国内煤制合成天然气产业发展现状与展望

来源：煤化客（煤化工领域纵深服务生态平台）

作者：李安学

单位：中国大唐集团公司煤炭与煤化工产业部

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国内煤制合成天然气产业发展

现状与展望

一、国内煤制合成天然气产业发展背景

天然气是一种优质、高效、清洁的低碳能源，可与核能及可再生能源等其他低排放能源形成良性互补，是能源供应清洁化的最现实选择。加快天然气产业发展，提高天然气在一次能源消费中的比重，是我国加快建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系的必由之路，也是化解环境约束、改善大气质量，实现绿色低碳发展的有效途径，同时对推动节能减排、稳增长惠民生促发展具有重要意义。

我国煤炭消费比远高于世界平均水平，天然气消费比远低于世界平均水平。

在未来一段时间内我国天然气需求仍将处于高速增长阶段，进口对外依存度将会更高。

2017年我国全国煤炭、石油、天然气、其他能源（核、风、水、太阳能等）消费量分别占全国总消费量比例（如上图）。

我国天然气市场当下正处于快速发展期，2017年我国共消费天然气2373亿立方米，同比增长15.3%，对外依存度35.3%；2018年中国天然气消费需求的大幅增长，天然气消费量2766亿立方米，对外依存度达到45.3%。

油气资源严重不足、煤炭可以有所作为。地方政府要求一定比例煤炭就地转化。

我国资源禀赋特点：贫油、少气、煤炭资源相对丰富。

能源安全是国家经济安全的重要组成部分。加快开发和推广应用洁净煤技术，开发石油替代资源作为“十五”乃至更长时期的一项战略任务抓紧抓好。

二、国内煤制合成天然气产业发展现状

国家已核准7个煤制合成天然气项目，产能251亿立方米/年，

其中有投产产能单位4家， 投产产能51.05亿立方米/年。

建议：后续项目有序推进，充分论证小心谨慎。

煤制合成天然气项目是空分、气化、变换、净化、甲烷化等技术的系统集成与优化；除甲烷化是其特有技术外，其它都是煤化工通用技术且比较成熟。

我国已掌握了煤制合成天然气技术以及工厂设计、装备制造、工程施工、生产运营等技术，具备建设和运营世界先进煤制合成天然气工厂的能力。

国内在建和投产煤制合成天然气工厂均采用国外甲烷化技术。

目前已经商业化的甲烷化技术包括Davy、Topsoe和Lurgi的甲烷化技术，各家技术区别在于专有催化剂、反应温度控制方式和换热网络。

国内甲烷化技术已具备工程示范条件。

大唐集团牵头的国家863计划重点项目“煤气化甲烷化关键技术开发与煤制合成天然气示范工程”2010年获得科技部立项。所开发的 “合成气完全甲烷化成套工艺技术”以及“400万Nm3/d合成天然气的合成气甲烷化装置技术工艺包”均通过了中国石油和化学工业联合会组织的专家评审。

大唐集团自主研发的“合成气完全甲烷化催化剂”于2018年8月开始用于克旗天然气煤制合成天然气工厂，并于2018年12月18日通过了中国石油和化学工业联合会组织的专家评估。

2014年10月9日，中石化“13亿标准立方米/年煤制合成天然气工艺包”与“20亿标准立方米/年煤制合成天然气工艺包”通过了中石化科技部组织的技术审查。

2012年2月21日，中科院大连化物所承担的国家“863”项目合成气甲烷化制天然气通过了专家验收。

2014年12月25日，中国化工西南化工研究院和中海油合作开发的“煤制合成天然气甲烷化中试技术”通过中国石油和化学工业联合会组织的成果鉴定。

2016年4月27日，由神雾集团北京华福工程有限公司编制的“年产13亿Nm3合成天然气无循环甲烷化工艺包”通过了中国石油和化学工业联合会组织的专家评审。

焦炉气甲烷化制天然气技术：西南院、上海华西、大连化物所、华福等。

煤制合成天然气关键设备可以实现全部国产化。

大唐阜新煤制合成天然气公司与国内部分厂家联合攻关，其关键设备于2013年全部实现了国产化采购和安装。

国内部分工程公司积累了较为丰富的工程建设经验。

国内的赛鼎、天辰、五环等大型工程公司都具备独立进行煤制合成天然气项目总体设计和单体装置设计的能力,还可根据不同的生产条件做出相应的设计调整。国内工程公司通过参与过煤制合成天然气项目的工艺设计、工程建设、开车运营等工作,积累了丰富的经验,可以胜任大型煤制合成天然气项目的工程建设任务。

