1.2　天然氣供需形勢(shì)與合成天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展

1.2.1　國(guó)際天然氣供需形勢(shì)

由于天然氣利用的清潔高效性、人類對(duì)環(huán)境保護(hù)的訴求，未來(lái)全球天然氣需求量都將呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。目前，全球天然氣供需總量基本持平，但天然氣資源在全球的分布和供應(yīng)極不平衡，導(dǎo)致全球天然氣市場(chǎng)仍以區(qū)域內(nèi)資源利用為主，跨區(qū)域資源利用為輔，各區(qū)域需求量增速不一。經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（OECD）中的國(guó)家的天然氣需求量增長(zhǎng)速度相對(duì)緩慢，增量主要來(lái)自以中國(guó)、印度為代表的新興經(jīng)濟(jì)體。亞太、中東地區(qū)是全球天然氣消費(fèi)量增長(zhǎng)最快的地區(qū)，占世界天然氣消費(fèi)總量的比重逐漸增大，即全球天然氣消費(fèi)重心逐漸向東半球移動(dòng)的趨勢(shì)日漸明顯。北美、歐洲等成熟市場(chǎng)的天然氣需求量的增長(zhǎng)雖然相對(duì)緩慢，但其占世界天然氣消費(fèi)總量的比重仍然最大。

能源的重要性早已為人類共識(shí)，人類也不斷采取能源開(kāi)發(fā)和儲(chǔ)備、自身資源利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化和升級(jí)替代等策略以尋求能源安全感。如20世紀(jì)70～80年代，限于當(dāng)時(shí)認(rèn)知背景，美國(guó)認(rèn)為其本土油氣儲(chǔ)量少，建起了全球第一座商業(yè)化煤制天然氣廠——大平原合成燃料廠（Great Plains Synfuels Plant，簡(jiǎn)稱美國(guó)大平原廠）。近年來(lái)，大國(guó)博弈日趨白熱化，一些油氣資源國(guó)持續(xù)動(dòng)蕩，地緣政治格局危機(jī)頻發(fā)，油氣供應(yīng)格局也相應(yīng)發(fā)生了重大變化。可以預(yù)見(jiàn)，天然氣資源階段性和區(qū)域性的緊張供需形勢(shì)不可避免，必然殃及資源輸入國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和能源安全。因此，天然氣輸入國(guó)必須尋求多元化供應(yīng)渠道和替代方案，如韓國(guó)作為世界上第二大液化天然氣（LNG）進(jìn)口國(guó)，浦項(xiàng)鋼鐵在光陽(yáng)（Gwangyang）港建設(shè)以進(jìn)口煤炭為原料的煤制天然氣工廠，原計(jì)劃2015年投產(chǎn)，但至今沒(méi)有投產(chǎn)信息。

此外，對(duì)于富煤少氣型資源國(guó)家，為優(yōu)化能源利用結(jié)構(gòu)，改善煤炭資源利用引發(fā)的大氣污染等環(huán)境問(wèn)題，一些國(guó)家也非常重視合成天然氣的技術(shù)儲(chǔ)備和推廣進(jìn)程。

1.2.2　國(guó)內(nèi)天然氣供需形勢(shì)

盡管國(guó)內(nèi)天然氣產(chǎn)量不斷增加，但對(duì)外依存度一直在加大，圖1-1列出了中國(guó)天然氣供需量及對(duì)外依存度情況。

