现代煤制天然气工厂概念设计研究

李安学，男，1964年生，工学学士、工商管理硕士、管理学博士，化学工程与技术学科博士后经历，教授级高级工程师，享受2006年国务院颁发的政府特殊津贴。1984年大学毕业后，长期在中国石油、中国化工、中国大唐等所属石油化工和煤化工企业或专业公司从事生产技术与经营管理工作。2009年3月调入大唐能源化工有限责任公司任副总经理，后兼任中国大唐集团公司煤炭产业部副主任，期间曾兼任辽宁大唐国际阜新煤制天然气有限责任公司总经理。参与了中国化工油气总公司的组建与整合、中国大唐集团所属煤制天然气、煤制烯烃等部分项目的工程建设和生产经营管理等工作，是国家863项目“煤气化甲烷化关键技术开发与煤制天然气示范工程”课题三“合成气完全甲烷化成套工艺技术开发”组长、国家能源局煤炭清洁利用咨询专家（2014-2016）、国家能源局煤炭深加工技术装备自主化专家组成员。

第1章 总论

1.1 煤制天然气基本概念

1.1.1 直接煤制天然气技术

1.1.2 间接煤制天然气技术

1.2 我国发展煤制天然气的背景

1.2.1 煤炭在我国未来一次能源结构中仍将占主导地位

1.2.2 煤炭资源利用与传输的新途径

1.2.3 煤炭利用新方式

1.2.4 天然气供应新渠道

1.2.5 煤制天然气是我国优化能源结构和保障能源安全的重要手段

1.2.6 世界上已有运行多年的煤制天然气工厂

1.3 我国发展煤制天然气的可行性

1.3.1 技术可行性

1.3.2 经济可行性

1.3.3 市场空间方面

1.3.4 其他方面

1.4 我国煤制天然气项目现状

1.4.1 煤制天然气备受关注

1.4.2 存在的问题

1.5 煤制天然气工厂概念设计研究的意义

1.6 研究内容与技术路线

1.7 本章小结

参考文献

第2章 煤制天然气工厂设计的需求分析

2.1 功能性需求

2.2 运营性需求

2.2.1 原料煤资源特点

2.2.2 煤制天然气装置特点

2.2.3 煤制天然气产品特点

2.2.4 我国天然气供应和消费特点

2.2.5 城镇用户的天然气消费特点及用气规律

2.2.6 面向城镇用户的煤制天然气供应链上存在的矛盾分析

2.3 约束性需求

2.3.1 强制性约束

2.3.2 非强制性约束

2.4 本章小结

参考文献

第3章 煤制天然气技术现状及发展趋势

3.1 空分技术现状及发展趋势

3.1.1 空分原理及工艺流程

3.1.2 国内外空分技术发展情况

3.1.3 主要空分技术比较

3.1.4 国内外主要空分制造商发展现状

3.1.5 空分配套机组发展现状

3.2 气化技术现状及发展趋势

3.2.1 煤气化基本原理

3.2.2 煤气化技术分类

3.2.3 主要气化工艺技术

3.2.4 气化技术对比

3.2.5 褐煤气化进展

3.2.6 气化技术选择

3.3 变换技术现状及发展趋势

3.3.1 变换催化剂

3.3.2 变换工艺流程与设备

3.3.3 变换技术选择

3.4 净化技术现状及发展趋势

3.4.1 脱硫技术

3.4.2 脱碳技术

3.4.3 聚乙二醇二甲醚法

3.4.4 低温甲醇洗法

3.4.5 净化技术选择

3.5 甲烷化技术现状及发展趋势

3.5.1 技术原理与发展历程

3.5.2 甲烷化催化剂

3.5.3 甲烷化工艺技术

3.6 天然气脱水技术现状及发展趋势

3.6.1 脱水技术简介

3.6.2 三甘醇脱水工艺流程与设备

3.6.3 三甘醇脱水工艺的国内工程应用

3.7 固体废物处理技术

3.7.1 固体废物的来源

3.7.2 治理措施

3.8 废气处理技术

3.8.1 废气的来源

3.8.2 废气的组分及治理措施

3.8.3 硫黄回收技术

3.8.4 烟气脱硝技术

3.8.5 二氧化碳的捕集与利用

3.9 废水处理技术

3.9.1 煤气化废水的来源

3.9.2 典型煤气化技术的废水特点

3.9.3 碎煤加压气化废水处理方法

3.9.4 煤气化废水“零排放”现状及趋势

3.10 深加工技术现状及发展趋势

3.10.1 煤焦油深加工

3.10.2 典型煤化工项目副产品利用情况

3.11信息技术在煤化工中的应用现状及发展趋势

3.11.1 信息化建设内容

