中国煤制天然气产业的发展现状及建议

侯建国，高 振，王秀林，宋鹏飞，姚辉超，穆祥宇

（中海石油气电集团技术研发中心，北京 100027）

中国煤制天然气产业的发展现状及建议

侯建国，高 振，王秀林，宋鹏飞，姚辉超，穆祥宇

（中海石油气电集团技术研发中心，北京 100027）

中国富煤少气的能源特点决定了发展煤制天然气是获取天然气资源、缓解我国天然气供需矛盾的重要途径之一。开展煤制天然气项目能够合理利用我国劣质煤炭资源，调整煤炭消费结构，实现煤炭的清洁利用，缓解天然气供应紧张的状况，保障我国能源安全。文章从煤制天然气的产业流程着手，梳理了国家对于煤制天然气的行业政策及现状，分析了国内发展煤制天然气的必要性及经济性，剖析了煤制天然气发展过程中出现的主要问题，同时为煤制天然气产业的健康发展提出了切实可行的建议。

煤制天然气；现状；必要性；问题；建议

我国一次能源资的特点是“富煤、少气”，天然气供需矛盾突出、缺口逐年增大已是不可回避的严峻现实，这对能源的安全供应、国民经济的平稳运行以及全社会的可持续发展构成了严重威胁。煤炭是我国一次能源的主体，它不仅是主要的工业燃料，还是重要的化工原料，煤炭企业走煤基产业链的多元化发展路径，实现煤炭的清洁利用，有以下几种思路可供选择：①瞄准能源大市场，着力开发生产煤制油和煤制天然气等，以大市场带动产业大发展；②生产高附加值产品；③进行煤炭的高效清洁发电及输送。发展煤化工、煤制气是富煤地区、煤炭企业的重要方向[1]。

近年来，煤炭成为引起大面积雾霾等大气污染的主要因素，天然气因清洁环保的特性成为理想能源，然而，我国天然气供应紧张，京津冀等地的“煤改气”进一步加剧了紧张局面。煤制天然气在美国大平原成功运行40多年，技术上是可行的；近期中俄东线天然气供应协议的签订进一步推进气价改革，我国煤炭行情的低迷、天然气价格的上涨使其经济性看好。特别是，将低阶煤炭转化成紧俏清洁的天然气是将相对富余资源转为稀缺资源的过程，能够调整煤炭消费结构，实现煤炭的清洁利用，丰富了天然气来源的多元化。

1 煤制天然气产业流程介绍

图1 煤制天然气产业链流程示意图

煤制天然气产业链包括煤炭开采、运输、转化（煤制天然气）、管网输送4个环节。前两个环节投资门槛较低，而煤制天然气工厂及长输天然气管网的建设需要巨额投资。煤制天然气工厂的工艺流程（图1所示）包括煤气化生成合成气、耐硫变换部分转化CO、脱碳调整氢碳比、甲烷化等单元，其中煤气化及甲烷化技术是煤制天然气项目的关键技术，其余单元各项技术及装备基本实现国产化，实践证明其技术风险小[2]。煤气化技术包括固定床的鲁奇炉碎煤加压气化技术、Mark Plus（MK+）气化技术、BGL煤气化技术，还有气流床的Shell粉煤气化工艺、Texaco水煤浆加压气化工艺、E-gas水煤浆加压气化工艺、GSP粉煤气化工艺等，国产化的煤气化技术有东方炉、航天炉、清华炉等。大型煤制天然气项目的甲烷化技术主要为国外公司包括丹麦Topsoe、英国Davy、德国Lurgi等垄断，但近年我国在甲烷化技术的国产化上取得了显著进展，包括中科院大连化物所、西南化工研究设计院有限公司、大唐国际等自主技术已开始实现工业化。

2 我国煤制天然气行业现状

国家对煤制天然气行业的态度经历了2010～2012年的政策约束期到2013年以后的相对宽松期，但国家态度依然是相对谨慎，要求科学、有序、规范发展。

表1 近几年我国煤制天然气相关政策一览

目前煤制天然气行业的特征主要有：①煤制天然气投资巨大，参与主力以神华、中海油、华能、华电、大唐、国电、中电投等大型能源央企为主。②新疆、内蒙古、山西成为发展煤制天然气的主战场。③煤制天然气问题显著存在，消耗大、CO2排放大、废水难处理成为制约煤制天然气项目能否 “核准”或获得“路条”的瓶颈。④国家对煤制天然气行业的管理日益标准化。2014年，《煤制天然气单位产品能源消耗限额》(GB 30179-2013)发布，对现有煤制天然气企业能耗限额限定值指标和新建企业能耗限额准入值指标进行了强制性要求。

目前国家核准的首批示范项目有4个，2013、2014年陆续有十几个项目获得路条（表2所示）。首批示范项目已投产，但还需时间来实现长期稳定运行。国家能源局初步规划到2020年，煤制天然气要达到500亿m3以上，占国产气的12.5%。