由圖1-1可看出，我國(guó)天然氣對(duì)外依存度自2013年首次突破30%，2014年上升至32.2%，并呈繼續(xù)上升趨勢(shì)，2017年達(dá)到37.8%。如此快速增長(zhǎng)的對(duì)外依存度導(dǎo)致國(guó)家能源供應(yīng)安全面臨威脅。國(guó)內(nèi)天然氣進(jìn)口主要通過(guò)兩種渠道。一種是管道天然氣，主要來(lái)源于3個(gè)方向：①土庫(kù)曼斯坦、哈薩克斯坦等中亞方向；②緬甸方向；③俄羅斯東線，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)20多年馬拉松式的談判，2014年5月22日俄羅斯總統(tǒng)普京訪華期間中俄兩國(guó)石油公司簽訂了天然氣購(gòu)銷合同。截至2016年底，中國(guó)已建成油氣管道總里程20.57萬(wàn)公里，其中天然氣管道7萬(wàn)公里。中衛(wèi)-貴陽(yáng)聯(lián)絡(luò)線主體完工，西氣東輸一線、二線與中緬管道對(duì)接，實(shí)現(xiàn)了川渝天然氣區(qū)域管網(wǎng)與全國(guó)管網(wǎng)相聯(lián)以及中亞氣、西氣、川氣和緬甸氣的南北互通。另一種是液化天然氣（LNG），主要來(lái)源于澳大利亞、印度尼西亞、馬來(lái)西亞和卡塔爾等國(guó)家。截至2018年底，我國(guó)LNG接收港口已投產(chǎn)19座，總能力達(dá)7245萬(wàn)噸／年，分布于蘇、粵、閩、滬、冀等地，2018年進(jìn)口LNG約3813萬(wàn)噸。由于國(guó)際地緣政治局勢(shì)不穩(wěn)，中東和北非等地域騷亂和紛爭(zhēng)持續(xù)，歐美對(duì)供應(yīng)國(guó)的制裁均使得我國(guó)天然氣進(jìn)口市場(chǎng)增加一定不確定性。根據(jù)規(guī)劃，中國(guó)四大油氣進(jìn)口戰(zhàn)略通道建設(shè)將進(jìn)一步加速，中哈原油管道二期、中亞天然氣管道二期即將建設(shè)，中俄天然氣管道正在規(guī)劃中。國(guó)內(nèi)油氣主干管網(wǎng)將建設(shè)西氣東輸三線、四線，西氣東輸、陜京線以及川氣東送等骨干天然氣管道及聯(lián)絡(luò)線進(jìn)一步建成和完善。2017年7月12日，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局發(fā)布《中長(zhǎng)期油氣管網(wǎng)規(guī)劃》，到2020年，全國(guó)油氣管網(wǎng)規(guī)模將達(dá)到16.9萬(wàn)公里，到2025年，全國(guó)油氣管網(wǎng)規(guī)模將達(dá)到24萬(wàn)公里。

另外，以煤為主的傳統(tǒng)能源利用模式暴露出日益加劇的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題（增加煤炭消費(fèi)總量、分散用煤量）。自2012年以來(lái)，我國(guó)部分地區(qū)持續(xù)出現(xiàn)霧霾天氣，使得我國(guó)政府加速了能源利用模式的改革。天然氣燃燒產(chǎn)生的CO₂僅為煤的40%左右，產(chǎn)生的SO₂也很少，且無(wú)廢渣、廢水排放，具有安全、高效、清潔的優(yōu)勢(shì)。隨著人們環(huán)保意識(shí)提高和政策導(dǎo)向，各地積極加快推進(jìn)以天然氣替代散煤燃燒計(jì)劃。2014年7月—2017年3月，大唐高井熱電廠、京能石景山熱電廠、國(guó)華燃煤熱電廠、華能北京熱電廠四座燃煤電廠相繼關(guān)停。2017年底，北京工業(yè)企業(yè)基本實(shí)現(xiàn)無(wú)燃煤，基本淘汰遠(yuǎn)郊區(qū)平原地區(qū)10蒸噸［每小時(shí)蒸發(fā)的蒸汽質(zhì)量（噸）］及以下和建成區(qū)35蒸噸及以下燃煤鍋爐。“煤改氣”工程無(wú)疑將進(jìn)一步拉大國(guó)內(nèi)天然氣供需缺口，《關(guān)于保障天然氣穩(wěn)定供應(yīng)長(zhǎng)效機(jī)制的若干意見(jiàn)》要求到2020年滿足“煤改氣”工程的天然氣需求為1120×10⁸m³/a。

此外，經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程遭遇階段性“氣荒”。2014年，全國(guó)城市燃?xì)庵刑烊粴馐褂萌丝谟缮夏甑?.1億人增長(zhǎng)至2.7億人，城鎮(zhèn)氣化率達(dá)到37%，云、貴、桂等省結(jié)束了沒(méi)有管道天然氣供應(yīng)的歷史。2016年國(guó)家發(fā)改委發(fā)布《天然氣“十三五”規(guī)劃》，提出至2020年常規(guī)天然氣產(chǎn)量2070億立方米，年均增速為8.9%，消費(fèi)量占一次能源消費(fèi)的8.3%～10%。國(guó)民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程加速，必將擴(kuò)大天然氣供需缺口，造成階段性“氣荒”。

綜上，我國(guó)常規(guī)天然氣儲(chǔ)量少，對(duì)外依存度高，供需矛盾突出，形勢(shì)緊張。因此，科學(xué)發(fā)展合成天然氣產(chǎn)業(yè)，對(duì)滿足國(guó)家能源需求、優(yōu)化能源利用結(jié)構(gòu)、緩解環(huán)境污染和保障能源戰(zhàn)略安全具有重大意義，是我國(guó)能源產(chǎn)業(yè)必由之路。

