中國煤制天然氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及建議

侯建國，高 振，王秀林，宋鵬飛，姚輝超，穆祥宇

（中海石油氣電集團(tuán)技術(shù)研發(fā)中心，北京 100027）

中國煤制天然氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及建議

侯建國，高 振，王秀林，宋鵬飛，姚輝超，穆祥宇

（中海石油氣電集團(tuán)技術(shù)研發(fā)中心，北京 100027）

中國富煤少氣的能源特點(diǎn)決定了發(fā)展煤制天然氣是獲取天然氣資源、緩解我國天然氣供需矛盾的重要途徑之一。開展煤制天然氣項(xiàng)目能夠合理利用我國劣質(zhì)煤炭資源，調(diào)整煤炭消費(fèi)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)煤炭的清潔利用，緩解天然氣供應(yīng)緊張的狀況，保障我國能源安全。文章從煤制天然氣的產(chǎn)業(yè)流程著手，梳理了國家對于煤制天然氣的行業(yè)政策及現(xiàn)狀，分析了國內(nèi)發(fā)展煤制天然氣的必要性及經(jīng)濟(jì)性，剖析了煤制天然氣發(fā)展過程中出現(xiàn)的主要問題，同時(shí)為煤制天然氣產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展提出了切實(shí)可行的建議。

煤制天然氣；現(xiàn)狀；必要性；問題；建議

我國一次能源資的特點(diǎn)是“富煤、少氣”，天然氣供需矛盾突出、缺口逐年增大已是不可回避的嚴(yán)峻現(xiàn)實(shí)，這對能源的安全供應(yīng)、國民經(jīng)濟(jì)的平穩(wěn)運(yùn)行以及全社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。煤炭是我國一次能源的主體，它不僅是主要的工業(yè)燃料，還是重要的化工原料，煤炭企業(yè)走煤基產(chǎn)業(yè)鏈的多元化發(fā)展路徑，實(shí)現(xiàn)煤炭的清潔利用，有以下幾種思路可供選擇：①瞄準(zhǔn)能源大市場，著力開發(fā)生產(chǎn)煤制油和煤制天然氣等，以大市場帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)大發(fā)展；②生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品；③進(jìn)行煤炭的高效清潔發(fā)電及輸送。發(fā)展煤化工、煤制氣是富煤地區(qū)、煤炭企業(yè)的重要方向[1]。

近年來，煤炭成為引起大面積霧霾等大氣污染的主要因素，天然氣因清潔環(huán)保的特性成為理想能源，然而，我國天然氣供應(yīng)緊張，京津冀等地的“煤改氣”進(jìn)一步加劇了緊張局面。煤制天然氣在美國大平原成功運(yùn)行40多年，技術(shù)上是可行的；近期中俄東線天然氣供應(yīng)協(xié)議的簽訂進(jìn)一步推進(jìn)氣價(jià)改革，我國煤炭行情的低迷、天然氣價(jià)格的上漲使其經(jīng)濟(jì)性看好。特別是，將低階煤炭轉(zhuǎn)化成緊俏清潔的天然氣是將相對富余資源轉(zhuǎn)為稀缺資源的過程，能夠調(diào)整煤炭消費(fèi)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)煤炭的清潔利用，豐富了天然氣來源的多元化。

