我國缺油、少氣、富煤的能源結(jié)構(gòu)使得煤炭的高效、節(jié)能、綜合利用已成為我國能源利用發(fā)展的趨勢，我國能源供應(yīng)“以我為主、以煤為主”在相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)不會(huì)改變。隨著石油、天然氣資源的日漸短缺，煤炭的重要性逐漸提升，但由于煤炭的自然屬性，常規(guī)的煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)的資源、環(huán)境負(fù)荷大，且對運(yùn)輸能力要求高。為滿足能源需求、促進(jìn)節(jié)能減排，發(fā)展煤制天然氣是未來煤炭清潔高效利用的必然選擇。

目前，煤制天然氣產(chǎn)業(yè)技術(shù)已比較成熟，世界上有多套煤制氣工業(yè)化生產(chǎn)裝置在穩(wěn)定運(yùn)行，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)小。因此發(fā)展煤制天然氣產(chǎn)業(yè)是有效補(bǔ)充我國石油、天然氣資源不足、保障能源安全的重要途徑，將有利于緩解我國天然氣供需矛盾，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)均衡發(fā)展。但是，中國煤制氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展在業(yè)內(nèi)一直存有爭議。有企業(yè)人士分析指出，煤制氣項(xiàng)目投資金額巨大，投資動(dòng)輒一兩百億，且高耗煤、高耗水、高耗電。即使天然氣作為清潔能源，煤制天然氣從產(chǎn)品全生命周期來看，似乎并不清潔。在目前國家天然氣管網(wǎng)和市場被大型石油公司壟斷的背景下，煤制天然氣的后續(xù)銷售也是問題。再加上，2015年開始全球經(jīng)濟(jì)下滑，國際油價(jià)大幅下跌，天然氣價(jià)格也隨之下跌，需求增速逐漸放緩。這些都導(dǎo)致煤制氣項(xiàng)目投資回報(bào)預(yù)期不明朗，業(yè)內(nèi)觀望情緒濃烈。這也是現(xiàn)在項(xiàng)目批多建少，推進(jìn)緩慢的主要原因之一。

1 我國天然氣供應(yīng)與需求分析

2014年中國天然氣供應(yīng)、進(jìn)口和消費(fèi)繼續(xù)增長，天然氣產(chǎn)量1279億m3，同比增長5.7%;天然氣進(jìn)口量578億m3，增長8.2%;天然氣表觀消費(fèi)量1786億m3，增長5.6%[1]。天然氣在我國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的比重不斷上升，相比之下，煤炭、石油等化石能源的比重卻總體呈下降趨勢。

2015年在環(huán)保壓力及特殊的能源結(jié)構(gòu)形勢下，我國越來越重視天然氣等清潔能源，通過各種政策鼓勵(lì)清潔能源的使用，使得天然氣等清潔能源的消費(fèi)總量逐年增加，表1統(tǒng)計(jì)了我國2003—2015年12年內(nèi)我國天然氣消費(fèi)總量和供應(yīng)總量的對比情況(圖1為我國天然氣消費(fèi)量和生產(chǎn)增長趨勢對比，源自源國家統(tǒng)計(jì)局)。

2 煤制天然氣項(xiàng)目發(fā)展?fàn)顩r

2.1 煤制天然氣項(xiàng)目現(xiàn)狀

煤制天然氣作為示范項(xiàng)目被列入國家《石化產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》，充分說明了國家對天然氣能源的需要和對發(fā)展煤制天然氣產(chǎn)業(yè)的高度重視[2]。

進(jìn)入21世紀(jì)，我國對能源需求日益明顯，加之我國能源結(jié)構(gòu)的特殊性，更加促進(jìn)了我國煤化工產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。煤制天然氣與其他煤化工技術(shù)相比，具有流程短、能效高、技術(shù)相對成熟、投資成本低、污染物排放少等優(yōu)勢，目前已經(jīng)核準(zhǔn)和拿到“路條”的煤制天然氣項(xiàng)目，總產(chǎn)能達(dá)851億m3/a能達(dá)，其中國家發(fā)展改革委員會(huì)已經(jīng)核準(zhǔn)4個(gè)煤制天然氣項(xiàng)目，分別是內(nèi)蒙古大唐國際克什克騰旗40億m3/a、遼寧大唐國際阜新40億m3/a、新疆慶華55億m3/a、內(nèi)蒙古匯能16億m3/a煤制天然氣項(xiàng)目，產(chǎn)能達(dá)到151億m3/a。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國目前共有不同階段煤制氣項(xiàng)目55個(gè)(包含投產(chǎn)及在建、前期準(zhǔn)備工作、計(jì)劃、簽約項(xiàng)目)，涉及產(chǎn)能共計(jì)2410億m3/a。但是，從項(xiàng)目布局來看，我國的煤制氣項(xiàng)目存在分布不均，西多東少的狀況;從項(xiàng)目推進(jìn)來看，目前項(xiàng)目規(guī)劃多，投產(chǎn)少。截至今日，全國煤制氣項(xiàng)目投產(chǎn)數(shù)目僅為5個(gè)，涉及產(chǎn)能為38.03億m3/a。僅占全部煤制氣項(xiàng)目的1.58%。國內(nèi)煤制氣項(xiàng)目之所以規(guī)劃多，投產(chǎn)少，與煤制氣運(yùn)行過程中遇到的問題關(guān)系密切。