1.2.3　合成天然氣發(fā)展概況

鑒于上述情況，我國(guó)從21世紀(jì)初開(kāi)始探索煤制合成天然氣產(chǎn)業(yè)，并取得重大進(jìn)展。由于常規(guī)天然氣供應(yīng)有限、供需缺口拉大和降低環(huán)境污染等因素，作為常規(guī)天然氣的有效補(bǔ)充，合成天然氣對(duì)優(yōu)化能源利用結(jié)構(gòu)、緩解局部供需形勢(shì)具有重要意義。其中，煤基合成氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，已有多個(gè)工廠建成、在建或擬建。

1.2.3.1　合成天然氣技術(shù)發(fā)展概況

早在150多年前，英國(guó)成功將煤氣用于路燈照明后，人類就在民用、工業(yè)、發(fā)電等領(lǐng)域大量使用煤氣。在第一次世界大戰(zhàn)前，當(dāng)時(shí)的一些大中型城市都建立了氣體輸送管網(wǎng)設(shè)施。煤氣的主要成分是H₂、CO和CH₄，來(lái)源于煤爐、水煤氣發(fā)生爐和冶金焦?fàn)t等。因煤炭和石腦油等原料價(jià)格上漲、煤氣中CO易令人窒息死亡，特別是一些常規(guī)天然氣礦藏的陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，煤氣逐漸被市場(chǎng)淘汰。雖然煤氣已退出歷史舞臺(tái)，但氣體燃料的便利性使得人類沒(méi)有停下尋求清潔高效燃料的腳步。

1902年，Sabatier和Senderens發(fā)現(xiàn)利用CO（含CO₂）與H₂可以催化合成CH₄，并揭示了甲烷化反應(yīng)機(jī)理，該發(fā)現(xiàn)掀起了甲烷化技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用熱潮。甲烷化催化劑和工藝很快在合成氨和制氫工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，以脫除合成氣中少量CO和CO₂，防止合成氨催化劑中毒。Fisher和Tropsch受甲烷化技術(shù)啟發(fā)，于1926年開(kāi)發(fā)了對(duì)人類能源產(chǎn)業(yè)有重大意義的費(fèi)托（F-T）合成技術(shù)（即煤間接液化制燃料油技術(shù)）。但以合成天然氣為目標(biāo)的甲烷化技術(shù)因反應(yīng)熱效應(yīng)大、工藝復(fù)雜，直至20世紀(jì)40年代才得以起步發(fā)展。

20世紀(jì)70年代初爆發(fā)了石油危機(jī)，美、德、英、日等國(guó)興起了合成天然氣技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)高潮，誕生了英國(guó)ICI石腦油制天然氣、美國(guó)大平原煤制天然氣等多個(gè)中試或示范項(xiàng)目，但僅有美國(guó)大平原煤制天然氣項(xiàng)目成功建設(shè)并商業(yè)化運(yùn)行。具有合成天然氣產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域里程碑意義的美國(guó)大平原廠于1980年開(kāi)始建設(shè)，1984年7月28日產(chǎn)出合格的天然氣，并于同年達(dá)到設(shè)計(jì)能力。中國(guó)也于此期間開(kāi)展過(guò)甲烷化生產(chǎn)城市燃?xì)獾难芯浚饕眉淄榛夹g(shù)使煤氣中的CO部分轉(zhuǎn)化為CH₄，提高煤氣熱值，降低煤氣CO含量，并進(jìn)行了小規(guī)模應(yīng)用。

在此期間，美國(guó)天然氣協(xié)會(huì)（American Gas Association）還專門組織整理了1960—1973年以液體烴（原油）為原料制取SNG的技術(shù)文獻(xiàn)，天然氣技術(shù)研究所（Institute of Gas Technology）也曾專門組織過(guò)研討會(huì)，并形成文集。

隨著20世紀(jì)80年代中后期石油市場(chǎng)回暖，除日本外其他國(guó)家基本擱置了合成天然氣技術(shù)的研發(fā)。各技術(shù)開(kāi)發(fā)方均積極開(kāi)展專利的國(guó)際布局，尤其是在煤炭資源較為豐富以及煤炭進(jìn)口量較多的國(guó)家申請(qǐng)了天然氣技術(shù)相關(guān)專利。在合成天然氣技術(shù)集群中，國(guó)外Lurgi公司、Tops?e公司和Davy公司均已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。

以實(shí)現(xiàn)煤制天然氣關(guān)鍵技術(shù)國(guó)產(chǎn)化為目標(biāo)的863計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目“煤氣化甲烷化關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)與煤制天然氣示范工程”已順利結(jié)題，開(kāi)發(fā)的甲烷化催化劑通過(guò)了工業(yè)側(cè)線試驗(yàn)長(zhǎng)周期驗(yàn)證和工業(yè)裝置部分催化劑替代的驗(yàn)證，運(yùn)行良好，達(dá)到商業(yè)催化劑水平。工業(yè)化規(guī)模的工藝包編制完成，在甲烷化催化劑、工藝、設(shè)備、控制等方面的專利群已經(jīng)形成，完全可以打破國(guó)外專利商對(duì)甲烷化技術(shù)的壟斷，預(yù)計(jì)“十三五”期間，甲烷化催化劑與工藝技術(shù)將會(huì)全部實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。

