我国天然气制备技术现状

摘要：随着社会和经济的发展，天然气的需求迅速增长，已成为全球市场消费量增长较快的能源之一。为了缓解天然气市场需求，研发先进的天然气制备技术增加天然气产量已刻不容缓。本文重点分析了我国天然气制备技术现状。

天然气制备技术是指利用相应设备，根据甲烷化反应原理，将含碳资源转化为甲烷的技术。当前，我国现有的天然气合成技术主要包括煤制天然气、生物质合成天然气、CO₂甲烷化合成天然气以及焦炉煤气制取天然气。

天然气制备技术种类较多，以焦炉煤气制天然气为主

我国煤炭资源丰富，充分利用煤炭资源制取天然气，可以有效缓解我国天然气的供需矛盾。煤制天然气是以煤为原料，利用气化、净化及甲烷化技术制取天然气。主要分为“一步法”及“两步法”。

“一步法”制取天然气指以煤为原料一步气化生成甲烷，主要分为加氢气化工艺和催化蒸汽转化工艺。加氢气化工艺指以氢气为气化剂，煤炭颗粒在一个具有内部热流循环的流化床反应器中与氢气反应生成甲烷。主要反应为：

C+2H₂→CH₄

催化蒸汽转化技术指水蒸气与带有催化剂的煤炭颗粒在同一反应器中同时发生气化及甲烷化反应，通过吸附的方法将甲烷从混合气中分离。主要化学反应为：

C+H₂O→CO+H₂

CO+3H₂→CH₄+H₂O

“一步法”制取天然气技术不需要氧气参加反应，有效的节省了空分费用，并且气化反应及甲烷化反应温度要求不高，能够有效节省成本。但是加氢气化工艺中氢的引入较为复杂，催化蒸汽转化技术中催化剂的回收存在困难。

“两步法”制取天然气指与气化剂在气化炉中接触，生成的合成气依次经过净化和甲烷化，最终生成甲烷的技术。主要反应分为两步：

①C+O₂→CO₂  C+H₂O→CO+H₂  C+CO₂→2CO       

②CO+3H₂→CH₄+H₂O

该技术是煤制天然气的核心技术，为保证催化剂的高活性以及原料的高转化率，该反应一般在低温高压下进行。目前该工艺已有商业化应用，但是该工艺的热效率较低。

生物质合成天然气技术指利用生物质气化得到的富氢气体制取合成天然气。该工艺能够大量降低生物质因燃烧而排放的CO₂,减轻温室效应，而且能够提高能源品质，属于新型的合成天然气技术。由于生物质气化后产物中含有杂质（如液态焦油、有机硫等），需对产物进行净化。我国当前杂质处理技术尚不完善，所以该项技术在我国尚未工业化。

CO₂甲烷化合成天然气指通过外界加氢等技术，将CO₂转化为甲烷，并且甲烷可以作为燃料使用，产生的CO₂可以重复甲烷化，构成循环系统。主要反应为：

CO₂+4H₂→CH₄+2H₂O

该项技术能够减少环境污染及有效利用碳资源，CO₂甲烷化合成天然气途径多种多样，但是国内外学者对该项技术仍处于研究阶段。

焦炉煤气制取天然气指将焦炉气经过净化脱除硫化物、苯等杂质，再经压缩换热，最后在催化剂的作用下进行甲烷化反应，生成以甲烷为主的混合气再经过变压吸附，最后得到合成天然气。主要反应有：

CO+3H₂→CH₄+H₂O

CO₂+4H₂→CH₄+2H₂O

该技术制取天然气不仅可以减少废气排放对环境的污染，又提高了能源的利用率，既减少了环保压力，又增加了经济效益。数据显示，截止2016年，焦炉煤气制天然气的产能已占天然气总产能的13%。该技术已经成为合成天然气的主要方法。

焦炉煤气制取天然气已有技术突破，并初具市场规模

我国是重要的焦炭产地，数据显示，2017年我国焦炭产量43142.6万吨，居世界首位。每生产一吨焦炭，可产生约430立方米的焦炉煤气，一半用于回炉助燃，另一半可以用来生产天然气。

我国焦炉煤气制取天然气的技术主要有两种，一是西南化工研究设计院有限公司“焦炉煤气甲烷化制备天然气”的甲烷化工艺，二是中国科学院大连化学物理研究所“焦炉煤气联合净化分离制备天然气”为代表的工艺。结合这两项技术，截止2016年，我国通过焦炉煤气制天然气的工厂已经突破30家，其中，项目分布情况如下。

图1 我国焦炉气制取天然气项目分布情况

（数据来源：国际能源网）

表1 目前国内焦炉气制取天然气部分项目

（数据来源：中国产业信息网）

结语

我国天然气制备技术种类较多，一般分为煤制天然气、生物质合成天然气、CO₂甲烷化合成天然气以及焦炉煤气制取天然气。各种技术优缺点并存，结合我国焦炭产量高、已有天然气制备技术，焦炉煤气制取天然气在我国企业生产中得到了广泛应用。