2.2 項(xiàng)目運(yùn)行存在的問題

2.2.1經(jīng)濟(jì)性較差

在煤制氣生產(chǎn)成本構(gòu)成中，煤炭所占比重達(dá)60%，煤炭價(jià)格的波動(dòng)對煤制氣的成本影響較大，風(fēng)險(xiǎn)性較高。另外，根據(jù)示范項(xiàng)目運(yùn)行狀況看，煤制氣實(shí)際生產(chǎn)成本很高，僅低于進(jìn)口氣(進(jìn)口氣享受國家補(bǔ)貼)，因此煤制氣在生產(chǎn)成本方面幾無優(yōu)勢。而在銷售價(jià)格方面，目前管道輸送及液化制LNG，煤制氣的銷售價(jià)格均高于當(dāng)?shù)靥烊粴忾T站價(jià)格，競爭力較小。

2.2.2 氣化技術(shù)選擇存在問題

目前已投產(chǎn)煤制氣項(xiàng)目氣化技術(shù)主要分為兩種，碎煤加壓氣化技術(shù)以及水煤漿氣化技術(shù)。其中，碎煤加壓氣化技術(shù)應(yīng)用較為普遍，占比達(dá)89.48%;水煤漿氣化技術(shù)占比為10.52%。兩種技術(shù)各有優(yōu)劣勢，但在技術(shù)的應(yīng)用過程中都不同程度出現(xiàn)了問題。碎煤加壓氣化技術(shù)出現(xiàn)的主要問題是廢水處理困難、污染環(huán)境，而水煤漿氣化技術(shù)的問題則是氣化工藝能耗不符合示范項(xiàng)目指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。可見，單一氣化技術(shù)的應(yīng)用給項(xiàng)目運(yùn)行帶來風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.3 水資源和污水排放問題

煤制氣項(xiàng)目耗水量巨大，但目前的項(xiàng)目大多分布于水資源貧乏的內(nèi)蒙、新疆等地區(qū)。這些地區(qū)生態(tài)脆弱，土壤自凈能力較弱，而且這些地區(qū)大多是沙化嚴(yán)重的荒漠和沙漠，缺少納污水體，對項(xiàng)目產(chǎn)生的污水幾乎沒有一點(diǎn)承載能力。近年關(guān)于企業(yè)污水污染沙漠的事件頻發(fā)，造成了不少環(huán)境問題。為了杜絕此類事件的發(fā)生，要求企業(yè)在污水處理上有更高的投入，實(shí)現(xiàn)污水零排放。但是，污水零排放是個(gè)世界性難題，目前還沒成熟的技術(shù)可以應(yīng)用。這是制約項(xiàng)目發(fā)展的，影響項(xiàng)目收益的主要問題。

3 煤制天然氣市場分析

煤制天然氣項(xiàng)目的發(fā)展前景可以從天然氣市場供需總平衡得到。根據(jù)前面的分析，天然氣消費(fèi)總量與供應(yīng)總量比例逐年攀升，需求大于供應(yīng)，煤制天然氣作為補(bǔ)充，其發(fā)展空間非常可觀。目前已投產(chǎn)運(yùn)行的煤制天然氣產(chǎn)能約40億m3/a，主要是大唐內(nèi)蒙古克什克騰旗、新疆慶華、匯能鄂爾多斯、新疆廣匯以及云南解化的煤制油聯(lián)產(chǎn)甲烷項(xiàng)目。截至2014年12月，在建和審批通過的項(xiàng)目高達(dá)1162(1215)億m3/a(源自中國化工報(bào))，預(yù)計(jì)在2018年后逐漸投入市場。伴隨著廣大社會(huì)對改善空氣環(huán)境的熱切渴望，國家將不斷推進(jìn)清潔能源的使用，越來越多的城市和居民將使用天然氣，未來天然氣將成為與用電和用水一樣普遍，這無疑是一個(gè)巨大的市場。