投产项目产量逐年提高，工厂运行日趋向好。

2018年产量30.1亿立方米，较上年度增加3.8亿立方米，增幅14.4%；产能利用率59.0%，较上年度增加7.5个百分点。其中大唐克旗公司10.9亿立方米。

大唐克旗项目运行时间/ 负荷逐年增加。

日产量最高409.8万标准立方米，超过400万标准立方米的设计值。月产量最高12674.89万标准立方米（31天），超过12400万标准立方米的设计值。

煤制合成天然气相关标准逐步完善。

煤科总院、大唐等起草的《煤制合成天然气单位产品能源消耗限额》（GB30179-2013）2014年12月1日起实施。

新疆地方标准《煤制合成天然气》（DB65 3664-2014）2014年12月25日起实施。

国家“《煤制合成天然气》（GB/T33445—2016）国家标准于2017年7月1日起实施。

由大唐承担的《煤制合成天然气取水定额标准 》国家标准编制完成。

煤制合成天然气相关研究不断丰富。

由中国大唐集团组织系统内参与工程建设、生产运行及“863”项目等人员编著。

新奥集团在大唐集团牵头的国家863计划重点项目“煤气化甲烷化关键技术开发与煤制合成天然气示范工程”中，承担了课题五“煤制合成天然气输送、液化与车用技术”研究：

对居民燃气影响研究

对玻璃行业影响研究

对燃气轮机影响研究

煤制合成天然气工厂生产调度问题研究、调峰问题研究

污水零排放、VOCs治理、智能工厂建设等随现代煤化工行业发展而发展，并承担了部分技术的开发与首次工业化

......

三、大唐克旗煤制合成天然气工厂运行现状

工艺技术

项目主要采用碎煤加压气化、粗煤气耐硫变换冷却、低温甲醇洗净化、甲烷化合成及配套废水处理等工艺技术，整体技术安全可靠，工艺科学合理，能源综合利用效率达55.4%以上,其中甲烷化技术为引进英国Davy 公司HICOM工艺。 

建设规模

项目分三期建设，单期设计产能为13.3亿立方米/年，总产能40亿立方米/年。一期装置于2013年12月24日天然气并入北京燃气管网正式向北京供气。二期装置工程建设于2013年底已经完成约80%，当前正准备启动续建。 

产品产量逐年提高

日产最高量409.8万标准立方米，超过400万标准立方米的设计值；最高月产量12674.89万标准立方米（31天）。

运行时间/负荷逐年增加

技术难题不断解决

运行稳定性：首套以劣质褐煤为原料的4.0 Mpa碎煤加压气化炉。

夹套腐蚀：煤中的微量元素如碱金属和卤族元素，导致气化炉内夹套炉篦上方灰分区域及燃烧区域发生“卤化-氧化腐蚀加剧下的高温磨蚀腐蚀”

解决措施：用Inconel625镍基合金对气化炉夹套内壁进行机械自动化堆焊防腐，彻底解决问题。

2015.10-2016.7周期，2台气化炉连续运行超过200天（241天，222天），2018年有13台气化炉连续在线运行时间超过100天。

产品中H2含量高：投产初期SNG产品中H2含量不稳定，有时高于用户可接受最高值。

催化剂研发：完成了甲烷化催化剂制备技术的开发工作。2018年8月，在主甲烷化反应器装填了由大唐化工研究院自主研发的甲烷化催化剂。

解决措施：优化模值控制，向CO2吸收塔塔顶补充CO2，已经解决。

难点突出：碎煤加压气化废水处理为世界性难题，克旗公司污水处理及回用技术是列入国家“863”废水零排放的一项重要课题。

解决措施：经过不断摸索、攻关和调整，该项目污水处理系统实现了零排放。

运行情况：当前负荷下，系统水量平衡，完全达到零排放，处理能力略有富余。

当前工作：正在组织回抽试车期间外排至事故缓冲池的废水并加以回用。污水仍需提升处理能力、优化水质指标。

4、国内煤制合成天然气产业存在的问题

· 煤炭价格高企、门站气价低迷，效益变差

· 煤制天然气价格未体现特殊性

· 通过管输销售企业亏损严重

· 原料煤供应紧张

· 后期续建不积极

· 对新的投资者缺乏吸引力

当前项目经济性较差

大唐天然气销售价格（元/标方，含税）

煤炭价格波动影响煤制合成天然气工厂效益较大。按当前市场煤价，煤制合成天然气实际成本较高，甚至与管输气售价倒挂。

产品结构单一

· 主产品天然气，没有中间产品

· 管道天然气销售无法暂存

· 采暖季和非采暖季市场需求相差大

环保标准升级促使环保设施不断改进（现代煤化工共性问题）

原煤供应问题已成为制约生产负荷的关键因素。

· 冬季地方“保电煤”供应政策

· 煤矿企业自身环保生产压力对供煤的影响

2018年，受以上因素影响曾克旗公司造成原料煤供应严重不足，被迫降负荷生产。未来更面临着诸多不可预料的因素。

五、国内煤制合成天然气产业发展机遇与展望

1、国家有定位

2、社会有需求

2017-2020年，全国天然气消费量预计增速15%之后5年按10%增速预测，到2015年预计用气总量达到5800亿m3，2025年-2030年按5%增速预测，到2030年预计用气总量达到7400亿m3，届时，天然气占中国一次能源消耗总量的15%左右。

3、市场有容量

4、技术有保障

通过已投产运行的几家煤制天然气公司这些年的探索和实践，从实际运行情况看，煤制天然气项目本身在安全稳定性上、技术可靠性上和环保达标排放上都不存在问题。

5、规划有安排

注：《煤炭深加工产业示范“十三五”规划》：预计2020年，煤制合成天然气产能为 170 亿立方米/年。

6、项目有核准

注：国家核准项目6个，规模251亿方/年。

7、工程有投产

注：投产项目4个，规模51.05亿方/年。

8、展望

· 保障国家能源安全的需要

· 环保的需要

· 煤炭-煤制合成天然气项目一体化

· 管网独立化

· 销售价格市场化、差异化

· 全厂流程多样化

· 工厂功能多样化