1 煤制天然氣產(chǎn)業(yè)流程介紹

圖1 煤制天然氣產(chǎn)業(yè)鏈流程示意圖

煤制天然氣產(chǎn)業(yè)鏈包括煤炭開采、運(yùn)輸、轉(zhuǎn)化（煤制天然氣）、管網(wǎng)輸送4個(gè)環(huán)節(jié)。前兩個(gè)環(huán)節(jié)投資門檻較低，而煤制天然氣工廠及長輸天然氣管網(wǎng)的建設(shè)需要巨額投資。煤制天然氣工廠的工藝流程（圖1所示）包括煤氣化生成合成氣、耐硫變換部分轉(zhuǎn)化CO、脫碳調(diào)整氫碳比、甲烷化等單元，其中煤氣化及甲烷化技術(shù)是煤制天然氣項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)，其余單元各項(xiàng)技術(shù)及裝備基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，實(shí)踐證明其技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)小[2]。煤氣化技術(shù)包括固定床的魯奇爐碎煤加壓氣化技術(shù)、Mark Plus（MK+）氣化技術(shù)、BGL煤氣化技術(shù)，還有氣流床的Shell粉煤氣化工藝、Texaco水煤漿加壓氣化工藝、E-gas水煤漿加壓氣化工藝、GSP粉煤氣化工藝等，國產(chǎn)化的煤氣化技術(shù)有東方爐、航天爐、清華爐等。大型煤制天然氣項(xiàng)目的甲烷化技術(shù)主要為國外公司包括丹麥Topsoe、英國Davy、德國Lurgi等壟斷，但近年我國在甲烷化技術(shù)的國產(chǎn)化上取得了顯著進(jìn)展，包括中科院大連化物所、西南化工研究設(shè)計(jì)院有限公司、大唐國際等自主技術(shù)已開始實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。

2 我國煤制天然氣行業(yè)現(xiàn)狀

國家對煤制天然氣行業(yè)的態(tài)度經(jīng)歷了2010～2012年的政策約束期到2013年以后的相對寬松期，但國家態(tài)度依然是相對謹(jǐn)慎，要求科學(xué)、有序、規(guī)范發(fā)展。

表1 近幾年我國煤制天然氣相關(guān)政策一覽

目前煤制天然氣行業(yè)的特征主要有：①煤制天然氣投資巨大，參與主力以神華、中海油、華能、華電、大唐、國電、中電投等大型能源央企為主。②新疆、內(nèi)蒙古、山西成為發(fā)展煤制天然氣的主戰(zhàn)場。③煤制天然氣問題顯著存在，消耗大、CO2排放大、廢水難處理成為制約煤制天然氣項(xiàng)目能否 “核準(zhǔn)”或獲得“路條”的瓶頸。④國家對煤制天然氣行業(yè)的管理日益標(biāo)準(zhǔn)化。2014年，《煤制天然氣單位產(chǎn)品能源消耗限額》(GB 30179-2013)發(fā)布，對現(xiàn)有煤制天然氣企業(yè)能耗限額限定值指標(biāo)和新建企業(yè)能耗限額準(zhǔn)入值指標(biāo)進(jìn)行了強(qiáng)制性要求。

目前國家核準(zhǔn)的首批示范項(xiàng)目有4個(gè)，2013、2014年陸續(xù)有十幾個(gè)項(xiàng)目獲得路條（表2所示）。首批示范項(xiàng)目已投產(chǎn)，但還需時(shí)間來實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定運(yùn)行。國家能源局初步規(guī)劃到2020年，煤制天然氣要達(dá)到500億m3以上，占國產(chǎn)氣的12.5%。

表2 我國已核準(zhǔn)及獲得“路條”的主要煤制天然氣項(xiàng)目（資料來源于亞化咨詢及發(fā)改委等網(wǎng)站數(shù)據(jù)：截止2014年6月）

3 必要性分析

目前國內(nèi)將煤炭轉(zhuǎn)化為能源產(chǎn)品或精細(xì)化工產(chǎn)品的方式，主要有煤制油、煤制甲醇和二甲醚、煤制天然氣等。煤制天然氣技術(shù)流程短、各項(xiàng)技術(shù)較成熟、風(fēng)險(xiǎn)較小，在技術(shù)上有著先天優(yōu)勢。煤制天然氣特點(diǎn)有：能量轉(zhuǎn)化效率最高[3]；單位熱值耗水量煤制天然氣最低[4]，這對于富煤缺水的西部地區(qū)更為有利。即便如此，煤制天然氣受追捧的根本原因在于清潔的天然氣具有強(qiáng)烈的市場需求，同時(shí)其經(jīng)濟(jì)性也被看好，發(fā)展前景廣闊。

