发展煤制天然气的必要性与竞争优势
矽多红源占午钍
2010年第6期(总第63期)
SHANXI
ENERGYANDCONSERVATION
2010年12月
能源建设
中国发展煤制天然气的必要性与竞争优势
刘翠玲1,
(1.山西省科技情报研究所,山西
张小东2,
胡益之3
太原030002;
太原030001;2.太原市科技应用推广站,山西
太原030006)
3.山西汾渭能源咨询公司.山西
摘
要:
叙述了目前国内外煤制天然气项目进展情况,中国发展煤制天然气(SNG)的必要性及煤制天然气与煤制其他
能源产品的竞争优势,指出了煤制天然气行业面临的主要问题,提出了中国发展煤制天然气的相关建议。关键词:煤制天然气;竞争优势;环境保护;温室气体排放
中图分类号:
7I'Q546
文献标识码:
A
文章编号:1674.3997一(2010】06—0037—04
TheNecessityandCompetitiveAdvantageofCoalandNaturalGasDevelopment
LlUCui—lin91,
ZHANGXiao—don92,
HUYJ-zhi。
(1.ShanxiScienceandTechnologyInformationResearchInstitute,Taiyuan030001,Shanxi,China;
2.ApplicationofTechnologyPromotionStationsinTaiyuan,Taiyuan030002.Shanxi,China;
3.FenweiEnergyConsultingFirm
Abstract:7Fheral
current
inShanxi,Taiyuan030006,Shanxi,China)
natu—
domesticandinternationalcoal
gas
projcotprogre.ss,theneee.※sityofChina’sdevelopmentofcoaland
energy
sources
gas(SNG)andcompetitiveadvantageofSN(;comparingwithother
gas
weredescribedinthispaper.Notedthat
on
majorproblemsofcoalandnatural
ofChina.
industryand
put
forwardtherelevantrecommendationscoalandnatural
gasdevelopment
Keywords:coalandnaturalgas;eompelitiveadvantage;environmentalprotection;greenhouse
gas
emi.Ⅸsions
0引言
占有率分别为76%和69%。2008年,中国能源生产总
量为26
X
108
t标准煤,能源消费总量为29.1×108
t,
天然气在中国是1种极其稀缺的优质、清洁能源。与煤相比,使用天然气可大幅度减少S,N和粉尘的排放。但是,中国天然气资源短缺的现状使得中国天然气应用受到限制。除了加大天然气进【J力度,煤制天然气也将是中罔天然气的重要来源。立足于国内能源结构,在某些富煤地区适度发展煤制天然气,町以优化中幽能源消费结构,缓解周内天然气供求矛盾。
1
1.1
化石能源占总量的近90%。中国的原油生产水平维持在1.8×108t/a~2.0×108t/a,大约需从进fl或从气体能源转化得到相应量的油量才能满足同内对运输燃料的需求。2008年中国累计进口原油17
888X104
t,原
油对外依存度从2004年的38%增长到2008年的51.3%。2008年国内天然气表观消费量达到807x108m3,是2000年的3倍,占中国一次能源消费比例也由2000年的2.4t;6上升到3.8%…1。而国际上天然气在一次能源消费中的比例已达到25%。
中国资源禀赋的特点决定了煤炭资源在未来很长一段时期内继续作为能源丰体被开发和利用。利用中国较为丰富的煤炭资源,尤其是褐煤等劣质煤炭发展煤制天然气,不仅能改善中国能源消费结构,而且能促进煤炭的高效、清洁利用。图1给出r2008年世界主要国家一次能源消费构成。
1.2有利于环境保护减少温室气体排放
能源资源的开发利用促进了世界的发展,同时也带来了严晕的生态环境问题。科学观测表明,地球大气中C02的浓度已从工业革命前的280×10。6升到目前的379×10。6;全球平均气温也在近百年内升高了0.74℃,特别足近30年来升温明娃。煤炭加工过程中产生的S02,粉尘,C02等是大气污染和温室气体的主