表2 我国已核准及获得“路条”的主要煤制天然气项目（资料来源于亚化咨询及发改委等网站数据：截止2014年6月）

3 必要性分析

目前国内将煤炭转化为能源产品或精细化工产品的方式，主要有煤制油、煤制甲醇和二甲醚、煤制天然气等。煤制天然气技术流程短、各项技术较成熟、风险较小，在技术上有着先天优势。煤制天然气特点有：能量转化效率最高[3]；单位热值耗水量煤制天然气最低[4]，这对于富煤缺水的西部地区更为有利。即便如此，煤制天然气受追捧的根本原因在于清洁的天然气具有强烈的市场需求，同时其经济性也被看好，发展前景广阔。

3.1 天然气需求旺盛

全国持续出现大范围雾霾天气，天然气作为优质清洁能源，成为治霾的重要手段。各地纷纷推进“煤改气”、“油改气”计划，天然气需求迅猛增长。天然气汽车的迅猛发展进一步加大了对天然气的需求[5]。天然气作为清洁能源，在我国一次能源中的消费比重逐步上升，从2010年的3.5%提升到了2013年的5.9%，但与发达国家30%的比例差距仍然较大。国务院2014年4月转发《关于保障天然气稳定供应长效机制的若干意见》指出，到2020年天然气供应能力达到4000亿m3，力争达到4200亿m3（2013年为1692亿m3），其中要求满足“煤改气”工程的天然气需求为1120亿m3。对天然气如此巨大的需求是煤制天然气得以生存的根本，未来将成为“气化中国”的生力军[6]。

3.2 经济性浅析

煤制天然气项目比一般的制造业复杂，属于技术资金密集型产业，前期工程资金投入量大，其中设备投资占的比重较高（图2所示[3]），设备投产后因高昂的折旧费，一旦停产便会损失惨重，还包括人员中毒事故的直接损失、事故修复和环保处理待检等环节成本，项目回报周期更长。研究显示，煤制天然气项目的回报周期在7.5年左右[7]。

图2 煤制天然气装置建设投入情况

煤炭成本、天然气价格是制约煤制天然气经济性的关键因素。在同等条件下，煤炭价格上涨10%，内部收益率降低0.62%；天然气价格降低10%，内部收益率降低2.78%[8]。中国进口LNG需要远程运输；中亚地区以及俄罗斯的管道气进口成本非常高，长距离管输成本昂贵。近期中俄东线管输气合同签订，亚化咨询估算[9]，俄气如以京津冀地区作为目标销售区域的成本价为3.5元～3.8元；而目前大唐克旗煤制天然气项目自建管道到达北京的门站价为2.75元。与俄进口气相比，煤制天然气显然具备足够的成本竞争力。随着国家天然气定价机制的完善，煤制天然气产业的经济优势将更为明显。

4 面临问题

发展煤制天然气项目有着技术上成熟、在煤化工中能量转化率占优、经济性看好等一系列优势，但作为一个新兴的系统工程，出现质疑、问题也在所难免。

4.1 能源二次转化问题

煤制天然气将一次能源转化为二次能源，必定存在一定的能量损耗。煤的清洁利用主要有清洁燃煤发电及煤制天然气两个路线。目前清洁燃煤发电技术主要有两种技术路线[10]：一种是IGCC为代表的技术，利用成熟的煤气化技术，集成蒸汽燃气联合循环技术实现高效清洁发电，但系统相对复杂，投资偏高；另一种是通过提高常规发电机组的蒸汽参数来提高效率，即超临界机组和超超临界机组，该技术在国外已实现大规模生产，我国在该项技术及关键装备的国产化方面还存在一定瓶颈。清洁燃煤发电技术的污染物排放量已经接近了天然气发电污染物排放水平，是目前最清洁、能效最高的用煤方式，也是煤制天然气乃至煤化工面临质疑的关键所在。

4.2 技术风险

煤制天然气虽然技术上是成熟的，但作为一个庞大的系统工程，无专门技术人才，操作工需要较长时间熟悉装置操作[11]，技术风险同样存在。以劣质褐煤作原料的大唐克旗煤制天然气项目成功投产不足一月就停产的主要原因在于之前没做好试烧试验，煤中含有的碱性物质使得气化炉内壁腐蚀及内夹套减薄等[12]。大唐停止了克旗、阜新同样流程生产线的投产，接下来将在煤质参数方面进行深入研究。

4.3 环境污染问题

我国煤制天然气产业高耗水，主要分布在新疆、内蒙等西部地区，可能会加剧当地缺水状况。煤气化废水含有大量酚类等有毒有害物质，高浓度难生物降解，可能会影响当地生态环境及下游用水。国内外煤制天然气废水处理技术普遍存在出水效果不理想、系统稳定性差和处理成本高等问题[13]。寻求经济性、水质处理好、工艺稳定性强、运行费用低的煤制天然气废水处理工艺已经成为煤制天然气产业发展的迫切需求。

从全生命周期角度来看，煤制天然气项目的温室气体排放量是常规天然气的7倍；如果用于发电，碳排放量将比燃煤发电厂高出82%；用于汽车产生的尾气排放量是传统汽车的两倍[14]，这就要求在产业布局时需综合考虑大量CO2的安置问题。