3.1 天然氣需求旺盛

全國持續(xù)出現(xiàn)大范圍霧霾天氣，天然氣作為優(yōu)質(zhì)清潔能源，成為治霾的重要手段。各地紛紛推進(jìn)“煤改氣”、“油改氣”計(jì)劃，天然氣需求迅猛增長。天然氣汽車的迅猛發(fā)展進(jìn)一步加大了對天然氣的需求[5]。天然氣作為清潔能源，在我國一次能源中的消費(fèi)比重逐步上升，從2010年的3.5%提升到了2013年的5.9%，但與發(fā)達(dá)國家30%的比例差距仍然較大。國務(wù)院2014年4月轉(zhuǎn)發(fā)《關(guān)于保障天然氣穩(wěn)定供應(yīng)長效機(jī)制的若干意見》指出，到2020年天然氣供應(yīng)能力達(dá)到4000億m3，力爭達(dá)到4200億m3（2013年為1692億m3），其中要求滿足“煤改氣”工程的天然氣需求為1120億m3。對天然氣如此巨大的需求是煤制天然氣得以生存的根本，未來將成為“氣化中國”的生力軍[6]。

3.2 經(jīng)濟(jì)性淺析

煤制天然氣項(xiàng)目比一般的制造業(yè)復(fù)雜，屬于技術(shù)資金密集型產(chǎn)業(yè)，前期工程資金投入量大，其中設(shè)備投資占的比重較高（圖2所示[3]），設(shè)備投產(chǎn)后因高昂的折舊費(fèi)，一旦停產(chǎn)便會(huì)損失慘重，還包括人員中毒事故的直接損失、事故修復(fù)和環(huán)保處理待檢等環(huán)節(jié)成本，項(xiàng)目回報(bào)周期更長。研究顯示，煤制天然氣項(xiàng)目的回報(bào)周期在7.5年左右[7]。

圖2 煤制天然氣裝置建設(shè)投入情況

煤炭成本、天然氣價(jià)格是制約煤制天然氣經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵因素。在同等條件下，煤炭價(jià)格上漲10%，內(nèi)部收益率降低0.62%；天然氣價(jià)格降低10%，內(nèi)部收益率降低2.78%[8]。中國進(jìn)口LNG需要遠(yuǎn)程運(yùn)輸；中亞地區(qū)以及俄羅斯的管道氣進(jìn)口成本非常高，長距離管輸成本昂貴。近期中俄東線管輸氣合同簽訂，亞化咨詢估算[9]，俄氣如以京津冀地區(qū)作為目標(biāo)銷售區(qū)域的成本價(jià)為3.5元～3.8元；而目前大唐克旗煤制天然氣項(xiàng)目自建管道到達(dá)北京的門站價(jià)為2.75元。與俄進(jìn)口氣相比，煤制天然氣顯然具備足夠的成本競爭力。隨著國家天然氣定價(jià)機(jī)制的完善，煤制天然氣產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢將更為明顯。

4 面臨問題

發(fā)展煤制天然氣項(xiàng)目有著技術(shù)上成熟、在煤化工中能量轉(zhuǎn)化率占優(yōu)、經(jīng)濟(jì)性看好等一系列優(yōu)勢，但作為一個(gè)新興的系統(tǒng)工程，出現(xiàn)質(zhì)疑、問題也在所難免。

