煤制天然气在我国现阶段还应适度发展

天雁儿

本文由 马后炮化工论坛转载自互联网
       最近，国内外一些专家学者对我国煤制天然气项目提出了质疑，页岩气规模开采利用后煤制天然气在中国经济上能否行得通；在发展煤制天然气项目后，会不会造成碳排放出现不可控制的局面，从而直接影响到应对气候变化采取政策的实施。美国杜克大学相关学者的观点就是这方面意见的典型代表。为此，笔者撰写本文，提出对我国现阶段煤制天然气发展的看法。

1   我国煤化工产业发展状况分析
       改革开放以来，我国一些煤炭资源丰富的地区，就有将煤进行深度加工的想法，从而提高附加值，使当地的资源优势能够转型成为发展优势。所谓的现代新型煤化工就是在这样的情况下发展起来的。这些煤炭深加工项目开始是采用电石与氯碱结合的技术来生产聚氯乙烯（PVC），但是电石和氯碱都是高耗能、高污染的行业，国家发改委屡次发文予以限制。
      之后，又提出生产甲醇可以代替汽油，甲醇脱水生成的二甲醚又可代替柴油。甲醇还能作为碳一化学的基础原料，尽管国家发改委对煤制甲醇项目限制在100万t/a以下的规模，但醇、醚燃料在我国发展依然迅速，截止2013年12月底，全国甲醇产能达5629万吨。由于甲醇代替汽油和二甲醚代替柴油的相应后续问题没有及时解决，二甲醚代替液化石油气（LPG）也因遇到了使用安全上的问题而受挫。加上中东产油国的低价原料（如油田伴生气、炼厂尾气等价格只有0.2～0.3元/m3）所产低价甲醇的冲击，使我国甲醇价格波动较大，达产的产能连续几年只有50％左右。为此，我国生产甲醇的企业只能再往下延伸生产乙二醇等更高附加值的产品转型。
      从甲醇往下发展的煤化工项目还有煤制烯烃的MTO/MTP项目。神华在包头的MTO和宁煤集团等单位的MTP项目先后投产后，经济效益较好。通过甲醇制汽油（MTG）的项目在晋煤集团也获得成功。这些甲醇延伸项目对煤炭深加工项目的转型发展也起到了促进作用。目前，阳泉煤业和新疆伊犁的烯烃项目规模较大。应考虑到，全国烯烃的总缺口也不大，用不了多少时间也容易饱和。原来生产烯烃的原料为石脑油，其用处也不大，国内原有的用石脑油生产烯烃的厂家也不可能都关掉，从能量转换效率看，煤制烯烃的效率也不会比石脑油生产烯烃的效率高。
      至于MTG的热能转换效率，按晋煤集团的实际情况，以2.5吨甲醇制1吨汽油来看，由于从煤制甲醇的热能转换效率就不太高，MTG在热能转换总效率上并不占优势。
      从煤制合成氨生产尿素的氮肥工业看，我国氮肥总需求量折算为合成氨的生产能力，每年约5000万吨，而我国合成氨的产能早已是6300万t/a以上，要做到淘汰落后产能，有很多具体的问题要解决。
      煤制油和煤制天然气也有不少在建项目。从技术上来说，我国的煤直接液化技术已经达到世界先进水平，煤间接液化技术也达到可规模化生产的程度。对煤焦油催化加氢正在进行规模化实践，中国化工报等都有报道。内蒙克什克腾旗、新疆庆华煤制天然气项目也已相继投产，实现了管道供气。由于我国目前油、气缺口较大，还需从国外大量购买，通过新型煤化工技术，用煤生产油和气有一定发展空间。

2   我国天然气的生产供应和价格情况
       早在山西省作为转型发展的示范区开始，就提出了“气化山西”的口号。北京市为了改善环境，现在将几乎所有市区内的采暖锅炉都改烧天然气或电，使冬天的天然气用量相当于夏季用量的10倍。河北省也提出“气化河北”的号召，辽宁省也提出要气化辽宁，而且提出让辽宁的人民用上天然气的同时，让辽宁的汽车也用上压缩天然气。对于天然气的需求，在中国可以说是方兴未艾。
      根据2013煤制天然气战略发展（克什克腾）高层论坛会议及相关资料，2007～2013年，我国天然气生产、进口及消费情况列于表1。