由煤炭科學(xué)研究總院北京煤化工研究分院牽頭，大唐國(guó)際化工技術(shù)研究院有限公司等5家單位參與起草的《煤制天然氣單位產(chǎn)品能源消耗限額》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB 30179—2013）于2013年12月31日發(fā)布，并于2014年12月1日實(shí)施。國(guó)家《煤制合成天然氣》（GB/T 33445—2016）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)于2017年7月1日起實(shí)施。由中新能化科技有限公司承擔(dān)的《煤制天然氣取水定額標(biāo)準(zhǔn)》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)編制完成。

鑒于國(guó)內(nèi)煤制天然氣工廠建設(shè)可借鑒經(jīng)驗(yàn)少的情況，大唐國(guó)際遼寧阜新煤制天然氣有限公司組織開(kāi)展了“面向城鎮(zhèn)用戶的現(xiàn)代煤制天然氣工廠概念設(shè)計(jì)（研究）”，并已經(jīng)通過(guò)中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)組織的評(píng)審，認(rèn)為“填補(bǔ)了煤制天然氣工程研究空白”，部分研究成果已應(yīng)用到大唐阜新等國(guó)內(nèi)部分煤制天然氣工廠設(shè)計(jì)中，以該研究報(bào)告為基礎(chǔ)的專著《現(xiàn)代煤制天然氣工廠概念設(shè)計(jì)研究》已于2015年由化學(xué)工業(yè)出版社出版。在總結(jié)部分煤制天然氣工程建設(shè)與運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，由大唐能源化工有限責(zé)任公司組織編著的《煤制合成天然氣技術(shù)與應(yīng)用》已于2017年10月由化學(xué)工業(yè)出版社出版。

在關(guān)鍵設(shè)備國(guó)產(chǎn)化方面，相關(guān)企業(yè)也做了大量工作并進(jìn)行了有益探索，空分設(shè)備、氣化設(shè)備、廢熱鍋爐（簡(jiǎn)稱廢鍋）和壓縮機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備可全部實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。針對(duì)煤制天然氣項(xiàng)目剩余物質(zhì)量大，國(guó)內(nèi)開(kāi)展了剩余物質(zhì)的管理和處理技術(shù)及資源化利用的研究，如粗酚精制技術(shù)、煤焦油加氫技術(shù)均取得了進(jìn)步，為提高煤制天然氣項(xiàng)目效益奠定基礎(chǔ)。立足于解決碎煤加壓氣化廢水處理難題的863計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目“碎煤加壓氣化廢水處理與回用技術(shù)”順利結(jié)題，開(kāi)發(fā)的“新型活性焦吸附＋生化處理技術(shù)”在大唐克什克騰煤制天然氣示范項(xiàng)目中獲得了應(yīng)用。為了降低煤制天然氣項(xiàng)目CO₂排放量，提高項(xiàng)目整體能效，大唐國(guó)際遼寧阜新煤制天然氣有限公司與中國(guó)石油大學(xué)（北京）合作開(kāi)展了煤制天然氣工廠節(jié)能減排研究，部分研究成果已應(yīng)用在了阜新煤制天然氣項(xiàng)目上。

目前，煤基合成天然氣技術(shù)在基礎(chǔ)研究、工程研究、工程設(shè)計(jì)及建設(shè)運(yùn)營(yíng)等方面積累了一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，部分項(xiàng)目已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)行。

生物質(zhì)氣化合成（Bio-SNG）是一個(gè)相對(duì)較新的技術(shù)，目前僅有奧地利、荷蘭等國(guó)家進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室與中試規(guī)模裝置的驗(yàn)證，商業(yè)化規(guī)模裝置正在建設(shè)中，丹麥、智利、加拿大、美國(guó)、德國(guó)等國(guó)也對(duì)本國(guó)發(fā)展Bio-SNG技術(shù)的可行性進(jìn)行了分析。歐盟計(jì)劃到2030年在天然氣管網(wǎng)中使用10%，即550億立方米由生物質(zhì)制備的天然氣，該技術(shù)對(duì)生物質(zhì)原料適用范圍較大。