3.11.2 信息化实施范围

3.11.3 煤化工企业信息化发展趋势

3.12 本章小结

参考文献

第4章 煤制天然气工厂设计的技术策略

4.1 煤源稳定策略

4.1.1 实施煤源稳定策略的重要原因

4.1.2 煤制天然气工厂应注重采用低阶煤

4.2 单元技术成熟策略

4.2.1 采用成熟可靠技术有利于工厂稳定可靠运行

4.2.2 采用成熟技术并不排斥新技术

4.3 装置多系列设置策略

4.3.1 采用装置多系列设置策略的原因

4.3.2 装置系列数的确定原则

4.4 装备本地化策略

4.4.1 装备本地化的含义

4.4.2 实施装备本地化策略的意义

4.4.3 装备本地化应进行评估

4.5 储气调峰策略

4.5.1 天然气供应调峰的种类

4.5.2 煤制天然气工厂的调峰方式

4.5.3 天然气供应调峰方式

4.5.4 煤制天然气工厂宜采取储气调峰方式

4.5.5 储气调峰策略应注意的问题

4.6 综合先进策略

4.6.1 综合先进策略的含义

4.6.2 采用有效的环境保护控制技术

4.6.3 实施清洁化生产工艺

4.6.4 采用新工艺、新技术、新设备、新材料支撑

4.6.5 采用先进控制与信息技术

4.6.6 采用先进的给排水技术

4.6.7 采用先进的安全与消防技术

4.6.8 先进的工厂总图布置以及装置联合布置技术

4.7 工厂基地化策略

4.8 本章小结

参考文献

第5章 煤制天然气工厂构想

5.1 基于碎煤加压气化技术的煤制天然气工厂方案

5.1.1 加工原料及总工艺流程

5.1.2 主要装置组成及规模

5.1.3 节能措施

5.1.4 支撑本构想的关键技术

5.1.5 储气调峰配套设施

5.1.6 自动控制及信息化

5.1.7 工厂总平面布置

5.1.8 给排水

5.1.9 供电

5.1.1 0环境保护

5.1.1 1园区建设

5.2 基于碎煤加压气化与水煤浆气化联合技术的煤制天然气工厂设计方案

5.2.1 加工原料及规模

5.2.2 总工艺流程

5.2.3 主要装置组成及规模

5.2.4 废水防治措施

5.3 基于碎煤加压气化与粉煤气化联合技术的煤制天然气工厂设计方案

5.3.1 加工原料及规模

5.3.2 总工艺流程

5.3.3 主要装置组成及规模

5.3.4 废水防治措施

5.4 单一气化与联合气化设计方案比较

5.4.1 碎煤加压气化优点、缺点

5.4.2 水煤浆气化优点、缺点

5.4.3 粉煤气化优点、缺点

5.4.4 基于碎煤加压气化和水煤浆气化联合技术的煤制天然气工厂方案优点

5.4.5 基于碎煤加压气化和粉煤气化联合技术的煤制天然气工厂方案优点

5.4.6 能源转化效率和装置综合能耗

5.5 本章小结

第6章 结论与建议2100433B

《现代煤制天然气工厂概念设计研究》作者结合煤制天然气项目的建设经验，以工程哲学理论为指导，以煤制天然气工厂概念设计为研究对象，从设计需求入手，在功能性需求、运营性需求和约束性需求等方面，对建厂目的、原料、产品、用户及煤化工装置特点和工厂约束进行了系统的研究与分析，提出了从煤矿到城镇用户这一供应链上存在的主要矛盾；从解决主要矛盾为出发点，以满足设计需求为目标，提出了煤制天然气工厂设计应重点考虑的技术策略；以研究结论为指导，构想了三个面向城镇用户的煤制天然气工厂的设计方案。

国内天然气供应的缺口正逐年加大，对外依存度更是呈快速上升之势。据有关数据预测，到2020年，国内天然气缺口将达1000亿立方米。2011年，中国天然气对外依存度达24%，与2010年12.8%相比，呈成倍增长态势。这从客观上加大了对非常规天然气及替代天然气的需求力度，除页岩气开发力度加大外，煤制天然气在国家“十二五”战略中也被寄予厚望。

随着煤化工行业的蓬勃发展和天然气消费量的大幅增长，我国煤制天然气行业取得长足发展，成为煤化工领域投资热点。2009年，神华集团鄂尔多斯20亿立方米煤制天然气项目奠基，大唐集团阜新40亿立方米/年煤制天然气项目通过了环保部的环评，中海油同煤集团40亿立方米/年煤制天然气项目正式启动，新汶矿业集团伊犁能源年产100亿立方米煤制天然气一期工程开工建设……。一批投资数额巨大的煤制气项目陆续上马，我国煤制天然气领域呈现良好发展势头。