・37
・
中国发展煤制天然气(SNG)的必要性
有益于改善中国能源生产和消费结构
中国基础能源格局的特点足“富煤贫油少气”,煤炭占能源资源总储餐的87.4%,已探明的煤炭储量占tfc界煤炭储量的33.8%,可采储量居世界第j位;石油资源总量约为1
072.7
X
108
t,其中,陆卜石油资源约
X
为826.7X108t,剩余可采储量25.0×108t,占世界的
1.7%;天然气资源量初步估算为56
源量22
X
1012
m3,可采资
1012
ITl3,只相?I,于世界总储量的1%。
目前,煤炭在中国一次能源的生产和消费总鼍中
收稿El期:20lO一1l—14
第一作者简介:刘翠玲,1964年生,女,山西太原人,1985年毕业干太原工业大学煤化工专业,副研究员。
万方数据
2()10年第6期
矽争红;夏与芊铭
2010年12月
要来源。目前,中国S02和C02排放量分别居世界第一位和第二位,形成酸雨的面积已超过国土面积的30%。这不仅严重地威胁到中国的生态环境,也造成极大的经济损失。煤制天然气工艺以煤为原料气化合成CH4气体,C02排放量较低。
图12008年世界主要国家一次能源消费构成
(注:中国8%的可再生能源除核电外还包括水电、风电)
1.3
煤制天然气是弥补中国天然气供需缺口的重要途径之一
作为清洁、优质、高效的能源,天然气越来越引起人们的关注。中国天然气储最比较少,只相当于世界总储鼍的1%。尽管中同采取了加快勘探建设新的天然气田、从国外输入天然气或液化天然气等措施,但是,2009年中国许多地区出现的“气荒”足以说明中国天然气供需方面存在着严重的失衡问题。以山西省为例,中石油陕京管道系统对山西省指定供气量控制在
247x104
m3/d,太原市供给40×104m3/d,2009年11
月10日强降零后,太原市日需天然气由41x104m3/d猛增到67x104m3/d,整个太原市出现严重的“气荒”,就连山西省对外窗[j的五星级酒店迎泽宾馆也因缺少煤气无法日常炊事,客人无法吃饭,不得不向数百里外的晋城新奥燃气和中华煤气求救,以解燃眉之急。山西晋北地区有丰富的弱黏结煤,目前,价格仅为200元/t~300元/t,完会可以用这些资源优势来发展煤制气,缓解山两天然气的缺口。图2为1995年至2008年中国天然气产量和消费量,表l为2010年至2020年中国天然气供需预测。
1000
800
刍600
x
400
200
O
19952000200120022003200420052006200720傩
年份
图21995年至2008年中国天然气产量和消费量
2国内外煤制天然气项目进展情况
・
38・
万方数据
2.1
国外状况
a)20世纪70年代,世界出现的自工业化革命以来第一次石油供应危机引起了各国政府和企业家的广泛关注。当时,西德鲁奇公司和南非煤油、气公司在南非F—T煤制油工厂旁建了1套半工业化煤制合成天然气试验装置。同时,鲁奇公司和奥地利艾尔帕索天然气公司在奥地利维也纳石油化工厂建设了另1套半工业化的天然气试验装置。2套试验装置都进行了较长时间的运转,取得了町喜的试验成果;
表1
2010年至2020年中国天然气供需预测
单位为×108立方米/年
年份
20lO20152020需求1
100~1200
l700~2100
2200——2600
供给90014001500进口量
200——300
300——700
700~I100
b)1984年,美国大平原厂建成389x
104m3/d(相
当于产原油2×104桶/d)的煤制天然气工厂,利用北达可达州高水分褐煤,采用鲁奇纯氧f排灰压力气化,耐硫耐油变换,低温甲醇洗净化,2.4MPa高压下甲烷化。
所得合成天然气热值达37.14Ⅶ/m3,CH4浓度>95%。
该厂建成至今已正常运转20多年;
C)美国巨点能源公司目前正积极推进其开发的一步法煤制天然气技术的商业化进程,计划到2022年采用蓝气技术装置的总规模能力达到可产煤制天然气2832×104
m3/d。目前,正在美国马萨诸塞州建设l
套价值为3000×104美元的原料测试装置。2009年
第四季度开始建设第一套工业化装置,设计和施工正在进行中;
d)丹麦托普索公司1978年在美国建成7.2×
104
m3/d的煤制天然气厂,1981年由于油价降低使该