生物質(zhì)氣化合成Bio-SNG作為一種新技術(shù)首先得到歐洲國(guó)家的關(guān)注，雙床流化床被認(rèn)為更適于制備Bio-SNG。目前雙流化床氣化反應(yīng)器主要有3種，即SilvaGas氣化器、FICFB氣化器和MILENA氣化器，其中僅有FICFB氣化技術(shù)和MILENA技術(shù)面向制備Bio-SNG，考慮了合成氣的甲烷化過(guò)程。

同煤炭相比，生物質(zhì)熱值低，含有一些易造成催化劑中毒的化學(xué)組分（如有機(jī)硫），氣化過(guò)程中有焦油析出，合成氣含有一定比例的乙烯，這也會(huì)影響催化劑性能和壽命。鑒于此，采用煤-生物質(zhì)共氣化方案（coal - biomass co - gasification process）較為可行。伍德公司（Uhde）曾利用其Prenflo氣流床氣化爐開(kāi)展了煤-生物質(zhì)共氣化制備天然氣的研究。

1.2.3.2　煤基合成天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況

20世紀(jì)70年代初，美、德、英、日等國(guó)興起了合成天然氣技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)高潮，誕生了英國(guó)ICI石腦油制天然氣、美國(guó)大平原煤制天然氣等多個(gè)中試或示范項(xiàng)目，但僅有美國(guó)大平原煤制天然氣項(xiàng)目成功建設(shè)并商業(yè)化運(yùn)行。

2000年后，合成天然氣產(chǎn)業(yè)進(jìn)展迅猛。自2009年起，獲中國(guó)政府首批核準(zhǔn)的4個(gè)煤制天然氣示范項(xiàng)目陸續(xù)開(kāi)工，合計(jì)產(chǎn)能151×10⁸m³/a（標(biāo)況，下同）。2013年12月18日，大唐克什克騰煤制天然氣工程一系列裝置投運(yùn)成功；2013年12月30日，新疆慶華煤制天然氣一期工程已投入生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)。韓國(guó)也基本建成規(guī)模為50萬(wàn)噸（7×10⁸m³/a）管道級(jí)質(zhì)量的煤制天然氣項(xiàng)目，原計(jì)劃于2015年投產(chǎn)，截至2019年沒(méi)有公開(kāi)投產(chǎn)消息（表1-1）。

截至2017年底，國(guó)家發(fā)改委核準(zhǔn)的煤制天然氣項(xiàng)目共7個(gè)，總產(chǎn)能達(dá)到251×10⁸m³/a，其中投產(chǎn)項(xiàng)目4個(gè)，合計(jì)產(chǎn)能51.05×10⁸m³/a，如表1-2所列。

根據(jù)《煤炭深加工產(chǎn)業(yè)示范“十三五”規(guī)劃》，預(yù)計(jì)到2020年，煤制天然氣產(chǎn)能為170×10⁸m³/a。

近年來(lái)，國(guó)家對(duì)焦化企業(yè)設(shè)立了越來(lái)越嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，在焦化行業(yè)的準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定焦?fàn)t煤氣利用率要大于98%，使得焦化企業(yè)不得不為焦?fàn)t煤氣找尋更好的去處。另外，焦化市場(chǎng)行情持續(xù)低迷，行業(yè)產(chǎn)能嚴(yán)重過(guò)剩，企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益下滑，而天然氣使用量穩(wěn)步增長(zhǎng)，市場(chǎng)前景廣闊，于是一些企業(yè)就瞄準(zhǔn)了市場(chǎng)潛力巨大的液化天然氣，將焦?fàn)t煤氣制液化天然氣作為擺脫企業(yè)困境的一個(gè)抓手。于是，焦?fàn)t煤氣制天然氣成為焦化行業(yè)中投資的一項(xiàng)熱門技術(shù)。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，自2012年底首個(gè)焦?fàn)t煤氣制天然氣項(xiàng)目投產(chǎn)以來(lái)，截至2014年末，內(nèi)蒙古、山西、陜西、河北、山東等地有超10家企業(yè)陸續(xù)建成、投產(chǎn)了焦?fàn)t煤氣制天然氣項(xiàng)目。目前在建和擬建項(xiàng)目的企業(yè)還有約20家。一時(shí)間焦?fàn)t煤氣制天然氣項(xiàng)目變得“炙手可熱”（表1-3）。

1.2.3.3　生物質(zhì)基合成天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況

相比于煤基合成天然氣，生物質(zhì)基合成天然氣商業(yè)化進(jìn)程較為緩慢，但相關(guān)的基礎(chǔ)研究和工藝優(yōu)化則取得長(zhǎng)足進(jìn)展，歐洲幾家研究機(jī)構(gòu)處于科技前沿水平。

