對中國煤制天然氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀進行研究論文
我國一次能源資的特點是“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峻現(xiàn)實，這對能源的安全供應(yīng)、國民經(jīng)濟的平穩(wěn)運行以及全社會的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成了嚴重威脅。 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，實現(xiàn)煤炭的清潔利用，有以下幾種思路可供選擇：①瞄準能源大市場，著力開發(fā)生產(chǎn)煤制油和煤制天然氣等，以大市場帶動產(chǎn)業(yè)大發(fā)展;②生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品;③進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。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”進一步加劇了緊張局面。
煤制天然氣在美國大平原成功運行 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)議的簽訂進一步推進氣價改革，我國煤炭行情的低迷、天然氣價格的上漲使其經(jīng)濟性看好。 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)整煤炭消費結(jié)構(gòu)， 實現(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
煤制天然氣產(chǎn)業(yè)鏈包括煤炭開采、運輸、轉(zhuǎn)化(煤制天然氣)、管網(wǎng)輸送 4個環(huán)節(jié)。 前兩個環(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)是煤制天然氣項目的關(guān)鍵技術(shù)，其余單元各項技術(shù)及裝備基本實現(xiàn)國產(chǎn)化，實踐證明其技術(shù)風險小。 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。
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)度依然是相對謹慎，要求科學、有序、規(guī)范發(fā)展。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目能否 “核準”或獲得“路條”的瓶頸。 ④國家對煤制天然氣行業(yè)的管理日益標準化。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和新建企業(yè)能耗限額準入值指標進行了強制性要求。目前國家核準的首批示范項目有 4個，2013、2014 年陸續(xù)有十幾個項目獲得路條。 首批示范項目已投產(chǎn)，但還需時間來實現(xiàn)長期穩(wěn)定運行。 國家能源局初步規(guī)劃到 2020 年，煤制天然氣要達到 500 億 m3以上，占國產(chǎn)氣的 12.5%.
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、各項技術(shù)較成熟、風險較小，在技術(shù)上有著先天優(yōu)勢。 煤制天然氣特點有：能量轉(zhuǎn)化效率最高;單位熱值耗水量煤制天然氣最低，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烈的市場需求，同時其經(jīng)濟性也被看好，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“煤改氣”、“油改氣”計劃，天然氣需求迅猛增長。 天然氣汽車的迅猛發(fā)展進一步加大了對天然氣的需求。 天然氣作為清潔能源，在我國一次能源中的消費比重逐步上升，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)長效機制的若干意見》指出，到 2020 年天然氣供應(yīng)能力達到 4000 億 m3， 力 爭達到 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。
3.2 經(jīng)濟性淺析煤制天然氣項目比一般的制造業(yè)復雜，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，設(shè)備投產(chǎn)后因高昂的折舊費，一旦停產(chǎn)便會損失慘重，還包括人員中毒事故的直接損失、事故修復和環(huán)保處理待檢等環(huán)節(jié)成本，項目回報周期更長。 研究顯示，煤制天然氣項目的回報周期在 7.5 年左右。
4 面臨問題
發(fā)展煤制天然氣項目有著技術(shù)上成熟、在煤化工中能量轉(zhuǎn)化率占優(yōu)、 經(jīng)濟性看好等一系列優(yōu)勢，但作為一個新興的系統(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路線。 目前清潔燃煤發(fā)電技術(shù)主要有兩種技術(shù)路線：一 種是 IGCC 為 代表的技術(shù)，利用成熟的煤氣化技術(shù)，集成蒸汽燃氣聯(lián)合循環(huán)技術(shù)實現(xiàn)高效清潔發(fā)電， 但系統(tǒng)相對復雜，投資偏高;另一種是通過提高常規(guī)發(fā)電機組的蒸汽參數(shù)來提高效率， 即超臨界機組和超臨界機組，該技術(shù)在國外已實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，我國在該項技術(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)風險煤制天然氣雖然技術(shù)上是成熟的，但作為一個龐大的系統(tǒng)工程，無專門技術(shù)人才，操作工需要較長時間熟悉裝置操作，技術(shù)風險同樣存在。 以劣質(zhì)褐煤作原料的大唐克旗煤制天然氣項目成功投產(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，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。 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)，可能會加劇當?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， 可能會影響當?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。 尋求經(jīng)濟性、水質(zhì)處理好、工藝穩(wěn)定性強、運行費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。
5 建議
煤制天然氣能部分緩解中國的天然氣“氣荒”，也能推動煤炭清潔利用的步伐，是當前中國“能源轉(zhuǎn)型最現(xiàn)實的選擇”， 煤制天然氣產(chǎn)業(yè)的黃金時代即將來臨。 煤制天然氣作為一個全新的工藝技術(shù)，設(shè)計是靈魂，材料裝備是條件，工藝操作是基本保障，是一個龐大的系統(tǒng)工程。 由于工藝技術(shù)復雜，難免存在一定的技術(shù)風險，環(huán)保風險、管輸風險、標準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)展進程中除去應(yīng)重視設(shè)計工作、加快專業(yè)人才培養(yǎng)及技術(shù)攻關(guān)之外，還應(yīng)做好以下幾項工作：
(1)示范工程項目進行或完成后及時進行經(jīng)驗總結(jié)，對出現(xiàn)的問題進行深刻的反思，采取相應(yīng)的補救措施，為國家后續(xù)項目的順利推進起到應(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， 解決好目標用戶的開發(fā)問題，這是煤制天然氣項目得以盈利的保障。
(3)國家應(yīng)統(tǒng)籌煤制天然氣項目及目標用戶的天然氣標準，盡快制定出臺明確的、上下統(tǒng)一的行業(yè)標準，指導該產(chǎn)業(yè)的有序健康發(fā)展。
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