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把煤炭变成天然气,这也能行?

报价宝 来源:baojiabao.com 发布时间:2022-12-21 17:36:34 09月11日更新
报价宝综合消息把煤炭变成天然气,这也能行?

2022 年 8 月 10 日,中国海油下属的中海石油气电集团有限责任公司(以下简称气电集团)与西南化工研究设计院有限公司(以下简称西南院)联合研制的甲烷化催化剂,在新疆庆华大型煤制天然气项目中首次实现 110% 满负荷平稳运行,获得的甲烷浓度为 61.7%,高于国外引进技术近 3 个百分点,这标志着我国自主研制的大型煤制天然气甲烷化技术取得重大突破(见中国能源报报道)。

新疆庆华(来源:搜狐)

在我国能源安全领域,这是一件非常值得庆祝的大事。它意味着在煤制天然气催化剂方面,中国已经达到了国际领先水平,成功实现领跑地位。你以为仅仅是这样吗?不,让我们将目光稍稍回望到今年的 3 月份,西南化工研究设计院有限公司(简称"西南院")与庆华能源集团有限公司签订了 15 亿立方米 /年煤制天然气项目 CNGC-2 气体调节剂和 CNJ-8 甲烷化催化剂供货合同。该合同的成功签订标志着煤制天然气项目的核心部分 -- 催化剂首次完全实现国产化。在短短不到半年的时间里,我国在煤制天然气催化剂领域又取得巨大突破。

研究人员分析催化剂样品(来源:新浪财经)

众所周知,我国拥有丰富的化石能源资源,在能源储量上具有"缺油少气富煤"的特点,这使得我国能源消费结构比较固定。除了上海以外,中国的大部分省份均有煤炭资源分布,其中内蒙古、陕西、山西等是产煤重地。不过,中国虽然是煤炭大国,但是煤炭储量中"高硫高灰高熔点"的劣质煤炭比例较高,仅山西省这样的劣质煤炭就占总储量的三分之一。这些劣质煤炭长期以来难以清洁利用,因此如何实现对其高效清洁的利用,成为了能源人孜孜以求的目标。

而另一方面,目前我国在天然气方面的需求非常大。2021 年,中国天然气消费量为 3726 亿立方米,但产量仅为 2052 亿立方米,能源缺口达到了 1674 亿立方米。据国家能源局预测,中国的天然气供需在中短期内仍将面临较大的缺口。很显然,如果能够大规模的将劣质煤转化为天然气,不但有助于缩小能源缺口,产生巨大的经济效益,更重要的是能够为环保提供更大的助力。

目前,将煤炭转化为能源产品的利用方式有煤发电、煤制油、煤制甲醇和二甲醚、煤制天然气等。在这些利用方式中,能量转化效率最高的便是煤制天然气。

露天煤田采煤(来源:知乎 @科学知识点)

那么,煤制天然气是如何生产出来的呢? 主要是经过以下几个步骤:

煤制天然气简易流程图(马立莉等,2019)
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简而言之,煤制天然气是以劣质煤为原料,经历了气化、变换、净化等工序,使合成气达到合成甲烷的氢碳比,再经甲烷化生产而得到的。如流程图所展示,甲烷化的过程既是流程的终端,也是最关键、最重要的部分。如果甲烷化做得好,所转化的天然气就多,商业价值就高。因此甲烷化所需的催化剂就成了重中之重 -- 只要催化好,气气少不了!

近年来,中国一直致力于煤制天然气生产全技术链的国产化,在煤气化、变换、脱酸等技术上都已实现国产化,不过,甲烷化技术开发难度大,多年来一直未取得突破。截至 2019 年,投入运行的商业化煤制天然气工程已达四个(本文新闻中的庆华工程就是其中之一),但它们的甲烷化工艺均采用国外技术,为此中国付出了巨额的技术转让费。2010 年,西南院开始对煤制天然气项目进行立项,到了 2022 年,煤制天然气才完全实现国产化,其中的艰辛可想而知。而国产甲烷化技术的出现,将会对未来商业化煤制天然气项目起到推动作用。

虽然我国在煤制天然气技术取得了长足的进步,但还存在着一些亟待解决的问题。例如,在能耗方面,煤制天然气生产中的二氧化碳排放量依旧很高,对于水的需求同样很大,而我国产煤重地多为缺水地区。这些矛盾限制了煤制天然气产业的发展,特别在双碳背景下,问题变得更加尖锐。我们如何在国产化技术的道路上更进一步,如何去解决生产中所暴露出来的问题,并将实验室的已有成果应用到工业生产中,这是煤制天然气工程师们即将面对并踏上的新征程。

本文来自微信公众号:石头科普工作室 (ID:Dr__Stone),作者:行雨

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