荷蘭能源研究中心（The Energy Research Center of the Netherlands，ECN）于2004年開(kāi)發(fā)了生物質(zhì)制合成天然氣實(shí)驗(yàn)室規(guī)模裝置，包括雙流化床氣化裝置（MILENA），處理量為5kg/h，操作溫度為750～900℃，氣化和甲烷化工段均為常壓操作。該裝置采用循環(huán)流化床氣化爐，生物質(zhì)在氣化爐提升管段與水蒸氣發(fā)生氣化反應(yīng)，生成的焦炭返回氣化爐底部的燃燒器與空氣進(jìn)行燃燒供熱。在該裝置基礎(chǔ)上，ECN優(yōu)化了生物質(zhì)合成天然氣工藝，包括間接氣化爐、焦油脫除系統(tǒng)、合成氣凈化及變換裝置以及甲烷化反應(yīng)器。甲烷化完成后，生成的天然氣進(jìn)一步脫除CO₂、H₂O，以達(dá)到產(chǎn)品氣規(guī)格。該工藝整體凈熱效率達(dá)70%（LHV）、約64%（HHV）。生物質(zhì)中的碳組分有40%轉(zhuǎn)化為SNG，40%作為CO₂被捕獲，剩余20%以煙道氣形式排放。目前，ERC正聯(lián)合相關(guān)公司共同開(kāi)發(fā)大規(guī)模示范裝置。

瑞士保羅·謝爾研究所（PSI）從20世紀(jì)90年代起，持續(xù)實(shí)施了生物質(zhì)氣化和甲烷化相關(guān)的理論與試驗(yàn)研究。在奧地利Güssing地區(qū)建立快速內(nèi)循環(huán)流化床（FICFB）氣化工藝和Comflux^?流化床甲烷化工藝裝置并開(kāi)展試驗(yàn)，2007年開(kāi)始建造一個(gè)集氣化、合成氣洗滌、甲烷化、產(chǎn)品氣凈化的1MW的木材制合成天然氣PDU裝置，并于2009年6月產(chǎn)出高質(zhì)量的SNG（100m³/h）。與此同時(shí)，PSI在2009年開(kāi)發(fā)出“SunCHem”微藻水熱催化氣化制SNG工藝。

瑞典哥德堡生物質(zhì)氣化工程（GoBiGas）是迄今第一個(gè)生物質(zhì)制天然氣商業(yè)化項(xiàng)目，該項(xiàng)目通過(guò)林木的熱氣化制備合成天然氣。在2009年，完成基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，采用PSI甲烷化工藝和FICFB氣化裝置，分兩期建設(shè)，2012年完成一期20MW的SNG規(guī)模裝置，2016年完成二期80MW的SNG規(guī)模裝置。

此外，代表性的生物質(zhì)制天然氣技術(shù)還包括德國(guó)太陽(yáng)能與氫研究所（ZSW）吸收增強(qiáng)氣化／重整（AER）工藝、奧地利太陽(yáng)能燃料技術(shù)公司工藝等。

1.2.3.4　合成天然氣產(chǎn)業(yè)代表性工程

（1）美國(guó)大平原合成燃料廠

1973年，全球石油危機(jī)爆發(fā)，雖持續(xù)時(shí)間不足一年，但石油輸出國(guó)組織（簡(jiǎn)稱歐佩克）國(guó)家成功將西方市場(chǎng)的石油價(jià)格增加了4倍。針對(duì)這場(chǎng)危機(jī)，尼克松政府成立能源部，并重新審視對(duì)進(jìn)口石油的較高依賴度對(duì)美國(guó)能源安全的威脅。在這一背景下，并在美國(guó)政府和相關(guān)企業(yè)的強(qiáng)力推動(dòng)和資助下，美國(guó)天然氣公司（American Natural Resource，ANR）的子公司密歇根威斯康星管道公司（Michigan Wisconsin Pipeline Co.）與北美煤炭公司合約，籌建大平原煤制氣工廠。美國(guó)政府高度重視這個(gè)項(xiàng)目，后任的卡特總統(tǒng)和里根總統(tǒng)都給予有力的貸款支持。

