煤制天然气工艺的研究与应用
作者：钟小军薛龙
来源：《中国化工贸易·下旬刊》2017年第02期
摘要：本文主要介绍了先进煤气化和甲烷化技术建设大型煤制天然气项目，充分体现了对煤气化技术进行开发研究的重要意义，并对目前国内外煤气化主流技术的应用与发展做出了详细的说明，将各个不同煤气化技术进行了对比，制定出了煤气化技术的选择方案。
关键词：煤气化；重要意义；主流技术
我国具有十分丰富的煤炭资源，随着近些年来我国煤化工行业的高速发展，煤的气化技术即通过洁净、高效的技术将煤炭转化为合成气（CO+H2）成为了行业发展的关键所在。
先进的煤气化技术可以有效提高煤炭的使用效率，大大减轻排放物对环境的污染和破坏，其已经成为煤炭直接或者间接液化、燃料电池、IGCC技术等高新洁净煤利用技术的核心和关键。
1 煤制天然气工艺技术的基本类型
煤化工将煤作为原料，通过化学加工使其转变为液体、气体、固体燃料的过程。
煤化工主要分为两种，分别是传统煤化工和现代煤化工，传统的煤化工产品主要有焦炭、甲醇、电石等等。
现代煤化工主要包括了煤制油、煤制二甲醚、煤制天然气、煤制乙二醇等等。
1.1 煤炭气化
煤炭气化指的是在一定的温度和压力条件下，在特定的设备当中使得煤中的有机质和气化剂发生化学反应，把固体煤转变为含有CO2、N2等的非可燃气体或者是含有CO、H2、CH4等等的可燃气体的过程。
在气化的过程中会发生气化、燃烧和热解等反应。
我们可以将煤炭气化工业根据气化剂、气化过程供热方式、压力等条件进行分类，通常采用的是按照气化炉中煤料和气化剂接触的方法来分类，主要包含了流化床气化、气流床气化、固定床气化等等。
虽然煤的气化有了很长一段时间的发展，但是，依然存在着很多的问题尚未解决，比如品种的适应程度、转化效率、装置运行稳定性等，都一直阻碍着煤炭气化技术的进一步发展。
1.2 煤制甲醇
将煤作为原料生产出来的甲醇就是煤制甲醇。
我国在利用高硫、劣质煤生产甲醇这一技术上处于世界先进的水平，并且，原料的来源稳定可靠，初步形成了一定规模的生产能力。
另外，化工产业的迅猛发展也刺激了我国甲醇的消费量不断增加。
随着甲醇下游产品的开发以及农药、聚甲醛、甲基叔丁基醚（MTBE）等新装置的建立，甲醇的市场进一步扩大，需求量与日俱增。
我国的煤炭企业为了提高企业的竞争能力、调整产品结构、拓展产业链，更加重视上下游的全面协调发展，大大促进了大型煤制甲醇装置的建设和完善。
1.3 煤制烯烃
煤制烯烃主要分为煤气化、合成气净化、甲醇制烯烃和甲醇合成四个种类。
煤制烯烃就是煤基甲醇制烯烃，是指以煤为原料合成甲醇后再通过甲醇制取乙烯、丙烯等烯烃的技术。
甲醇制烯烃技术已日趋成熟，具备工业化条件，存在的主要问题不在工艺上，而在催化剂上。
目前，催化剂的长周期运转的数据并没有出来，催化剂的单程转化率、收率、副产物的组成，催化剂、原材料和公用工程的消耗定额、催化剂衰减的特性曲线、废催化剂的毒性和处理、催化剂制备的污水组成和数量、整个装置单程和年连续运行的时间、废液废气的排放等多项重要数据目前没有公布。
因此，大规模工业化尚需时日。
2 煤制天然气工艺的消耗能量
天然气是埋在地下的古生物经过亿万年的高温和高压作用下形成的可燃气体。
天然气的主要成份是甲烷，是最简单的烷烃，也是有机物中最简单的稳定化合物。
是一种无色、无味、无毒、可燃气体、洁净环保的优质能源。
微溶于水、乙醇、乙醚等有机溶剂。
天然气按其形成可分为：油田气、煤层气、生物气和水合物气四种。
油田气是石油烃类天然气，煤层气是成煤过程中有机质产生的甲烷气，生物气是有机质在70℃以下遭厌氧微生物分解产生的甲烷气，水合物气是在低温高压下，甲烷等气体分子渗入水分子晶隙中缔合的气体。
我国天然气生产量从1995年的179.5亿m3到2011年1130亿m3增长了6倍，天然气的生产量满足不了消费量。
可见要用先进的工艺技术来满足工业以及生活需求天然气。
