煤制天然气的技术开发，煤制天然气的原理，煤制天然气发展现状

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    中国煤制天然气产业面临着诸多问题，其中包括环保、资源、资本等方面的问题。在产业发展和项目示范中，技术和装备的国产化至关重要。关键技术实现国产化替代，项目投资大幅下降的情况，在煤制油、煤制烯烃等领域已经多次发生。而此次即将给煤制天然气产业带来“颠覆式”革新的，是一种新型甲烷化技术，即无循环甲烷化工艺技术（NRMT，Non- ）。近日，中国石油和化工工业联合会组织了科技成果鉴定会，专家组长是金涌院士。在这个鉴定会上，鉴定委员会一致认为，北京华福、大连瑞克、中煤龙化联合开发的无循环甲烷化新技术，其综合水平达到了国际先进水平，实现了甲烷化技术的国产化，打破了国外技术的垄断。

    颠覆在哪里

    目前，工业化的甲烷化技术主要包含英国的 Davy 甲烷化技术、丹麦的甲烷化技术以及德国的 Lurgi 甲烷化技术。到目前这个时间点，我国已经开车以及正在建设的 4 套煤制天然气项目，全部都引进了国外的甲烷化技术。煤制天然气甲烷化技术实现国产化这件事已经非常紧迫了。

    现有甲烷化技术都配备有循环气压缩机，利用循环气的稀释作用来对反应温度进行调节，这些技术都属于循环甲烷化工艺，因此会导致能耗较高。与这类技术相比较而言，“无循环甲烷化工艺技术”具备以下这些优点：

    投资有所降低，并且取消了循环气压缩机系统，这样一来节省了 20%以上的投资。

    系统具有节能的特点。与循环工艺相比较，其运行能耗降低了 25%以上。以 13 亿方煤制天然气装置作为例子，仅仅是节能这一项，就能够节省 2000 万—3000 万元的成本，并且是每年都能节省这么多。

    通过氢碳比分级调节后，系统飞温的可能性得以降低，其运行变得更加平稳，也更加安全，并且产品质量趋向于稳定。

    无循环甲烷化工艺（NRMT）是由北京华福、大连瑞克、中煤龙化合作开发的。这一工艺在相关方面取得了重大突破，这意味着甲烷化技术的国产化时代已经到来。现有的甲烷化技术一直被国外垄断的局面被真正打破了。这是国产化甲烷化技术的一次极为出色的“逆袭”，并且将会助力中国煤制天然气的竞争力进一步提升，还能大幅增强中国煤制天然气产业的信心。

    奇迹的发生看似偶然，其实其中往往蕴含必然。

    同时，华福工程拥有数十个煤制甲醇、煤制合成氨、尿素以及煤炭清洁利用项目。

    华福承接的翔鹭石化 450 万吨/年 PTA 项目规模最大，是世界上规模最大的 PTA 生产线，已被列入国家石化产业调整振兴规划；华福设计的山东京博 25 万吨/年混合烷烃脱氢项目，以液化气作原料，能生产环氧基丙烯和化工级 MTBE，此项目是国内第一套，在世界上是第二套 C3/C4 混合烷烃脱氢项目；华福运用“浮式 LNG 液化再气化储存装置管线柔性设计技术”设计的美国 BV 公司船用 LNG 装置，是世界首套浮式 LNG 装置。

    技术研发历程回顾

    无循环甲烷化工艺技术经过了完美的“孕育”，这背后是北京华福研发团队数年的潜心投入，包含着他们的智慧和心血。以下是无循环甲烷化工艺技术研发历程的首次公开全“剧透”。

    一、研发里程碑节点

    2008年9月，项目研发启动；

    2009年10月，催化剂研制成功；

    2011年10月，实验室小试完成；

    2013年4月，中试设计启动；

    2014年2月，中试装置建成；

    2014年10月，中试装置单级反应器投料；

    2014年11月，中试装置全流程打通；

    2015年10月，中试装置连续稳定运行并标定；

    二、投料试车

    中煤龙化公司厂区内建设了中试装置，该装置依托厂区的原料气，同时也依托中压蒸汽、中压氮气、低压氮气、锅炉水、循环水以及电力等公用设施。

    原料气有两种。一种是甲醇系统的膜分离所得到的富 H2 气。另一种是经过低温甲醇洗之后的净化煤气，也就是富 CO 气。

    装置的规模情况如下：原料气每小时的处理量；产品合成天然气每小时的产量为 333 立方米。

    产品的规格为：甲烷（CH4）的含量大于 95%；氢气（H2）的含量小于 2%；一氧化碳（CO）的含量小于 0.01%；二氧化碳（CO2）的含量小于 1%。

    1、全流程打通（第一阶段工作）

    2014 年 11 月 14 日到 12 月 5 日这段时间，在温度达到-30℃的环境下，进行了系统的第一次投料试运行。试运行期间，各方面的运行数据表现正常且平稳，整个流程都被打通了，并且连续运行了 20 天。

