煤制天然气生产工艺及优化

煤制天然气生产工艺及优化

王凯

新疆广汇新能源有限公司，新疆 哈密839303

摘要：在社会经济水平不断提升的背景下，人们更加关注环境问题，对天然气产生了更大的需求。在不断增长世界天然气产量的同时，为天然气化工提供了充足的原料。天然气已经成为社会发展的主体性产业，为积极响应我国所提出的可持续发展理念，全面落实环保工作，需要对天然气化工的发展现状进行明确的分析，确保天然气得到有效的应用，积极推动我国与其他国家之间的交流和合作，不断加强新技术的学习，以发挥天然气化工技术的重要作用，积极推动我国社会经济稳定性的提高。

关键词：煤制;天然气生产;工艺;优化

引言

煤化工也是增加煤炭产业附加值、实现高碳能源低碳化利用的重要力量，已成为发挥能源资源禀赋特长、支撑国家现代化的重要途径和手段。中国是全球煤化工生产大国，已经走出了一条中国特色的能源与化工融合发展的清洁高效的工业化之路。可以确定的是，煤炭在中国化工领域短期内很难被完全替代，未来煤炭的清洁高效利用将是煤化工领域的重中之重。煤制天然气（SNG）是煤化工的重要组成，整体转化效率（55%～60%）远高于其他煤化工类型，而且水耗较低，是煤炭清洁化利用的重要方向之一。

1煤制天然气工艺技术

该煤制天然气项目的原料为褐煤，设计规模为１３．３亿ｍ３／ａ，煤制天然气的工艺流程见图１。该项目通过碎煤加压气化来生产粗煤气后，再通过部分变换冷却使ＣＯ２转化为ＣＯ，将Ｈ２／ＣＯ的比值调节至约３．０，然后将调整好比例的粗煤气通过低温甲醇洗技术，脱除粗煤气中的ＣＯ２和Ｈ２Ｓ等酸性气体变为净化气，最后经过甲烷化技术和压缩脱水工艺生产出合格天然气；除生产主产品天然气外，同时副产粗酚、混合苯、焦油、硫铵以及硫磺。

2煤制天然气生产工艺及优化

2.1深化改革，以市场化机制促进清洁低碳灵活电源的发展

尽快形成顶层设计思路，分阶段、有步骤的完善电价市场化机制，通过电力市场和碳市场耦合作用，大力促进灵活低碳电源建设。短期内对调峰天然气发电推行“两部制”电价，完善天然气价格与上网电价联动机制，体现气价的季节性变化，有效保障气电调峰作用的发挥；加快形成容量市场/辅助服务市场、电量市场、碳市场/碳税、污染物排放交易市场/环境税等协调统一的市场架构，体现含外部性电源间的公平竞争，确保绿色低碳灵活性电源的竞争优势；中长期逐步完善用户参与的辅助服务分担共享机制，确保新型电力系统的供应安全，也保障能源转型的平稳和可持续。

2.2加大研究甲烷的直接转化技术

在天然气化工利用方面，为了实现绿色发展，需要合理进行转化。在工业生产中，应用成熟的天然气技术手段能够更好地转化甲烷，使其变成合成气，对下游产品加以开发。在工业生产中，甲烷的直接转化仍需要加强研究力度，找到先进的技术来合理转化甲烷。目前，工业上主要以间接法作为甲烷转化的主要方式，在高温状态下重整甲烷分子与氧气，使其成为合成气，随后再运用特定的催化剂进行催化。这类传统的甲烷间接法需要花费较长的时间才能完成转化，且需要投入的资金比较多，能源消耗量大，而甲烷直接转化技术具有着较高的能效过程，低碳是未来发展的主要方向，其难点是甲烷的选择活化和定向转化，其属于世界性难题，长时间以来我国科学家对其展开了深入的研究。最近，在甲烷高效直接转化方面取得了研究方面的突破，制备了更为先进的催化剂，高温状态下，甲烷分子经自由基偶联反应，能够直接生成乙烯，产物的碳原子能够高效利用，这预示着通过革新催化技术，有希望在工业领域直接应用甲烷。