北達(dá)科他州褐煤資源豐富，儲(chǔ)量占美國(guó)褐煤儲(chǔ)量的2/3。大平原廠位于北達(dá)科他州俾斯麥?zhǔn)斜扔壤?zhèn)（Beulah）附近，緊鄰美國(guó)北新電力合作集團(tuán)（Basin Electric Power Cooperative）擬同期而建的羚羊谷發(fā)電廠（裝機(jī)容量2×44萬(wàn)千瓦），距離北美煤炭公司下屬的自由煤礦公司的露天褐煤礦區(qū)僅2～3km。業(yè)主在規(guī)劃階段就考慮到煤-電-化的協(xié)同與集成并最終協(xié)定：自由煤礦將塊狀褐煤供往大平原廠作為Sasol-Lurgi氣化爐原料，粉煤供給羚羊谷發(fā)電廠作為燃料，電廠向大平原廠提供電力，大平原廠為電廠提供調(diào)峰發(fā)電所需的天然氣，并將氣化產(chǎn)生的灰渣和灰水返回自由煤礦進(jìn)行回填和礦區(qū)噴水使用。另外，兩廠共用供水工程、鐵路專運(yùn)線、進(jìn)出廠區(qū)公路、灰渣填埋、雨水處理等系統(tǒng)，并共用部分技術(shù)人員，這種煤-電-化的高度集成構(gòu)成了大平原廠的一大先天優(yōu)勢(shì)。

大平原廠于1974年在南非Sasol完成了北達(dá)科他州褐煤的工業(yè)化試燒，得到了關(guān)鍵結(jié)論和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。原計(jì)劃建設(shè)日產(chǎn)2.5×10⁸ft³（7.08×10⁶m³/d）煤制天然氣，但因各種因素影響，后期由于資金緊張等原因，決定分兩期建設(shè)，第一期建設(shè)合成天然氣1.25×10⁸ft³（3.54×10⁶m³/d）大平原廠包括14臺(tái)Lurgi Mark Ⅳ固定床氣化爐，以及變換（1/3總氣量）、低溫甲醇洗與空分等裝置，日處理褐煤（粒度0.6～10cm）18000t。一期工程于1980年開(kāi)始建設(shè)，1984年7月28日生產(chǎn)出合格天然氣，并于當(dāng)年達(dá)到設(shè)計(jì)能力。

為了提高項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益、開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品和適應(yīng)環(huán)保的要求，大平原廠先后增加了粗酚精制、從空分裝置分離惰性氣體氪和氙、鍋爐煙氣氨法脫硫、鍋爐煙氣靜電除塵和CO₂壓縮輸送、焦油（中油）精餾等裝置，并去掉一些不穩(wěn)定的單元，1996年又建成了日產(chǎn)1000t合成氨裝置。自1999年起，大平原廠氣體濃縮段CO₂被賣給泛加拿大（PanCanadian）石油公司為其Weyburn油田提高原油采收率（EOR）。大平原廠至今已穩(wěn)定運(yùn)行30多年，2013年獲得美國(guó)化學(xué)理事會(huì)（ACC）頒發(fā)的廢物最少化、循環(huán)再利用獎(jiǎng)。2014年7月，大平原廠開(kāi)工建設(shè)日產(chǎn)1100t大顆粒尿素裝置。

目前美國(guó)大平原廠由美國(guó)北新電力合作集團(tuán)（Basin Electric Power Cooperative）持有。

（2）內(nèi)蒙古大唐國(guó)際克什克騰煤制天然氣示范項(xiàng)目

內(nèi)蒙古大唐國(guó)際克什克騰煤制天然氣項(xiàng)目于2009年8月20日經(jīng)國(guó)家發(fā)改委核準(zhǔn)，2009年8月30日正式開(kāi)工建設(shè)，是我國(guó)首個(gè)獲準(zhǔn)、首個(gè)建設(shè)的煤制天然氣示范工程。項(xiàng)目設(shè)計(jì)總產(chǎn)能40×10⁸m³/a煤制天然氣，分3個(gè)系列連續(xù)滾動(dòng)建設(shè)，每個(gè)系列均為13.3×10⁸m³/a煤制天然氣，又分A、B兩個(gè)單元，每個(gè)單元有8臺(tái)4.0MPa氣化爐。項(xiàng)目以內(nèi)蒙古自治區(qū)劣質(zhì)褐煤為原料，采用杭氧大型空分裝置和賽鼎公司碎煤加壓氣化、耐硫耐油變換、低溫甲醇洗凈化以及丙烯壓縮制冷、克勞斯-氨法硫回收等國(guó)內(nèi)成熟技術(shù)，以及英國(guó)戴維公司甲烷化技術(shù)、加拿大普帕克天然氣干燥技術(shù)等。

2013年12月18日，項(xiàng)目一系列裝置A、B兩個(gè)單元投運(yùn)成功，合成SNG產(chǎn)品正式并入管網(wǎng)，向中石油北京段天然氣管線輸送清潔的SNG產(chǎn)品。期間，因受氣化爐夾套腐蝕影響，于2014年1月20日停車檢修，至4月2日恢復(fù)開(kāi)車，目前已基本實(shí)現(xiàn)達(dá)設(shè)計(jì)產(chǎn)能。