4.4 管输风险

天然气的输送方式主要分为通过长距离管道输送、液化为LNG或压缩为CNG后运输。我国煤制天然气主要分布在新疆、内蒙等边远地区，决定了管道运输为主要方式。尽管目前我国建成了全国性输气管道，但输送管网密度仍然较低。天然气输送管道经营权为少数石化巨头高度垄断。煤制天然气输送面临两种选择：一是借道中石油、中石化建设的输气管线；二是自建管道与终端市场对接或建立支线接入主管网（并网），建设投资取决于煤制天然气项目与目标市场的距离。管道建设费用高昂，维护成本更高。管道建设的巨额投资或目标客户的开发是制约煤制天然气项目发展的瓶颈[15,16,17]。 日前，中石油西气东输管道转让似乎解除了对管输的垄断，但已与中石油签订管输协议的下游企业则担忧合同发生变更[18]。

4.5 标准不一问题

煤制天然气在我国属于新兴产业，国家在煤制天然气方面的政策不够全面或者标准不一。大唐克旗项目产品中氢气体积分数不高于4%，符合国家能源局批准的设计要求，但下游燃气发电用户对氢体积分数要求小于1%，这就给装置调整带来困难，这些问题可在设计阶段有效避免。

5 建议

煤制天然气能部分缓解中国的天然气“气荒”，也能推动煤炭清洁利用的步伐，是当前中国“能源转型最现实的选择”，煤制天然气产业的黄金时代即将来临。煤制天然气作为一个全新的工艺技术，设计是灵魂，材料装备是条件，工艺操作是基本保障，是一个庞大的系统工程。由于工艺技术复杂，难免存在一定的技术风险，环保风险、管输风险、标准不一等也是制约煤制天然气产业发展的重要因素。煤制天然气产业的发展进程中除去应重视设计工作、加快专业人才培养及技术攻关之外，还应做好以下几项工作：

(1)示范工程项目进行或完成后及时进行经验总结，对出现的问题进行深刻的反思，采取相应的补救措施，为国家后续项目的顺利推进起到应有的示范作用。

(2)重视煤制天然气管输，应充分调研以做好管输成本预算工作，解决好目标用户的开发问题，这是煤制天然气项目得以盈利的保障。

(3)国家应统筹煤制天然气项目及目标用户的天然气标准，尽快制定出台明确的、上下统一的行业标准，指导该产业的有序健康发展。

[1]徐振刚,杜铭华.新型煤化工及其在我国的发展[J].煤化工,2003,31(6):4-8.

[2]鲍喜军.煤制天然气产业发展前景分析 [J].科技与企业,2014,23(7):280.

[3]付国忠,陈超.我国天然气供需现状及煤制天然气工艺技术和经济性分析[J].中外能源,2010,15(6):28-34.

[4]煤制天然气成为清洁能源新秀 [EB/OL].2009-02-06 [2014-08-02].http://info.chem.hc360.com/2009/02/ 06111051924.shtml.

[5]许柏年.关于把内蒙古建成清洁能源输出基地的建议[J].西部资源,2013,10(6):54-58.

[6]安金胜.煤制天然气 “气化中国”的一匹黑马[N].中国煤炭报,2013-10-18007.

[7]大唐克旗煤制气项目投产不足一月意外停产持续至今[EB/OL].2014-04-03[2014-08-02].http://www.askci.com/ news/201404/03/03115131228932.shtml.

[8]林火灿.争议 “煤制天然气”[N].经济日报,2014-04-14013.

[9]俄罗斯进口气价格与煤制天然气价格竞争力分析[EB/ OL].2014-05-27 [2014-08-02].http://www.cctd.com.cn/ detail/14/05/27/00451658/content.html.

[10]张晓鲁.关于加快发展我国先进超超临界燃煤发电技术的战略思考[J].中国工程科学,2013,15(4):91-95.

[11]陈向国.煤制天然气产业:新手开车上路 [J].节能与环保,2014,32(1):40-41.

[12]赵晓.中国煤制天然气试错 大唐克旗项目停产[N].第一财经日报,2014-03-31B04.

[13]王伟,韩洪军,张静,等.煤制天然气废水处理技术研究进展[J].化工进展,2013,33(3):681-686.

[14]周路菡.煤制天然气:悄悄改变能源格局 [J].新经济导刊,2013,13(12):60-63.

[15]陈峰.新疆煤制天然气产业发展SWOT分析研究[J].现代工业经济和信息化,2012,2(18):15-16,25.

[16]陈继军.煤制天然气:成败取决于长距离管输——新型煤化工项目技术经济性分析之三 [J].中国石油和化工,2013,20(7):21-22.

[17]兰书彬.中国煤制天然气产业发展研究[D].上海:华东理工大学,2011.

[18]中石油东部管道转让引发企业“被憋死”担忧[EB/OL]. 2014-06-03[2014-08-02].http://www.cippe.net/news/html/ 201406/205280.html.

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；

：侯建国(1970-)，男，博士后，高级工程师，主要从事煤制天然气、焦炉尾气制天然气方面的 研 究 ， 电 话 010-84523249、010-56759138， 电 邮houjg@cnooc.com.cn。