4 煤制天然氣經(jīng)濟(jì)性分析

煤制天然氣項(xiàng)目采用的工藝技術(shù)不同，其投資和經(jīng)濟(jì)效益存有一定差異。現(xiàn)以40億m3/a天然氣項(xiàng)目為例進(jìn)行計(jì)算。

該項(xiàng)目擬在內(nèi)蒙古鄂爾多斯某地建設(shè)，氣化采用GSP粉煤氣化和(MK+魯奇氣化技術(shù));變換采用低水/汽比的耐硫變換工藝;脫硫脫碳采用低溫甲醇洗技術(shù);甲烷化采用國外先進(jìn)技術(shù)，項(xiàng)目建設(shè)總投資約256億元。項(xiàng)目每年產(chǎn)出：天然氣40億m3，硫磺8萬t，液氨5萬t，粗酚4.5萬t，硫銨2.5萬t，石腦油8萬t，柴油18萬t，加氫尾油0.2萬t;年耗煤量(5~50mm)原料煤702萬t，(0~5mm)原料煤400萬t，燃料煤83萬t;耗水1970萬t。

5 煤制天然氣優(yōu)劣勢分析

5.1 煤制天然氣優(yōu)勢

5.1.1 煤制天然氣節(jié)能減排優(yōu)勢

低碳發(fā)展已成為新一輪國際經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)和競爭焦點(diǎn)，其核心是建立高能效、低排放的發(fā)展模式。與煤制油、煤制甲醇相比，煤制天然氣在二氧化碳排放方面最具有優(yōu)勢，因此，發(fā)展煤制天然氣產(chǎn)業(yè)是最有利于減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，符合現(xiàn)代煤化工發(fā)展的要求。

5.1.2 煤制天然氣高能效優(yōu)勢

煤作為能源，利用路線主要有直接燃燒發(fā)電、轉(zhuǎn)化制油、制天然氣、制甲醇、制烯烴等技術(shù)，其中煤制天然氣效率最高，理論上可超過60%。因此，從綜合能源利用效率看，煤用于轉(zhuǎn)化成天然氣作為清潔能源是最高效節(jié)能的。

5.2 煤制氣項(xiàng)目存在問題

目前我國煤制天然氣產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)過度和無序發(fā)展的現(xiàn)象，國家能源局[2015]69號文件《關(guān)于規(guī)范煤制燃料示范工作的指導(dǎo)意見》提出，在深入評估已建示范項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)和問題的基礎(chǔ)上，統(tǒng)籌規(guī)劃、科學(xué)布局、嚴(yán)格準(zhǔn)入、穩(wěn)步推進(jìn)煤制燃料產(chǎn)業(yè)化示范，主要任務(wù)是圍繞能效、環(huán)保、節(jié)水及技術(shù)裝備自主化等內(nèi)容開展產(chǎn)業(yè)化工程示范，要求堅(jiān)持“示范先行、量水而行”的基本原則，但是目前尚未出臺具體產(chǎn)業(yè)政策及設(shè)計(jì)規(guī)范，還有很多問題需要進(jìn)一步研究。

5.2.1 氣化技術(shù)的選型問題

氣化技術(shù)的可靠性直接影響煤制天然氣項(xiàng)目的安全穩(wěn)定運(yùn)行和公司效益，煤氣化是煤制天然氣核心技術(shù)。各種煤氣化技術(shù)各自有優(yōu)缺點(diǎn)，不存在一種“萬能”的煤氣化技術(shù)。氣化技術(shù)的選擇取決于原料煤的性質(zhì)及產(chǎn)品方案。表3列出了在建或擬建煤制天然氣項(xiàng)目所選煤質(zhì)與氣化技術(shù)及存在的主要問題。

碎煤加壓氣化技術(shù)在煤制天然氣工廠中應(yīng)用比較普遍，其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在適應(yīng)煤種廣泛、投資成本低、能效高、原料氣中甲烷含量高、副產(chǎn)酚和油品、國產(chǎn)化率100%，按照單條生產(chǎn)線10億m3/a照單條生產(chǎn)能力，其投資水平是目前所有煤制氣化技術(shù)中最低的;缺點(diǎn)是以粒徑5~50mm塊煤為原料，粒徑小于5mm粉煤無法消耗、蒸汽分解率低，含酚廢水處理量大，環(huán)保壓力大、單臺爐處理能力偏小。