    2、装置测试（第二阶段工作）

    2015 年 6 月 13 日开始进行装置测试，一直持续到 2015 年 6 月 16 日，测试时间为 3 天，期间产出了合格产品。

    3、连续稳定运行（第三阶段工作）

    2015 年 10 月 17 日 1 点 40 分，装置进行了第二次投料。8 点 30 分，产品气中的甲烷含量达到了 95.89%。中午 11 点 30 分左右，产品气回收系统被开启。至此，产品气正式并入了产品天然气管网。

    10月17日至10月23日（现场标定前）部分运行数据：

    从图中能够得知，装置开始投料之后，在很短的时间内就达成了稳定运行的状态，并且产品质量符合标准。在装置运行的整个期间，其运行情况是整体稳定的，原料气的供气量大约为³/h。产品中 CH4 的含量是在 95%之上的，最高的时候达到了 97.79%，同时 CO 未被检测到，CO2 的含量也……

    三、装置72小时标定

    2015 年 10 月 17 日，北京华福向中国石油和化学工业联合会提出了“无循环甲烷化技术”的鉴定申请。该联合会组织了专家，对“无循环甲烷化中试装置”进行了 72 小时的现场标定。

    标定结论：

    四、高负荷运行试验

    2015 年 10 月 29 日 9 时到 17 时，中试装置进行了高负荷测试试验。在测试过程中，装置的最大原料气处理量为每小时多少多少，最大产品量为每小时多少多少，并且产品质量达标，其中 CH4 含量达到 97.78%。

    技术鉴定：国际先进！

    2015 年 11 月 23 日，中国石油和化工工业联合会于北京组织开展了“无循环甲烷化工艺技术”的鉴定会。鉴定委员会由金涌院士担任专家组长，其听取了技术研究报告、考核报告、查新报告等方面的汇报，对相关技术资料进行了审查，经过质询与讨论之后，得出了最终的鉴定意见。

    1、提供的鉴定资料规范齐全，数据详实，符合鉴定要求。

    2、开发了新型无循环甲烷化工艺技术，主要创新点如下：

    开发的新型无循环甲烷化工艺，采用了五级串联的反应器。富 H2 气和富 CO 气按比例逐级加入到反应器中，以此来控制 H/C 比以及反应温度。并且在这个过程中无需循环气压缩机，所以节能效果十分明显。

    开发的 H/C 比分级调节技术，利用富 CO 气逐步加入来对反应器入口的 H/C 比进行控制，接着以此来控制反应温度，其控制手段既灵活又方便。

    （3）使用了自主研发的新型耐高温型甲烷催化剂。

    开发的新型甲烷化反应器采用轴向结构，并且内置了废热锅炉，还利用了气冷壁技术，这样就无需使用耐火砖，从而简化了结构。

    在中煤能源黑龙江煤化工有限公司，采用该技术建成了工业侧线中试装置，其进气量为每小时特定的量。经过现场 72 小时的连续运行考核，结果显示：CO 的转化率大于 99.9%，CH4 的含量大于 95%，H2 的含量也达到了相应的标准。

    鉴定委员会认为，该成果开发出了新型的无循环甲烷化工艺，其创新性较为突出，拥有自主知识产权。此工艺节省了循环压缩机的投资以及相应的能耗，节能方面的效果较为明显，具备较好的应用前景，综合技术水平达到了国际先进的水平。

    产业化前景可期

    华福团队对一致看好的鉴定意见深感欣慰，并且这也为未来的产业化应用确立了高起点。当下正在实施的工程示范项目包含：

    中国煤制天然气产业正稳步推进。面对诸多问题和质疑，产业要健康发展，就必须切实解决问题并加大创新突破。随着国产化工艺技术不断涌现，如无循环甲烷化工艺技术等创新突破，我们有理由相信中国煤制天然气产业发展会不断优化提升，其未来产业前景值得期待。