于内蒙东部与东北三盟相连地区,多属老占资源总量地80%,东部占8%,海域占12%。年褐煤。云南褐煤则属于低阶褐煤。由于褐煤水分尽管如此,天然气在化石能源资源中仅占不到3%高于其它煤种,只能作动力煤使用,又不宜于远距的比例。进入21世纪以来,一次能源消费增长较离长途运输,最适于就地利用。此外,边远地区,快,2000年~2008年一次能源消费年平均增长率如新疆自治区则有更丰富的动力煤资源,可供利用如图1所示1。的煤种多为不黏煤和长焰煤。2.2煤制天然气工艺技术煤制天然气与其它煤制能源产品(如煤制油、二甲醚和甲醇)相比,具有转化率和选择性高,CO和H2的转化率接近100%、单位热值投资成本和水耗较低、废热利用率高、总热效率最高。显石油大然气煤炭核能水电然,此特点对地处华北、西北水资源少的地区发展能源类型煤制天然气是有利的。数据来源:BP世界能源统计20092.2.1煤制天然气工艺技术图12000年~2008年中国一次能源消费年均增长率(1)直接甲烷化制天然气。美国巨点能源公司由图1可知,天然气消费年平均增长率达到开发的一步法技术,即催化煤甲烷化,又称兰气技15.9%,仅次于核能的20.1%,居第二位,明显高术。优点在于工艺简单、设备造价低、节能节水。于煤炭和石油。据2009年能源统计年鉴统计,天然美国 EXXON公司的催化蒸汽气化法,煤与蒸气年消费量2000年仅245亿m,全部自给。2006年汽经催化剂催化生产甲烷,理论热效率71.9%。561亿m3,当年开始进口天然气达到9.5亿m3;加氢气化,以氢气作气化剂将煤转化成甲烷2008年消费812亿m3,进口达到46亿m3。预期理论热效率79.62010年天然气消费量将超过1100亿m3,上述诸法均处于研发阶段,目标为进一步提高五”期间逐年递增已成定局。截至2008年全国有煤制天然气的竞争力280多个城市建立和应用天然气,天然气民用领域(2)间接甲烷化制天然气。亦称二步法煤制甲人口接近1.1亿,供气量约300亿m3,约占当年烷工艺。煤首先经气化制取合成气,再经催化甲烷天然气供应总量的45%。化生产天然气。其一,德国鲁奇法。碎煤(粒度为2煤制天然气6mm~50mm)在移动床(亦称固定层)气化炉气化生产合成气,经净化、脱羧后,通过变换调整出于国家能源安全、进口天然气的地缘政治风合成气中的H2/CO比为31~33摩尔比,再在甲险以及长输管线高额费用等影响因素的考虑,为解烷化反应器内经催化反应生产甲烷,合成气转化率决天然气供需矛盾,基于煤炭资源储量及生产量不小于98%。1984年投产的美国北达科达州大平在国内开展煤制天然气是可行的,并已被提到议事原( Great plain)煤制代用天然气工厂,采用鲁奇日程。此举可作为石油液化气、液化天然气及常ⅣV中国煤化工产代用天然天然气的补充和调峰气源,以缓解供应缺口。气CNMHG5td,以及第3期煤质技术2011年5月CO2、焦油、苯酚等化工产品。大平原煤制代用天种气化工艺做过对比,由于流化床气化压力低,大然气厂一直生产至今。建成后曾因天然气市场饱和型化生产仍有问题,干式加料气流床气化(如而亏损,2000年后扭亏为盈0Shel法)虽然气化指标优于水煤浆气流床(如德(3)甲烷化技术。甲烷化是煤制天然气的关键士古法),但其投资大,长期稳定运行尚待验证。技术。在加压下有利于甲烷的生成,因为化学合成最后确定选择鲁奇(干式排灰)、液态排渣气化总向体积减少的方向进行。除鲁奇法外,尚有英国(BGL)和水煤浆气化。三者均为加压气化,前DAVY和丹麦 TOPSOE的甲烷化技术居于世界领者为移动床,后一种为气流床。三种气化工艺及设先。虽然后两者技术在合成气转化率优于鲁奇法,备均可在国内制造。其中BGL正在云南解放军化但其工业化程度落后于鲁奇法。肥厂进行工业化示范开发阶段。评价对比以建厂规2.2.2气化工艺技术及选择模均为20亿m3/a为基础煤气化是煤制天然气的核心。气化炉类型可分每1000m3合成天然气三种气化工艺能量消为移动床、流化床、气流床三类。国内专家曾对三耗及转化效率对比见表1表1每1000m3合成天然气三种气化工艺能量消耗及转化效率对比项目单位耗能/移动床干排渣工艺移动床液态排渣工艺水煤浆气流床工艺名称消耗量能耗/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新鲜水/t2.51M/t0.00855.30脱盐水/t4.23MJ/t总计能耗53.0551.7762.04天然气/m334.534.5总能转换率/%66.655.6将表1的数据进行能耗分析得知奇法。