4.1 能源二次轉(zhuǎn)化問題

煤制天然氣將一次能源轉(zhuǎn)化為二次能源，必定存在一定的能量損耗。煤的清潔利用主要有清潔燃煤發(fā)電及煤制天然氣兩個(gè)路線。目前清潔燃煤發(fā)電技術(shù)主要有兩種技術(shù)路線[10]：一種是IGCC為代表的技術(shù)，利用成熟的煤氣化技術(shù)，集成蒸汽燃?xì)饴?lián)合循環(huán)技術(shù)實(shí)現(xiàn)高效清潔發(fā)電，但系統(tǒng)相對復(fù)雜，投資偏高；另一種是通過提高常規(guī)發(fā)電機(jī)組的蒸汽參數(shù)來提高效率，即超臨界機(jī)組和超超臨界機(jī)組，該技術(shù)在國外已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，我國在該項(xiàng)技術(shù)及關(guān)鍵裝備的國產(chǎn)化方面還存在一定瓶頸。清潔燃煤發(fā)電技術(shù)的污染物排放量已經(jīng)接近了天然氣發(fā)電污染物排放水平，是目前最清潔、能效最高的用煤方式，也是煤制天然氣乃至煤化工面臨質(zhì)疑的關(guān)鍵所在。

4.2 技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)

煤制天然氣雖然技術(shù)上是成熟的，但作為一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程，無專門技術(shù)人才，操作工需要較長時(shí)間熟悉裝置操作[11]，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)同樣存在。以劣質(zhì)褐煤作原料的大唐克旗煤制天然氣項(xiàng)目成功投產(chǎn)不足一月就停產(chǎn)的主要原因在于之前沒做好試燒試驗(yàn)，煤中含有的堿性物質(zhì)使得氣化爐內(nèi)壁腐蝕及內(nèi)夾套減薄等[12]。大唐停止了克旗、阜新同樣流程生產(chǎn)線的投產(chǎn)，接下來將在煤質(zhì)參數(shù)方面進(jìn)行深入研究。

4.3 環(huán)境污染問題

我國煤制天然氣產(chǎn)業(yè)高耗水，主要分布在新疆、內(nèi)蒙等西部地區(qū)，可能會(huì)加劇當(dāng)?shù)厝彼疇顩r。煤氣化廢水含有大量酚類等有毒有害物質(zhì)，高濃度難生物降解，可能會(huì)影響當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境及下游用水。國內(nèi)外煤制天然氣廢水處理技術(shù)普遍存在出水效果不理想、系統(tǒng)穩(wěn)定性差和處理成本高等問題[13]。尋求經(jīng)濟(jì)性、水質(zhì)處理好、工藝穩(wěn)定性強(qiáng)、運(yùn)行費(fèi)用低的煤制天然氣廢水處理工藝已經(jīng)成為煤制天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的迫切需求。

從全生命周期角度來看，煤制天然氣項(xiàng)目的溫室氣體排放量是常規(guī)天然氣的7倍；如果用于發(fā)電，碳排放量將比燃煤發(fā)電廠高出82%；用于汽車產(chǎn)生的尾氣排放量是傳統(tǒng)汽車的兩倍[14]，這就要求在產(chǎn)業(yè)布局時(shí)需綜合考慮大量CO2的安置問題。

4.4 管輸風(fēng)險(xiǎn)

天然氣的輸送方式主要分為通過長距離管道輸送、液化為LNG或壓縮為CNG后運(yùn)輸。我國煤制天然氣主要分布在新疆、內(nèi)蒙等邊遠(yuǎn)地區(qū)，決定了管道運(yùn)輸為主要方式。盡管目前我國建成了全國性輸氣管道，但輸送管網(wǎng)密度仍然較低。天然氣輸送管道經(jīng)營權(quán)為少數(shù)石化巨頭高度壟斷。煤制天然氣輸送面臨兩種選擇：一是借道中石油、中石化建設(shè)的輸氣管線；二是自建管道與終端市場對接或建立支線接入主管網(wǎng)（并網(wǎng)），建設(shè)投資取決于煤制天然氣項(xiàng)目與目標(biāo)市場的距離。管道建設(shè)費(fèi)用高昂，維護(hù)成本更高。管道建設(shè)的巨額投資或目標(biāo)客戶的開發(fā)是制約煤制天然氣項(xiàng)目發(fā)展的瓶頸[15,16,17]。 日前，中石油西氣東輸管道轉(zhuǎn)讓似乎解除了對管輸?shù)膲艛?，但已與中石油簽訂管輸協(xié)議的下游企業(yè)則擔(dān)憂合同發(fā)生變更[18]。