部分数据显示，未来我国天然气供不应求的局面将长期存在，而利用煤炭资源相对丰富的特点发展煤制天然气产业，是缓解我国天然气供求矛盾的一条有效途径。煤制天然气产品的低热值比国家天然气质量标准规定的低热值高17.8%-21%，能量转化效率高。当石油价格为80美元/bbl时，与进口天然气、进口LNG相比，煤制天然气价格具有竞争力。

目前国内天然气进口量逐年增加，对外依存度亦与日俱增。全世界天下太平远未到来，如在天然气进口上依然步进口石油之后尘，则会出现能源安全与否取决于国外的局面。出于国家能源安全之考虑，发展煤制天然气实乃上策。发展煤制天然气既可作无天然气供应地区的气源，又可作管道天然气的补充气源和调峰气源。一旦多联产开发成功和应用，则必将最终实现跨行业、多联产、集团化发展之路。自煤制油的新项目叫停后，煤制天然气项目相继出现。随着我国工业化、城镇化的发展和人民生活水平的提高，对清洁能源天然气的需求量迅速增长，天然气供不应求的局面将会长期存在。利用我国煤炭资源相对丰富的特点发展煤制天然气产业，补充天然气资源的不足，是一条缓解我国天然气供求矛盾的有效途径，有着广阔的发展前景。

用褐煤等低品质煤种制取甲烷（即天然气主要成分）气体，可利用现有和未来建设的天然气管网进行输送。煤制天然气的耗水量在煤化工行业中是相对较少，而转化效率又相对较高，因此，与耗水量较大的煤制油相比具有明显的优势。此外，煤制天然气过程中利用的水中不存在污染物质，对环境的影响也较小。

概念

是指煤经过气化产生合成气，再经过甲烷化处理，生产代用天然气（SNG）。煤制天然气的能源转化效率较高，技术已基本成熟，是生产石油替代产品的有效途径。

中国资源禀赋的特点是“富煤、缺油、少气”。环渤海、长三角、珠三角三大经济带对天然气需求巨大，而内蒙古、新疆等地煤炭资源丰富，但运输成本高昂。因此，将富煤地区的煤炭资源就地转化成天然气，成为继煤炭发电、煤制油、煤制烯烃之后的又一重要战略选择。

市场分析

2010年以来，随着进口天然气价格上涨，我国煤制天然气市场持续升温。2010年3月，总投资257亿元的辽宁大唐国际阜新煤制天然气项目在阜新市开工建设。2010年5月，新疆庆华煤化工循环经济工业园煤制天然气一期工程建设全面展开，工程建成后，天然气将输送到西气东输二线。

随着国内可持续发展战略和加强环保等政策的实施，国内天然气消费市场将持续扩张。多渠道、多方式地扩大天然气资源供给，完善气源结构成为优化我国能源结构的重要战略。煤制天然气作为液化石油气和天然气的替代和补充，既实现了清洁能源生产的新途径，优化了煤炭深加工产业结构，又具有能源利用率高的特点，符合国内外煤炭加工利用的发展方向，对于缓解国内天然气短缺，保障我国能源安全具有重要意义。

从长远来看，我国天然气价格逐步上涨的趋势是确定的，因此，煤制天然气的成本优势将逐渐显现，经济效益十分可观，中国煤制天然气行业发展前景广阔。

煤制天然气是另一个煤化工的重要方向，天然气的国内需求量大，技术也较为成熟。但是受制于天然气管道、国内的天然气价格较低等因素的制约，天然气的建设相对较为规范。我国的煤制天然气的发展定位为天然气战略的补充，不会作为天然气的主要供应来源。据产业信息网整理：目前国内在建的煤制天然气项目4个，批准总规模为151亿立方米/年，在建规模为43亿立方米/年，预计2013～2014年期间投产。

新型煤气化技术及煤制天然气发展研讨会在河北廊坊举行

在中国石油和化学工业联合会煤化工专业委员会主办的新型煤气化技术及煤制天然气发展研讨会上，来自煤化工领域的专家学者和企业代表们给出了自己的观点。

4月18日，新一届国家能源委员会首次会议在京召开

一直以来重视煤炭洁净化利用技术研发、储备的新奥集团，凭借其四大煤制天然气技术，实现了煤炭洁净化利用的同时，凸出了成本低、转化率高等核心竞争优势，深受业内关注。