表1      2007～2013年我国天然气生产、进口及消费情况（亿m3）

年份

生产量

进口量

出口量

表观消费量

缺口量

2007

692.4

40.2

26.0

706.6

14.2

2008

803.0

46.0

32.4

816.6

13.6

2009

852.7

76.3

32.1

896.9

44.3

2010

948.5

164.9

40.3

1073.1

124.6

2011

1025.3

311.6

31.9

1305.0

279.7

2012

1067.6

420.8

28.9

1459.0

391.9

2013

1210.0

530.0

64.0

1676.0

466.0

      我国常规天然气的储量不如伊朗、俄罗斯、卡塔尔等国丰富，煤层气的开发技术与美国等发达国家技术相比，还存在差距，产量还不高。页岩气为非常规的天然气，据国内外报道，我国的储量比美国的储量略高, 但目前我国的页岩气井较深（一般都在3000 m以下），且多处于地震断裂带，易引发地震灾害，开采技术水平还较低，在水平井的钻井技术方面还有较大差距。
       受地质、水处理复用等条件影响，我国页岩气的生产成本可能相应会高一些，要达到目前北美周边页岩气成本价格（每百万BTU 4美元，相当于人民币0.81元/m3）的水平，还需一段时间。
在北美，每年页岩气产量已到1800亿m3，使天然气价格从3.25元/m3下跌到0.6元/m3，低于页岩气生产成本价0.81元/m3（近日纽约市场的价格是每百万BTU 1.9美元，即单价只有0.4元/m3）。  这种局面导致了日本计划从美国生产LNG销到日本。也使美国部分页岩气生产商不愿再去生产页岩气，而转向出卖页岩气田块给中、澳等国公司。因此，在全球贸易如此发达的今天，美国较低的天然气价格也不会一直持续，但确实美国目前的天然气价格比中国的价格低很多。
      欧洲天然气的价格比俄罗斯天然气价格要低，乌克兰从俄罗斯购买的天然气是410美元/1000 m3，从欧洲购买的价格是390美元/1000 m3。欧洲的天然气主要产于挪威附近的北海油气田及巴伦支海附近。在英国，原来有4个大型用煤制气的城市煤气厂，后来石脑油制气代替了它，最后廉价的北海油田天然气又取代了用石脑油制气的城市煤气。
      在中国，如果煤制天然气技术采用碎煤加压气化技术，产品天然气的价格约为1元/m3（原料煤的坑口价格以250元/t计），与目前普遍进口的天然气价格相比，从经济角度讲，是可以经营的，如果再把得到的副产品加工利用好，可以有较好的抗风险能力。

3   我国煤制天然气技术的现状和生产中的问题及解决途径
3.1  煤制天然气的气化技术
       对于煤制天然气的气化技术选择，笔者曾撰文探讨过。由于其最终的产品是甲烷，采用固定床碎煤加压气化技术比较合适（国外称为鲁奇炉）。因为粗煤气中就有较高含量的甲烷，以大唐国际的阜新40亿m3/a煤制天然气厂的设计计算为例，在其粗煤气中，就已有相当于产品气48％的甲烷，只有52％的产品需要通过后续的合成工艺来制取。因此，从原料煤到产品甲烷的热能转换效率可达到60％以上。美国大平原煤制天然气曾采用鲁奇MARK-IV型气化炉。
      为使煤制天然气厂的含酚污水量减少，我国多家企业和单位都在攻克液态排渣的碎煤加压气化技术废水处理难题。目前，云南解化厂已基本解决了气化炉的生产运行问题，能较大幅度提高（单炉）生产能力，可大幅度降低蒸汽消耗量和减少含酚污水量，因而广受业界重视。
3.2  煤制天然气技术仍要解决的问题
    （1）原料块煤的供应。不论是固态排渣的碎煤气化炉，还是液态排渣的碎煤气化炉，都需要使用块状煤（>6 mm）。 在一般的次烟煤生产中，原煤中块煤的比例都可达到60%～70%，但低阶煤中块煤的比例不足，有的煤田如新疆伊犁某煤矿的块煤就很少，且块煤的强度很差，这就要求生产型煤，用型煤代替块煤。内蒙东中部的褐煤也是需要干燥、提质后，成型制成煤砖才能使用，各企业都在研究开发这方面的技术。
    （2）煤制天然气的管网及调峰。随着我国天然气事业的发展，天然气管网必然会有很大的扩展。输气、供应管网的建设和发展及延伸和管理应吸收电网的经验，应由国家统一建设和管理。对于北京，采用天然气加热采暖锅炉，必然会产生较为严重的调峰问题，但京津间有一个20亿m3的大型地下气库，缓解了这个问题。如果规划全国都采用清洁的能源天然气，对气网的规划布局和相关的调峰措施，必须配套建设。中国化工报导的文章中，将调峰办法归纳为以下4种：一是采用生产部分液化天然气来解决；二是利用高压天然气管网的压力调节；三是在管网间建设相应的大型储气库，如最近报道的新疆油田公司建成的全国最大的呼图壁107亿m3气库（生产库容为45.1亿m3）；四是采用化工联产，在用气量不大的季节，生产甲醇等产品。笔者认为第4种方法投资大，又要牵涉化产品的销路等问题，实际操作并不理想，可采用另一种办法代替，那就是采暖可用洁净煤技术生产的燃料气代替，将燃料气经过净化，除去SOx、NOx和粉尘等污染物，再去烧采暖锅炉，气化炉的炉渣可制成建筑材料。这是一种很好的调峰方法，因为找一块煤场比建一个气库要容易得多，也可缓解供气的不足。

4   现阶段我国适度发展煤制天然气的合理性
4.1  避开目前产能过剩的煤化工项目
       从我国煤化工产业发展情况的分析可看出，不少地区的煤化工项目由于选择不当，使部分项目成为产能过剩项目，导致这些地区花费了煤资源、资金和宝贵的水资源，结果建了一些赔钱的项目，反而增加了这些地区的债务负担。所以，建设煤化工项目时，一定要避开产能过剩项目。而煤制天然气项目就近年的情况看，不易成为产能过剩的项目。
4.2  少进口高价天然气，尽量减少在经济上受损
      目前我国进口的天然气，不论是管道气或液化天然气，进口价都在3元/m3左右，加上税，销售价为4元/m3以上（北京等一些大城市给居民的生活用气是经过补贴的优惠价2.3元/m3 ），处理不好就会赔钱。今后，生产煤制天然气的价格要比进口气价格低，这样就可以少进口高价天然气，尽量减少在经济上的损失，即使将来我国的非常规天然气——页岩气生产达到美国的水平，也只能使我国的天然气价格更加合理。要想使中国天然气的价格降到美国目前的水平，只有通过努力，把我国的天然气自给水平提高，包括加快掌握页岩气、煤层气、天然气水合物的开发技术，当前也应包括适当发展煤制天然气，尽快让中国的能源安全战略全面落到实处，使我国在天然气的定价上早日取得话语权。

（作者：陈家仁        煤炭科学研究总院北京煤化工分院）