厂所产天然气无法与石油天然气竞争而无法维持生产,被迫关停。最近,托普索公司为美国某公司完成了1个420×104m3/d煤制天然气工厂的前期工作,预计2010年投入运行。
2.2
国内状况
20世纪80年代中国科学院大连化学物理研究所进行了常压水煤气甲烷化、加压耐硫甲烷化及低压耐硫甲烷化技术的研究开发,1990年与鞍山焦耐院及青浦化肥厂合作建成了3.5×104m3/d甲烷化示范工程;1992年西北化:L研究院、化四院及北京顺义合作建成
5×104
ITl3/d煤气甲烷化工程;石油和化学规划院在
2006年参与编制全国煤化工发展规划时。就已开始关
注煤制天然气项目;大唐克旗、大唐阜新以及汇能鄂尔多斯3个项目从一开始就被列入国家石化振兴规划。目前,国内发展煤制天然气的技术已经具备,时机已基本成熟,煤制天然气项目J下成为继煤制油之后的煤化
工领域投资热点。表2给出中国已规划投资的煤制天
2010年第6朗刘翠玲.等:中国发展煤制天然气的必要性与竞争优势2010年12月
然气项目。
表2
中国已规划投资的煤制天然气项目
主要
项目
生产能力
总投资额
投产
供气投资商选址×108m3/a
x
108元
时间
区域神化集团
内蒙古20200.0
2012
京、津、唐鄂尔多斯地区内蒙古40187.82012
北京及大唐国际锡林浩特管道沿线发电
辽宁阜新
40247.020lO
输气管道沿线大唐华银内蒙古电力鄂尔多斯18174.020ll
广东佛山
山东新汶矿业新疆伊犁
100500.02012
新疆和中国东部地区中海油与山西同煤山西大同40300.02012
山西、环渤海地区内蒙古汇内蒙古1693.820“)
输气管道能煤化工鄂尔多斯沿线内蒙古庆华集团新疆伊宁
800
55
输气管道(一期)
2011
沿线
累计
329
l782.6
3煤制天然气与煤制其他能源产品竞争优势
煤制天然气足以煤炭为原料,经由煤气化后生产的合成气,再经甲烷化处理,生产热值大于33.5ⅣU/rn3的代用天然气。与其他煤制能源产品比较,煤制天然气具有以下明显的竞争优势。
a)工艺流程简单,技术成熟町靠I21。甲烷化用于生产天然气技术,在化肥行业广泛用于脱除C02,在城市煤气行业用于提高热值;国外的美国大平原年产
15×108m3的工厂自20世纪80年代初一直商业化运
行。由此可以看出,甲烷化技术成熟可靠,工艺技术风险很小。而其他煤制能源产品如煤制油和煤制烯烃项目目前均尚未完全完成工业化验证,存在一定的技术
风险;
b)投资省、消耗低。甲烷合成可以在煤气化压力下等压合成,与生产甲醇、二甲醚相比,省去了合成气压缩,甲醇合成、精馏以及产品的储存,装车设施等流程;与煤制合成油相比,省去的工艺装置更多。煤制天然气的工艺装置较少,单位热值投资成本低,能够有效
减少建设投资,降低投资风险;
c)废水废物相对较少,产乍的废物也不含有害物,易于处理利用。由于煤制天然气工艺相对简单,与其他新兴煤化工产业相比,过程产生的废水废物相对较少,不需处理就可供锅炉给水或循环水补充水L3o;
d)CO和H,合成CH。率高、选择性好,废热能够循环利用,如,煤制天然气副产的过热蒸汽可以用于本装置透平循环机和空分空压机;
万方数据
e)能量效率最高,单位热值水耗最低。目前,国内
煤炭转化为能源产品的方式有发电、煤制油、煤制甲醇
和二甲醚、煤制天然气等,不同煤制能源产品的能源效率分别为45%,34.8%,41.8%,37.9%和52%,由此看出,煤制天然气的能源效率最高,是最有效的煤炭利用方式;从单位热值水耗来看,煤制天然气最低为
0.16
t/GJ,煤制油、煤制甲醇和二甲醚则分别为
0.38t/GJ,0.78t/GJ,0.77t/GJ。这对于富煤缺水的
中西部地区发展煤化工产业具有十分蕈要的意义【41:
f)煤制天然气是最清洁的低碳高效民用燃气和工业燃料,也是机动车汽油的最件替代品,具有热值高、环保性能好和廉价等特点。煤制天然气产品市场巨大,如在偏远山区或富煤区实现坑口转化后,用管道输送到消费市场,大大降低运输成本,缓解交通运输压
力。
4煤制天然气行业面临的主要问题
a)煤制天然气生产工艺技术成熟,但仍存在一定技术风险。煤气化、CO变换和净化等煤化工常规技术已有较广泛的应用和发展,如,碎煤加压气化、空分、耐硫变换、脱硫脱碳、锅炉和汽机等技术,甲烷化反应器及催化剂在传统应用中也取得r一定的经验。但煤制天然气工艺装置在国外只有美国大平原一家公司在运行,罔内目前只有未经工业化放大的小型甲烷化工艺装置,还没有一套大型I:业化运行的生产装置。因此,大规模工程化开发中需要有大量技术配套方面的研究,需要经过科学的调研分析和正确的项目规划,选择合适的技术路线;