4.5 標(biāo)準(zhǔn)不一問題

煤制天然氣在我國屬于新興產(chǎn)業(yè)，國家在煤制天然氣方面的政策不夠全面或者標(biāo)準(zhǔn)不一。大唐克旗項(xiàng)目產(chǎn)品中氫氣體積分?jǐn)?shù)不高于4%，符合國家能源局批準(zhǔn)的設(shè)計(jì)要求，但下游燃?xì)獍l(fā)電用戶對氫體積分?jǐn)?shù)要求小于1%，這就給裝置調(diào)整帶來困難，這些問題可在設(shè)計(jì)階段有效避免。

5 建議

煤制天然氣能部分緩解中國的天然氣“氣荒”，也能推動(dòng)煤炭清潔利用的步伐，是當(dāng)前中國“能源轉(zhuǎn)型最現(xiàn)實(shí)的選擇”，煤制天然氣產(chǎn)業(yè)的黃金時(shí)代即將來臨。煤制天然氣作為一個(gè)全新的工藝技術(shù)，設(shè)計(jì)是靈魂，材料裝備是條件，工藝操作是基本保障，是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程。由于工藝技術(shù)復(fù)雜，難免存在一定的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)、管輸風(fēng)險(xiǎn)、標(biāo)準(zhǔn)不一等也是制約煤制天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素。煤制天然氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)程中除去應(yīng)重視設(shè)計(jì)工作、加快專業(yè)人才培養(yǎng)及技術(shù)攻關(guān)之外，還應(yīng)做好以下幾項(xiàng)工作：

(1)示范工程項(xiàng)目進(jìn)行或完成后及時(shí)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，對出現(xiàn)的問題進(jìn)行深刻的反思，采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施，為國家后續(xù)項(xiàng)目的順利推進(jìn)起到應(yīng)有的示范作用。

(2)重視煤制天然氣管輸，應(yīng)充分調(diào)研以做好管輸成本預(yù)算工作，解決好目標(biāo)用戶的開發(fā)問題，這是煤制天然氣項(xiàng)目得以盈利的保障。

(3)國家應(yīng)統(tǒng)籌煤制天然氣項(xiàng)目及目標(biāo)用戶的天然氣標(biāo)準(zhǔn)，盡快制定出臺(tái)明確的、上下統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)該產(chǎn)業(yè)的有序健康發(fā)展。

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Current situation and suggestion of coal to gas industry in China

HOU Jian-guo,GAO Zhen,WANG Xiu-lin,SONG Peng-fei,YAO Hui-chao,MU Xiang-yu
(Research and Development Center of CNOOC Gas and Power Group,Beijing 100027,China)

Due to the energy characteristic of rich coal and less gas in China,developing coal to gas (CTG)was one of the important ways to obtain the natural gas resources and to alleviate the contradiction between supply and demand of natural gas. Developing CTG projects could not only utilize inferior coal resources in China reasonably and adjust the structure of coal consumption,but could also realize the clean utilization of coal and relieve the tense gas supply,as well as ensure the energy security.The industrial process,governmental policy and current status of the CTG industry in China were presented.Besides,the necessity and economy of domestic development of CTG as well as the main problems in the development process of CTG were analyzed.Finally,feasible suggestions for healthy development of CTG industry were put forward.

coal to gas;CTG;current status;necessity;problem;suggestion

TQ53；TQ221.11

：A

：1001-9219(2015）03-94-05

2014-08-12；

：侯建國(1970-)，男，博士后，高級工程師，主要從事煤制天然氣、焦?fàn)t尾氣制天然氣方面的 研 究 ， 電 話 010-84523249、010-56759138， 電 郵houjg@cnooc.com.cn。