5.2.2水資源問題

與其他能源化工產(chǎn)品相比較, 煤制天然氣項(xiàng)目的能源利用效率和水資源利用率都是最高的, 但由于其規(guī)模巨大, 因而用水量也是巨大的。一個(gè)年產(chǎn)40億m3的煤制天然氣項(xiàng)目用水量約2000萬t/a。這對煤炭資源豐富的西部缺水地區(qū)來說難度較大。煤制天然氣項(xiàng)目最大的耗水裝置是循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，其次是生產(chǎn)用水、跑冒滴漏、化驗(yàn)、生活、綠化等用水無法回收。

因此, 煤制天然氣工廠節(jié)約用水的關(guān)鍵是節(jié)約循環(huán)冷卻水耗水量。循環(huán)冷卻水最主要和有效的節(jié)水措施是采用閉式循環(huán)水和多采用空冷器等措施;同時(shí)，煤礦疏干水、城市污水和中水進(jìn)行回用、完善設(shè)計(jì)、優(yōu)化技術(shù)以及提高企業(yè)管理水平等措施進(jìn)行節(jié)水，已成為滿足大型的現(xiàn)代化工業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢。

5.2.4 經(jīng)濟(jì)效益問題

首先，我國煤制天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展受國際能源結(jié)構(gòu)變化，特別是未來石油價(jià)格長期在低位徘徊等影響，其經(jīng)濟(jì)競爭力和經(jīng)濟(jì)效益將受到嚴(yán)重削弱。油價(jià)下跌將間接導(dǎo)致天然氣價(jià)格在未來出現(xiàn)下調(diào)趨勢。2014年6月份以來，國際原油價(jià)格整體下滑趨勢嚴(yán)重，未來回調(diào)空間有限。加上天然氣進(jìn)口量的逐步攀升，將進(jìn)一步加劇我國天然氣市場競爭，市場同質(zhì)競爭沖擊加大。

其次，國家對煤制天然氣項(xiàng)目環(huán)保要求和成本投資要求逐步加大。國家已明文規(guī)定氮氧化物和二氧化硫的排放指標(biāo)，及廢水實(shí)現(xiàn)“零排放”，環(huán)保要求比以往更為嚴(yán)格，項(xiàng)目環(huán)保設(shè)備設(shè)施投資占比加大，從目前已投產(chǎn)的煤制天然氣示范項(xiàng)目看，未來面臨的環(huán)保壓力巨大，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益堪憂。

再次，天然氣增氣量和存氣量實(shí)現(xiàn)價(jià)格并軌機(jī)制終將成為事實(shí)，增量氣與存量氣的并軌，使得市場公平度提升，削弱了天然氣市場的競爭優(yōu)勢;直供用戶門站價(jià)格的放開，將顯著提升下游大用戶在市場交易中的話語權(quán)，勢必造成供氣企業(yè)進(jìn)一步降低制氣成本，維持企業(yè)生存。

隨著2013年底中緬天然氣管道的投運(yùn)，中俄進(jìn)口天然氣大單的簽訂，以及沿海進(jìn)口接收站逐步投運(yùn)，進(jìn)口天然氣資源將大為豐富，與此同時(shí)，中國整體經(jīng)濟(jì)增速放緩，天然氣需求增速隨之下降?？梢灶A(yù)見，未來將出現(xiàn)各種氣源充分競爭的局面，煤制天然氣的競爭較為激烈。

6 國內(nèi)煤制天然氣項(xiàng)目發(fā)展建議

近10年來，天然氣產(chǎn)業(yè)不僅實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展，而且形成了比較完整的工業(yè)體系。天然氣開發(fā)利用不僅對我國能源保障具有重要意義，而且對改善能源結(jié)構(gòu)，促進(jìn)清潔能源發(fā)展也具有重大意義。我國政府高度重視天然氣的發(fā)展，始終將天然氣發(fā)展擺在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略位置，所以我國發(fā)展煤制天然氣是必然的。但隨著世界石油市場格局發(fā)生深刻變化，油價(jià)下行、國內(nèi)GDP增速放緩，我國天然氣市場發(fā)展的內(nèi)外部條件正在發(fā)生變化[3]。未來我國煤制天然氣的發(fā)展將面臨機(jī)遇和挑戰(zhàn)將并存的局面，所以必須科學(xué)合理地發(fā)展煤制天然氣。

6.1 合理選擇煤氣化技術(shù)