2.3天然气联产甲醇、乙二醇生产成本分析

该煤制天然气项目联产方案的原料成本低，较不同地区和行业内均有较好的优势，产品甲醇、乙二醇和天然气能够灵活调整生产比例，在某一产品价格受到冲击后，可以迅速调整产品策略，避免成本风险。在甲醇和乙二醇供应缺口逐步减小、市场竞争加剧的情况下，单一生产甲醇或乙二醇，受原料煤（或石油）价格上涨冲击较大，同时受市场价格波动影响较大，所以，单一生产甲醇或乙二醇市场抗风险和竞争能力较差；煤制气项目经济效益受煤炭和天然气两方面影响，而煤制天然气联产甲醇、乙二醇项目受煤炭、天然气、石油三方面影响，使得煤炭、天然气分摊风险系数降低，具有较强的竞争力。因此，调峰项目的“一头双尾”流程特点，可根据产品价格灵活调整产量，具有更强抵御天然气和化学品价格波动的能力。“一头双尾”可以提升原料利用率及装置产能，实现企业效益最大化。

2.4构建稳定、多元、有弹性、韧性强的进口天然气供应体系

国家层面统筹规划中长期天然气进口战略，按照“海陆平衡、长短结合、留有余量、分散多元”的原则，进一步优化全国进口资源池和通道配置；鼓励国内企业积极参与友好国家和“一带一路”国家的天然气上游勘探开发项目及LNG液化项目的投资与运营，使其通过上中下游一体化对冲市场供应风险和价格风险；加强政府间合作，推动东北亚地区LNG接收站等基础设施共享，加强国家间信息共享，增强市场流动性和信息透明度，有效提升区域能源安全水平。

2.5煤制天然气项目的前景

天然气具有的优势非常多，很多国家通过研发制作了不同的化工原料，对工业的快速发展产生了重要的影响。为了提高我国的社会经济水平，相关人员需要加强天然气化工技术的研发力度，以将天然气所具有的作用充分发挥出来，实现绿色化工，将能源消耗控制到最低。

2.6协同资源调配与储气调峰

受近年来“煤改气”、供暖用户增加、热电联产项目集中大规模投产等因素影响，北方地区用气的季节峰谷差进一步拉大。以北京为例，冬夏峰谷差可达3倍。尤其是冬季保供时期，LNG接收站需要面临巨大的资源调配与储气调峰挑战。煤制天然气属于生产型气源，生产负荷一般可以在50%～100%范围内调节，当冬季保供天然气紧缺时加大生产，在夏季需求低谷时减少生产，或联产其他产品实现负荷调整，可以与下游用气市场需求相匹配，提高了天然气的储气和季节调峰功能。LNG由于其长期合同中的“照付不议”条款，调配难度大，可以通过煤制天然气进行综合资源调配。据悉，国家有关部门已经将对煤制天然气的研究视为天然气储备和调峰的前期研究工作。

结语

在当前煤炭价格上涨、天然气门站价下调以及石油价格低迷的背景下，煤制天然气企业由于产品结构单一、市场受限，时刻面临亏损的局面，企业要改变这种不利局面，需要利用现有煤制天然气装置，开发下游具有高附加值化学品的工艺路线，创造新的盈利空间。通过实施天然气联产甲醇、乙二醇方案，不仅可以使原有煤制天然气项目扭亏为盈，还能实现企业产品结构多样化，提高企业的市场抗风险能力。因此，天然气联产甲醇、乙二醇技术是煤制天然气企业较好的发展路线。

参考文献

［１］李安学，姜成旭，刘永健，等．面向城镇用户的现代煤制天然气概念设计研究［Ｊ］．现代化工，２０１２，３２（１２）：１１－１５．

［２］刘朝全，姜学峰．２０１８年国内外油气行业发展报告［Ｒ］．北京：石油工业出版社，２０１９．

［３］张鸿宇，周丽，张希良．我国现代煤化工产业现状及政策综述［Ｊ］．现代化工，２０１８，３８（５）：１－５．

［４］安文忠，田普州，齐凯．中国煤制天然气产业现状、发展机遇与挑战［Ｊ］．煤化工，２０１８，４６（３）：７－１１．

［５］卫小芳，王建国，丁云杰．煤炭清洁高效转化技术进展及发展趋势［Ｊ］．化石能源清洁高效利用，２０１９，３４（４）：４０９－４１６．