水煤浆法最差,是BGL法的1.47倍和鲁奇①工厂总能转换率为主要综合指标,预示节能法的1.37倍。减排、经济效益、环境效益和社会效益的优劣。此通过上述对比,国内专家推荐BGL法。并认指标以BGL法最高,达到66.6%.其次为鲁奇法为该工艺在国内仍在示范阶段。故采用应谨慎为65.0%。水煤浆法气化只为55.6%,每年比鲁笔者认为当前应以鲁奇气化为基础,开展煤制奇法将多耗煤88万t天然气的开发示范试点;甲烷化技术可引进。同时②煤炭占总能耗:以鲁奇法最低为85.3%积极研究煤气化技术、直接甲烷化的技术及其催化③蒸汽占总能耗:以水煤浆气化最低,仅为剂,以便未来立足国内,但鲁奇法对环境的污染4.9%,BGL居次为127%,鲁奇法为16.7%大,采用该法时应加强对环境污染的改善。④电占总能耗:鲁奇法是58%,BGL法为4.85%及水煤浆法为7.2%H中国煤化工通过对比,投资额以BGL法最低,其次是鲁自煤制汕。xCNMHG生产项目,灬吗天然气项目第3期煤质技术2011年5月相继出现,详见表2。洁、有效的现代洁净煤技术模式,探索出一条跨行业、多联产、集团化发展之路。表2近期在建和拟建的煤制天然气项目建设单位建设地点规模/亿m3:a神华集团内蒙鄂尔多斯天然气进口量逐年增加,对外依存度亦与日俱大唐国际发电内蒙克什克旗增。全世界天下太平远未到来,如在天然气进口上大唐国际发电大唐华银电力内象鄂尔多斯4060063依然步进口石油之后尘,则会出现能源安全与否取新疆广汇新能源新疆伊吾决于国外的局面。出于国家能源安全之考虑,发展山东新汶矿业新疆伊犁煤制天然气实乃上策中国海洋石油、山西大同煤业山西大同发展煤制天然气既可作无天然气供应地区的气内蒙汇能媒化工内蒙鄂尔多斯源,又可作管道天然气的补充气源和调峰气源。神东天隆集团新疆煤化工新疆吉木萨尔旦多联产开发成功和应用,则必将最终实现跨行业、多联产、集团化发展之路如表2所示,表中的9个项目多以丰富的廉价煤制天然气的布局与开发步骤需依可利用煤炭的不黏煤和长焰煤(大同为弱黏结煤)为原料,采资源的分布,建厂地点的可利用水资源、电力、周用成熟技术,大部分设备国内自给少量引进,生产边城市对天然气的需求而统筹考虑。成本低,利润空间较大。参考文献:(2)煤制天然气生产成本的影响因素。煤制天然气生产厂的经济规模应在年产10亿m3以上。[l]许红星,我国能源利用现状与对策[J],中外能由于采用美国大平原模式,有焦油、轻油、粗酚、源,2010(1)液氨、元素硫等副产品,其收入可从总生产成本中[2]陆家亮,中国天然气工业发展形势及发展建议[扣除,对鲁奇法和BGL法而言分别占总成本的3%和38%(大平原厂处于亏损年度,即以精加[3]田基本,制天然气气化技术选择[]·煤化工工的副产品收入维持经济平衡)。煤成本约占总成2009(5)本的50%,副产品收入可抵消煤成本的60%左右。[4]汪家铭,煤制天然气技术发展概况与市场前景[J(3)布局及开发步骤。煤制天然气生存的重要天然气化工,2010,35(1)因素是买方市场,即天然气极度短缺,生存空间巨[5]徐原,低碳经济与城市天然气的发展[].煤气与热力,2010,30(6)大。目前布局与开发设点宜统筹考虑,仅鄂尔多斯[6]殷建平,黄辉,从俄乌天然气争端谈中国的天然地即有三项目,而阜新的资源即将采完。当前任安全[J]务是煤制天然气是新项目,尚缺乏实际管理、运行[]李大南,媒制合威天然气工艺技术经济分析Ⅱ经验,将现有的项目完成长期稳定运行之后,恐需煤化工,2010(2)数年之久,再审时度势继续开发和扩展规模[8]付国忠,陈超,我国天然气供需现状及煤制天然气至于甲烷化催化剂,应在已有开发的基础上重工艺技术和经济分析[J,中外能源,2010(6)点投入进行自主研发,开发出具有自主知识产权可[9]张文辉,以煤为原料合威天然气技术发展前景分析实际应用的催化剂系列J].煤,2009(9)直接甲烷化工艺在煤制天然气领域更具优越[10]刘志光,龚华俊,余黎明,我国煤制天然气发展的性,可进行布局研发,借以提高企业竞争力和扩大探讨[],煤化工,2009(生存空间。[11]汤亚利,徐文满,中国天然气市场面临的一次洗牌].天然气工业,2008(1)(4)积极研发多联产工艺。多联产工艺是由煤炭的多种加工工艺串联或并联而成的一种新工艺流作者简介:谷红伟(1974-),男,辽南商丘人,高级工程师程。具有可实现物流、能量的梯级利用,实现废物公回馏光销虚山的从事科研管理工作零排放。有利于提高能源利用效率、节能减排、改中国煤化工善环境。最终实现煤炭利用的集约化、大规模、清CNMHG