（3）新疆慶華煤制天然氣項(xiàng)目

新疆慶華煤制天然氣項(xiàng)目由新疆慶華能源集團(tuán)有限公司出資建設(shè)，是國(guó)家發(fā)改委正式核準(zhǔn)的首批煤制天然氣項(xiàng)目之一，位于新疆伊寧市伊東工業(yè)園，設(shè)計(jì)總產(chǎn)量55×10⁸m³/a。

項(xiàng)目采用了較先進(jìn)的碎煤加壓氣化配套低溫甲醇洗凈化技術(shù)，甲烷化工藝選用丹麥托普索技術(shù)。2013年7月底，項(xiàng)目一期13.75×10⁸m³/a煤制天然氣工程及其配套設(shè)施建設(shè)完成，實(shí)際完成投資110億元。2013年8月20日，項(xiàng)目首次產(chǎn)出煤制天然氣，由中石油天然氣檢測(cè)中心采樣化驗(yàn)，天然氣產(chǎn)品滿足指標(biāo)要求，具備管道輸送條件。2013年12月30日，項(xiàng)目在霍爾果斯首站并入西氣東輸二線管網(wǎng)將煤制天然氣輸向東南沿海，進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)行階段。

（4）內(nèi)蒙古匯能煤制天然氣項(xiàng)目

內(nèi)蒙古匯能煤化工有限公司煤制天然氣及其液化項(xiàng)目以煤為原料生產(chǎn)合成天然氣及液化天然氣，位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市伊金霍洛旗圣圓煤化工基地，是國(guó)家發(fā)改委正式核準(zhǔn)的首批煤制天然氣項(xiàng)目之一。項(xiàng)目分兩期建設(shè)，2014年10月17日，該項(xiàng)目一期工程一次投料成功，打通全部流程并產(chǎn)出合格產(chǎn)品，4×10⁸m³天然氣全部液化出售。二期工程于2018年5月開(kāi)工建設(shè)，預(yù)計(jì)2021年投產(chǎn)。

（5）新疆伊犁新天煤制天然氣項(xiàng)目

新疆伊犁新天煤制天然氣項(xiàng)目位于新疆伊寧市西北約18km處，由浙江省能源集團(tuán)和山東能源新汶礦業(yè)集團(tuán)共同投資。該項(xiàng)目利用當(dāng)?shù)孛禾抠Y源，A、B兩系列生產(chǎn)線，生產(chǎn)20×10⁸m³/a合成天然氣及副產(chǎn)品。主工藝裝置采用22臺(tái)碎煤加壓氣化設(shè)備，采用部分耐硫變換、林德低溫甲醇洗和戴維甲烷化等技術(shù)，合成天然氣從伊寧首站并入中石油西氣東輸二線。

（6）韓國(guó)浦項(xiàng)煤制天然氣項(xiàng)目

韓國(guó)是世界上第二大液化天然氣（LNG）進(jìn)口國(guó)。韓國(guó)浦項(xiàng)集團(tuán)煤制合成天然氣項(xiàng)目位于韓國(guó)光陽(yáng)地區(qū)（Gwangyang），是韓國(guó)的第一套SNG裝置，也是世界上第一套依靠進(jìn)口煤炭，在沿海港口建設(shè)的煤制天然氣項(xiàng)目，毗鄰光陽(yáng)鋼廠，生產(chǎn)得到的SNG將替代進(jìn)口LNG。

項(xiàng)目規(guī)模為50萬(wàn)噸（7×10⁸m³/a）管道級(jí)質(zhì)量的合成天然氣，預(yù)計(jì)每天消耗5500噸次煙煤和石油焦混合制氣，其中石油焦質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)20%。氣化工藝選用CB&I公司的EGas煤氣化技術(shù)（之前隸屬于康菲公司），林德（Linder Group）和托普索（Haldor Topsoe）分別提供合成氣處理設(shè)備和TREMPTM甲烷化技術(shù)。

2014年4月2日，浦項(xiàng)綠色氣體科技（POSCO Green Gas Tech）公司成立，作為韓國(guó)浦項(xiàng)集團(tuán)的煤制天然氣專業(yè)子公司，負(fù)責(zé)從煤炭采購(gòu)到SNG生產(chǎn)和銷售的全線業(yè)務(wù)。項(xiàng)目原計(jì)劃于2015年正式投產(chǎn)，但因各種原因推遲。該項(xiàng)目作為韓國(guó)第一個(gè)煤炭轉(zhuǎn)化清潔燃料項(xiàng)目，是浦項(xiàng)集團(tuán)多元化業(yè)務(wù)的有益探索，可以彌補(bǔ)韓國(guó)本土天然氣供應(yīng)的不足，增強(qiáng)浦項(xiàng)集團(tuán)整體競(jìng)爭(zhēng)力。