b)面临一定程度的环保压力。中国煤炭资源分布不均,大部分位于相对偏远的西部地区。目前,中国拟建的煤制天然气项目大多位于内蒙占和新疆等生态环境脆弱地区。专家测算,虽然煤制天然气耗水较少,但
每生产l000m3煤制天然气仍需耗水6t~7t,这在一定程度上会增加环境承载力;
c)输送管网建设及终端用户开发足煤制天然气项目面临的难题。煤制天然气属新必产业,生产出来的合成天然气如何输送垒目标地区是产、Ip发展面临的瓶
颈。从各种运输方式的经济性考虑,密闭的管道无疑
是煤制天然气运输的首选,但管道建设的庞大投资也
是不得不考虑的风险因素。同时,一定要有巨大而稳
定的市场来保汪煤制天然气产品供给的终端用户;
d)煤炭价格和天然气价格的变动使煤制天然气项目面l临潜在风险。煤炭和合成天然气的价格足影响煤制天然气项目经济性的重要因素,一旦未来煤炭和天然气价格出现较大波动,都会影响煤制天然气产品的
盈亏平衡。
・
39
・
2【)10年第6期
矽多钰i夏占芋钍
2010年12月
5对中国发展煤制天然气的建议
a)科学合理规划,有序发展。尽管煤制天然气与煤制油、煤制烯烃等其他新型煤化工产业相比具有一定竞争优势,也能在踊定程度卜缓解天然气供需矛盾,但在考虑到国内煤炭资源分布情况和煤化工投资高、耗水量大等冈素,煤制天然气的规划和布局要以水资源和牛态环境承载力为基础,合理确定产业规模,避免
旨目发展;
C)实现煤制天然气和其他多种煤化工产品的联产。在煤制天然气的同时实现和其他以煤为原料,经过煤气化生产的合成氨、甲醇、二甲醚等多种煤化工产品的联产以及利用煤制天然气甲烷化装置副产大量的高压蒸汽发电,实现多种煤基产品的优势互补,提高煤加工综合效益和煤制天然气项目的整体抗风险能力。
注:本文写作中,参阅了于2009年鄂尔多斯市举办的中国煤制天然气/煤层气(国际)高峰论坛中的会议资料有:刘延伟的《煤制天然气产业发展及布局初探》,姚飞的《中国发展煤制天然
气/煤层气战略意叉及相关政策解读》。陈家仁的《煤制天然气竞争力分析及时相关产业影响》。参考文献:
b)统一协调,有效利用现有天然气管网,突破煤制天然气输送和终端用户开发的瓶颈。目前,中国已相继建成r陕京一线、陕京二线、西气东输一线和西气东输二线等天然气管道,初步形成了覆盖全国的天然气主干网;正规划建设陕京三线、榆济线、西气东输=三线工程。煤制天然气如能通过管道就近输入现有天然气
管网,就能解决天然气输送问题,也可以开发更多的终
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端用户。目前,中国的天然气管网主要集中在中石油和中石化手中,而煤制天然气项目建设单位隶属于不同的行业,这就需要在国家层面上统一协调、疏通,合理有序,公平竞争,才能促进中国煤制天然气事业健康
发展;
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(责任校对:耿建华)
(上接第23页)
[10]
龙永图.《经济全球化丛书》总序言[M].//刘力,章
注:撰写本文时还参考了,俄罗斯学者A.H.qyMaKOS2005年在中国人民大学“中国人文社科论坛”所作的《全球化以及全球化的实质及其社会后果》的报告及2009年在北京师范大学
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(责任校对:耿建华)
・40・
万方数据
中国发展煤制天然气的必要性与竞争优势
作者:作者单位:
刘翠玲, 张小东, 胡益之, LIU Cui-ling, ZHANG Xiao-dong, HU Yi-zhi
刘翠玲,LIU Cui-ling(山西省科技情报研究所,山西,太原,030001), 张小东,ZHANG Xiao-dong(太原市科技应用推广站,山西,太原,030002), 胡益之,HU Yi-zhi(山西汾渭能源咨询公司,山西,太原,030006)山西能源与节能
SHANXI ENERGY AND CONSERVATION2010(6)
刊名:英文刊名:年,卷(期):
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本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_sxnyyjn201006014.aspx