我国发展煤制天然气.doc

我国发展煤制天然气误区分析摘要??从煤炭中的C转化成CH4，需要进行煤气化、脱硫、CO变换、脱除CO2，然后甲烷化反应。在这一生产过程中，碳的利用率和热能转换率均约为1/3，制取1000m3的CH4要放出约3.34t的二氧化碳。按照我国拟建和在建的煤制天然气规模360×108m3/a、碳的利用率1/3计，将浪费煤炭5664×104t标煤，排放二氧化碳1.2×108t，总投资需2100亿元。据测算，煤制天然气生产成本约为3元/m3CH4，与管输进口天然气相比，价格上没有竞争性，并带来环境污染。由于煤制天然气投资费用高（1000m3/a天然气的投资费用约合5833元）、碳与热能利用率低、污染源处理费用高，所以煤制天然气不应该是煤清洁利用的发展方向。我国常规天然气储量和产量迅速增加，预计到2020年天然气产量将达到2000×108m3（约合2×108t油当量），而有关机构预测我国2020年天然气消费量为1.46×108t油当量，国产常规天然气产量就可满足国内燃料消费需求，为此我国完全没有必要大规模建煤制天然气项目。 关键词??煤制天然气，碳利用率，热能转换率，投资，天然气产量 1??前言 煤炭、石油、天然气由于其碳、氢元素组成的差异而形成固、液、气三态。煤炭主要由碳（C）原子组成，而天然气（CH4）由1个碳原子和4个氢（H）原子组成1个CH4。从煤炭中的C转化成CH4，需要进行煤气化、脱硫、CO变换、脱除CO2，然后甲烷化（CO+3H2→CH4+H2O）。这一生产过程中碳的利用率和热能转换率均约为1/3，制得1000m3的CH4要排放约3.34t的CO2。由于煤制天然气投资大、碳与热能利用率低、污染源处理费用高，所以煤制天然气不应该是煤清洁利用的发展方向。我国潜在天然气、页岩气、煤层气、可燃冰资源丰富，还可大力发展可再生沼气，这些应是我国清洁燃料的主要来源。开发煤制天然气应吸取煤制油的教训，应从工艺技术、碳和热能利用率、CO2排放对环境的危害、投资和成本等分析论证，谨慎决策。笔者认为煤制合成气发电，电解水储电，联产甲醇、氢、氨、固碳（干冰作化肥）应作为我国煤炭清洁转化利用的发展方向。 2??煤制天然气工艺 2.1??工艺流程 煤制天然气工艺流程如图1所示。 2.2??化学反应方程式 煤炭纯氧气化： 2(CH)+O2=2CO+H2（1） （反应后H2/CO=0.5，物质的量比，下同） CO变换： CO+H2O=CO2+H2（2） CO甲烷化： CO+3H2=CH4+H2O??（反应前H2/CO=3） （3） CO2甲烷化： CO2+4H2=CH4+2H2O??（反应前H2/CO2=4）（4） 合成气合成天然气总反应式： 2CO+H2=0.74CO+1.26CO+H2 =0.74CO+1.26(CO+H2O=CO2+H2)+H2 =0.74CO+1.26CO2+2.26H2（5） 脱硫后其中： 0.74CO+2.26H2=0.74CH4+0.74H2O（6） （反应前H2/CO=3.05） 由式（5）、（6）可得：每生产1mol CH4产生1.7mol CO2，计算式为：1/0.74×1.26=1.7（molCO2）。因此生产1000m3CH4理论上至少要排放的CO2（不含CO2甲烷化）的质量为：1.7×（44/22.4）=3.34（tCO2）。 22?分钟前 上传 下载附件 (5.22 KB) 图1??煤制天然气工艺流程图 2.3??煤制天然气转化过程及其效率分析 在各种化石能源中，天然气作为最理想的清洁燃料，广泛用于民用、调峰发电以及天然气化工。特别是用于民用，是最清洁的燃料，对于保护城市环境意义深远。 化石能源煤炭、石油、天然气由于其碳、氢元素组成差异而形成固、液、气三态。煤炭主要由碳（C）原子组成，而天然气（CH4）由1个碳原子和4个氢原子组成。从煤炭中的C转化成CH4，需要进行煤炭纯氧气化制得H2/CO=0.43的合成气，而合成天然气时则要求H2/CO=3，所以就需要用2/3的CO同水蒸气变换成H2和CO2，然后将CO2脱除而获得符合H2/CO=3的组分，再经净化、精制后使合成气的毒物含量低于0.1μg/g，在镍催化剂要求的温度压力下进行甲烷化反应： CO+3H2=CH4+H2O+206kJ??（7） CO2+4H2=CH4+2H2O+163kJ （8） 天然气（CH4）组成中H2/C=2，而从合成气（CO+H2）制取CH4时H2/C=3，所以有1个单位H2和1/2单位O2在甲烷化中生成H2O，而多耗1个单位H2。若经变换和精制后的合成气中还含有残留的CO2，还需要多消耗2个单位H2，这样合成气中H2的热值就损失于甲烷化反应过程中，所以煤制天然气中碳的利用率和热能利用率均约为1/3。以最先进的壳牌纯氧气化制取合成气（CO+H