根據(jù)煤質(zhì)選擇合適的煤氣化技術(shù)尤為關(guān)鍵;煤制天然氣項(xiàng)目工藝技術(shù)選擇與配套煤種特性密切相關(guān)，配置穩(wěn)定的生產(chǎn)原料煤是未來煤制氣安全生產(chǎn)、穩(wěn)定、環(huán)保的根本保證。國內(nèi)幾個(gè)煤制氣項(xiàng)目，均曾因生產(chǎn)原料煤質(zhì)變化較大，先后出現(xiàn)氣化爐不能正常生產(chǎn)、甚至損壞的事故，導(dǎo)致裝置停工和設(shè)備改造等巨大經(jīng)濟(jì)損失。因此，煤質(zhì)是煤氣化技術(shù)最關(guān)切的核心問題。

煤質(zhì)確定的基礎(chǔ)上組合氣化技術(shù)是最優(yōu)的搭配，以固定床加壓氣化制天然氣技術(shù)為例，該技術(shù)已經(jīng)非常成熟，為了更有效地處理生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的難降解含酚廢水和生化污泥，更合理地利用粉煤，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、環(huán)保達(dá)標(biāo)，雙氣頭互補(bǔ)組合氣化技術(shù)是個(gè)不錯(cuò)的選擇，而選擇搭配粉煤氣化或者水煤漿氣化技術(shù)取決于煤質(zhì)。例如：某煤種的熱穩(wěn)定性較好、粘溫特性較好、落下強(qiáng)度大于78%，灰熔點(diǎn)約1250℃，成漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)約60%。該煤種較優(yōu)地適用固定床熔渣氣化和水煤漿氣化技術(shù)，以年產(chǎn)40億m3天然氣為例，假設(shè)采用固定床熔渣氣化和水煤漿氣化技術(shù)各50%，生產(chǎn)天然氣，入廠原料煤塊/粉比例1:1，塊煤用于固定床熔渣氣化，粉煤用于水煤漿氣化和鍋爐，而固定床熔渣氣化工藝制天然氣路線生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的難降解含酚廢水可替換部分原料水全部用于制漿，產(chǎn)生的生化污泥可作為原料摻入煤漿摻燒，實(shí)現(xiàn)了難降解的含酚廢水和生化污泥的資源化利用、無害化處理，塊煤和粉煤的合理利用;從而降低了企業(yè)投資和運(yùn)行成本，節(jié)水、環(huán)保方面也有很大的改善。

6.2 以水資源為綱合理規(guī)劃

因地制宜，合理規(guī)劃，科學(xué)論證水資源和環(huán)境承受能力的合理性;煤制天然氣過程中要消耗大量的水資源，而煤炭大量開采對脆弱的生態(tài)環(huán)境也會(huì)帶來巨大影響。目前，我國煤制天然氣項(xiàng)目大部分集中在內(nèi)蒙古、新疆等西部煤炭資源豐富、水資源貧乏地區(qū)，發(fā)展煤制天然氣會(huì)對當(dāng)?shù)乇緛砭秃艽嗳醯纳鷳B(tài)環(huán)境產(chǎn)生較大的負(fù)面影響。因此，嚴(yán)重缺水地區(qū)必須在水約束的剛性前提下謀劃煤制天然氣發(fā)展。從國家能源戰(zhàn)略安全和技術(shù)儲備的角度出發(fā)，在充分考慮環(huán)境和水資源承載能力的基礎(chǔ)上，利用相對豐富的低品質(zhì)煤炭資源，適度發(fā)展煤制天然氣是必要的。隨著我國新環(huán)保法的即將實(shí)施，國家對煤制天然氣發(fā)展的政策已表現(xiàn)出對環(huán)境問題的擔(dān)憂，已逐步轉(zhuǎn)向謹(jǐn)慎支持煤制天然氣的發(fā)展，譬如蘇新能源和伊犁新天煤制天然氣環(huán)評批示中明確提出水資源和環(huán)境容量等問題要求進(jìn)一步論證，因此發(fā)展煤制天然氣必須合理規(guī)劃、科學(xué)論證、量水而行。

6.3 注重煤炭高效、清潔利用

充分把握煤制天然氣全局形勢，完全結(jié)合并執(zhí)行國家規(guī)劃與政策，有計(jì)劃、有把握、有信心地“煤氣化”，從而科學(xué)地實(shí)現(xiàn)煤炭就地轉(zhuǎn)化。同時(shí)，企業(yè)通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新和工藝優(yōu)化、節(jié)能、降耗、減排、節(jié)水等多方面措施改善環(huán)境，降低成本，提高企業(yè)內(nèi)部收益率，達(dá)到企業(yè)、政府和環(huán)境的多贏局面,使得煤炭綜合、清潔、高效利用。