煤制天然气技术发展现状与经济性分析

张永江

摘要：煤制天然气技术可以减少直接燃煤带来的环境污染，改善我国富煤、少气的能源结构，缓解天然气供需矛盾。本文介绍了国内煤制天然气技术的发展背景和发展现状，分析了煤制天然气的盈利情况，并提出了未来发展的建议。

关键词：煤制天然气;发展现状;经济性分析;发展建议

随着社会经济的持续高速发展，能源消费需求愈发旺盛，天然气需求量大幅提升。我国的煤炭资源十分丰富，但天然气资源相对欠缺，需要利用好煤炭资源，积极利用煤炭清洁转化利用技术，大力发展煤制天然气产业。煤制天然气是解决富煤地区能源长距离外送问题，降低直接燃煤带来的大气污染，保障能源結构安全稳定的重要手段。要实现煤制天然气产业的健康高效发展，需要全面分析煤制天然气技术及产业发展现状，提升煤制天然气技术水平与盈利能力，使之成为我国能源产业的重要组成部分。

一、煤制天然气发展背景及现状分析

1.煤制天然气发展背景

我国的煤炭资源十分丰富，2020年原煤产量39亿吨，原油产量19476.9万吨，天然气产量1925亿立方米，煤炭占比过高，而石油和天然气占比仅有6.9%和5.7%，富煤、少气的能源结构需要进一步优化。近年来，天然气产量和占比逐渐上升，但天然气消费比重仍低于世界平均水平。2020年，煤制天然气产量47亿立方米，保持迅猛的发展势头，然而仍远低于天然气消费量。

虽然天然气供给量在快速增加，然而随着“煤改气”的实施，天然气供给缺口将进一步扩大，供需矛盾将持续存在。为此，天然气产业不仅要加大天然气开发力度，还需要加大页岩气、煤制气、管道进口气等方面的投入，不断完善天然气能源体系，而煤制天然气是增加天然气供给量的重要一环。

2.煤制天然气发展现状

煤制天然气技术大体分为二步法和一步法，二步法工艺先将煤炭资源转化为合成气，再对合成气净化、转化，依靠催化剂发生甲烷化反应，生产天然气和硫磺、液氨等副产品，相关技术较为成熟;一步法工艺则是直接将煤炭转化为天然气，相关技术尚需要进一步的研发和完善。两种工艺相比较，二步法工艺虽然使用设备多、投资大，但是工艺更加成熟，技术难度低，且拥有更高的甲烷转化率，是目前主流的煤制天然气生产工艺。

二步法工艺可以使用劣质煤炭作为生产原料，借助鲁奇加压气化技术、BGL熔渣气化技术等气化工艺，能够将含水量高、低热值的劣质煤炭转化为天然气，具有气化率高、投资低等优势。甲烷化技术是二步法工艺的核心环节，国际上主流的有德国鲁奇公司工艺、英国DAVY公司CRG工艺等，鲁奇工艺早在上世纪八十年代就已实现工业化生产，技术成熟稳定。催化剂性能影响甲烷化的生产效果，目前主流的催化剂是Ni基催化剂，具体有DAVY公司的CEG系列产品等。

一步法工艺将煤直接合成为甲烷，没有中间环节，目前较为成熟的是美国巨点能源公司的蓝气技术。和二步法工艺相比，蓝气技术通过优化催化反应过程，可以在加压流化反应器中完成气化、变换和甲烷化反应，将原料煤和蒸汽、催化剂直接合成天然气。该技术工艺简单、投资低、节水节能，对于煤种煤质的适应性很强。然而需要面临的技术难题是催化剂的分离，在国内尚处于尝试阶段，技术可行性和经济性需要进一步验证。

二、煤制天然气的经济性分析

1.煤制天然气成本分析

煤制天然气成本包括生产成本、运行成本和人工成本等组成部分，天然气输送需要投入大量资金建设长输管线，还需要借助天然气调峰发电厂、建设储气设施等途径来应对天然气需求波动。

以年产量40亿立方米的项目为例，总投资大约为246亿元，建设方面的投入最高在230亿元左右。煤价根据煤种、地区、季节等因素的差异存在很大不同，比如新疆哈密烟煤价格在每吨180元左右，而陕西榆林动力末煤每吨320元左右。此外，催化剂和化学品成本在千立方米55元左右，水费在千立方米31元左右，还需要估算设备折旧和维修成本、人工工资等方面成本。综合考虑各方面成本情况，新疆哈密烟煤的煤制天然气进入管网成本在每立方米1.25元左右，而陕西榆林动力末煤作为原料煤的成本为每立方米1.70元左右。

随着国内煤炭消费需求的变化，煤价可能面临较大的波动，煤制天然气成本也将增加或降低。天然气替代煤炭是大势所趋，煤炭价格长期来看将处于下行趋势，生产成本有望不断降低。

2.煤制天然气利润分析

煤制天然气盈利产品的盈利能力受煤炭和天然气价格，以及地理位置、销售渠道、季节变化等因素影响。在不同地区、不同时间的盈利能力差距很大。比如新疆的煤制天然气需要经过西气东输管网销售到北京、上海等地区，需要考虑天然气运输成本，还需要扣除营业税和增值税。

新疆煤制天然气进网价大约在1.29元到2.12元之间，毛利率在3%到41%之间。而煤价远高于新疆的陕西榆林，煤制天然气毛利率在-30%到30%之间，在低情景模式下存在大幅亏损的可能。当天然气价格不景气时，煤制天然气项目不具备盈利能力，甚至会产生亏损，而不同地区相对比，新疆、内蒙古等地区煤制天然气项目盈利能力相对较好，主要受不同地区的煤价差异影响。

三、煤制天然气产业的发展建议

我国煤制天然气产业起步较晚，但发展速度很快，在二步法工艺上积累了丰富的经验，逐渐探索出新方法、新工艺。目前已掌握煤制天然气设计、装备制造等一系列的工艺技术，有能力建设最先进的煤制天然气工厂，不断降低对国外技术装备的依赖。国内五环、赛鼎等企业都具备独立完成煤制天然气项目总体设计的能力，可以针对生产条件调整设计方案。在装备技术方面，国内已实现90%以上设备的国产化，完全拥有自主设计与制造能力。

然而，虽然二步法工艺在国内有成熟的工业化应用经验，但碎煤加压气化粗煤气过程中产生的含酚废水处理仍是需要克服的难题，甲烷化高压废热锅炉缺少应用经验，且国内对甲烷化催化剂技术的研发较为落后，严重依赖进口催化剂。为此，未来国内煤制天然气技术研发应着重在甲烷化催化剂、废水处理、副产蒸汽利用等方面下功夫，解决阻碍二步法工艺发展完善的技术难题，并积极开发一步法工艺技术，努力使我国的煤制天然气技术全面处于世界领先水平。

同时，要依托于大型石油国企的管道优势，加强产业之间的合作，降低管道建设运营费用，协同推进煤制天然气产业发展。煤制天然气项目布局应坚持科学规划，避免重复建设，全面考虑地区煤炭、水、电等资源和基础设施、管道建设，以及环境承载力等方面的情况，确保取得积极的经济效益和社会效益。

结语：

随着能源产业结构的优化升级，对于天然气资源的需求稳步增长，需要借助煤制天然气技术对常规天然气进行必要的补充。煤制天然气和火电、煤制油等煤炭转化方式相比，能量效率最高，单位热值耗水量最低，是煤制能源产品最为高效、环保的方式。应大力发展煤制天然气技术，加快煤制天然气产业发展，以增加清洁能源供应，优化能源结构，缓解我国富煤、少气的不利局面。

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