天然气按用途分类，可分成燃料和化工两大类，其中燃料包括燃气发电、民用燃料、工业燃料、车用燃料等，随着我国天然气利用政策的出台，以及能源价格改革方案的推进，天然气利用结构正在由化工、发电为主逐渐转向城市燃气用气比例的提高。
3 煤气天然气工艺技术的详细介绍
煤气化被誉为煤化工产业的龙头技术，目前可作为大型工业化运行的煤气化技术，可分为固定床气化技术、流化床气化技术、气流床气化技术以及熔融床气化技术当实际没应用开发。
煤气化炉又称煤气发生炉（gas producer）典型的工业化煤气化炉型有：UGI炉、鲁奇炉、温克勒炉（Winkler）、德士克炉（Texaco）和道化学煤气化炉（Dow Chemical）。
固定床气化炉是最早开发出的气化炉，炉子下部为炉排，用以支撑上面的煤层。
通常，煤从气化炉的顶部加入，而气化剂（氧或空气和水蒸气）则从炉子的下部供入，因而气固间是逆向流动的。
特点是炉内煤处理量小，大规模化困难。
在分散板上给予粉煤，在分散板下送入气化剂（氧气和水蒸气），将粉煤在悬浮状下气化。
缺点是流化床气化炉不能用灰分融点低的煤，副产焦油少，碳利用率低。
流床气化炉将粉煤与气化剂（氧气和水蒸气）一起从喷嘴高速吹入炉内迅速气化。
特点是不副产焦油，生成气中甲烷含量少。
气流床气化是目前煤气化技术的主流，代表着今后煤气化技术的发展方向。
气流床按照进料方式又可分为湿法进料（水煤浆）气流床和干法进料（煤粉）气流床。
4 煤制天然气工艺技术的具体应用
我国目前是世界上天然气需求增长最快的国家之一，我国87%以上的天然气用于化工、城市燃气和发电等工业部门，其中化肥生产就占38.3%。
居民用气在天然气消费总量中所占11%。
随着我国经济建设持续稳定发展，对天然气的需求量将继续增加，城市燃气、工业用气和发电等消费需求都将快速增长。
我国城镇的发展导致了天然气需求的增长。
在经济高速增长的今天，随着广东珠江三角洲、上海长江三角洲地区、环渤海地区城市的发展已率先进入了工业化时代，也率先进入了城市天然气时代。
中国大城市人口的聚集和小城市的增加以及经济的增长日益敦促人们重视环境保护。
在这些城市及周边地区，煤炭的使用和机动车的迅速增加产生了污染问题，这个问题日趋明显而且正在影响着中国大部分的人口。
由于这是政府优先要解决的问题，所以制定了很多降低污染的政策，其中就包括增加利用清洁燃料的政策。
以天然气为主的清洁燃料的普及应用，将减少由于工业废气对不堪负重的大气污染，其需求将十分强劲，天然气市场前景广阔。
到2011年，中国国内管道天然气需求量约1200亿Nm3，而国内生产能提供的只有1000亿Nm3，天然气供应缺口将达200亿Nm3；2015年中国天然气需求将达1700亿Nm3，而国内生产能提供的只有1200亿Nm3，天然气供应缺口将达500亿Nm3；到2020年将达到2000亿Nm3以上，占我国能源消费总量的比例将从2.5%～2.6%上升为7%～10%，而缺口至少达1000亿Nm3。
我国正在加快引进国际天然气资源，是21世纪中国发展外向型能源经济的重点之一，是中国21世纪重大的能源战略。
现已经计划从俄罗斯、中亚土库曼斯坦、哈萨克斯坦进口天然气，中亚天然气管道预计2009年底实现第一期工程单线通气，将从中亚向中国输送约300亿Nm3的天然气，2010年第二期实现双线通气，新增300亿Nm3。
从2011年开始，俄罗斯每年也将向中国出口600亿至800亿Nm3。
此外云南省从缅甸进口天然气100亿Nm3/a的管道项目已正式实施，将于2010年上半年建成投产。
5 结束语
综上所述我国燃气十分紧缺，不得不从国外进口大量石油液化气、液化天然气及管道天然气。
从国外购进燃气不仅价格贵，而且还受多种不确定因素影响。
如何保证能源安全供应是在引进国外气源是必须重视的问题。
煤制天然气立足国内，可以减轻对国外的依赖，具有长远的战略意义。
参考文献：
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[2]赵钢炜，肖云汉，王钰.煤制天然气工艺技术和催化剂影响因素的分析探讨[J].陶瓷，2009（11）：21-25.。
