煤制天然氣指以煤為原料生產甲烷作為合成天然氣，其中關鍵技術是甲烷化。我國甲烷化研究始于改革開放后的二十世紀八十年代，緣起于合成氨工業和城市煤氣技術需要。氨合成工業中，由于CO和CO2會使氨合成催化劑中毒，在合成氣進合成反應器前需將微量的CO和CO2轉化掉，甲烷化技術是利用CO和CO2與H2反應完全轉化為CH4，使合成氣中CO和CO2小于10ppm。由于甲烷化催化劑使用溫區較窄（300---400℃），起活溫度較高，為防止超溫，進甲烷化反應器的CO＋CO2要求小于0.8％，同時，為防止甲烷化鎳基催化劑中毒，合成氣中硫含量要求小于0.1 ppm。
另外，國內城市煤氣運用也比較廣泛，主要有兩種工藝：一是采用碎煤氣化生產城市煤氣，粗煤氣經過凈化后直接送城市煤氣管網，其甲烷濃度約15%，CO濃度約35%，典型運用工廠有河南義馬煤氣廠、哈爾濱煤氣廠等。另一種是固定層間歇氣化生產半水煤氣，經過凈化后將半水煤氣中CO為29%，通過等溫移熱的方法，對其實現甲烷化。在上世紀80年代，在缺乏耐高溫甲烷化催化劑的情況下中國五環工程有限公司最先開發和研究該甲烷化工藝技術，并采用中國科學院大連化物所開發的甲烷化催化劑，將該技術在湖北沙市、十堰第二汽車制造廠和北京順義等的城市居民用氣和工業爐用氣的供應中實現了工業化。
大連化物所在合成氣甲烷化催化劑及技術的研究開發方面起步較早，早在二十世紀八十年代，課題組在袁權院士領導下，著眼于高熱值城市煤氣的生產，成功開發常壓水煤氣部分甲烷化催化劑及技術。1987年該技術通過鑒定，并相繼獲得中科院科技進步一等獎，國家發明三等獎和自然科學獎各一項，催化劑放大獲省市科技進步獎。目前中科院大連化物所在部分甲烷化催化劑及技術方面擁有3項專利。該技術的特點是常壓、360℃、水煤氣部分甲烷化，采用單段非循環固定床反應器；采用的M348-2A型甲烷化催化劑具有甲烷化－變換雙功能。依托該項成果于1990年在上海青浦化工廠建設了我國第一座35000立方米/天的甲烷化煤氣化示范裝置，而后又建設了遼寧瓦房店、北京防化兵總院等10余個工程。
2005年以后隨著我國天然氣消費量增加，對外依存度不斷提高，利用煤制天然氣滿足國內日益增長的天然氣需求受到重視。國家相繼核準了大唐克旗、大唐阜新、新疆慶華、內蒙古匯能、浙能伊犁等一批煤制天然氣項目。由于國內甲烷化技術缺乏大規模裝置運行經驗，而國外技術在美國大平原煤制天然氣裝置上有過成功使用經驗，因此國內的煤制天然氣項目甲烷化裝置均引進國外技術。2013年新疆慶華能源集團55億方/年煤制天然氣項目一期裝置和大唐克旗煤化工有限公司40億方/年煤制天然氣項目一期裝置相繼投產，標志著我國煤制天然氣產業正式邁入產業化。隨后內蒙古匯能化工煤制氣項目和浙能集團伊犁項目投產，我國煤制天然氣產業初步形成。
經過不懈努力，目前我國有四個煤制天然氣項目建成投產，總產能為51.1億方/年。我國煤制天然氣生產規模情況如下表所示：
我國煤制天然氣產業規模情況
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序號 |
企業名稱 |
廠址 |
規模 |
備注 |
|---|---|---|---|---|
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1 |
新疆慶華能源集團有限責任公司 |
新疆伊犁州伊寧縣 |
13.75 |
一期建成投產規模，總規模55億標方/年 |
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2 |
大唐國際克什克騰煤制氣有限公司 |
內蒙古赤峰市克什克騰旗 |
13.35 |
一期建成投產規模，總規模40億標方/年 |
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3 |
內蒙古匯能煤化工有限公司 |
內蒙古鄂爾多斯伊金霍洛旗 |
4 |
一期建成投產規模，同時配套建成了4億方/年液化天然氣生產線，規劃總規模20億標方/年 |
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4 |
浙能集團 |
新疆伊寧 |
20 |
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合計 |
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51.1 |
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根據建成投產及國家已核準煤制天然氣項目分布情況，我國已初步形成新疆伊犁煤制天然氣基地，內蒙古東部煤制天然氣基地和內蒙古鄂爾多斯煤制天然氣基地。其中新疆伊犁已投產煤制天然氣能力達33.75億方/年，是我國目前煤制天然氣產業的主要基地。新疆煤炭資源豐富，但是距離中東部能源主要消費地區遙遠，在新疆建設煤制天然氣基地，將煤炭轉化為清潔能源天然氣輸送至中東部地區，既有助于新疆轉化當地資源、提高經濟發展水平，也有利于保障中東部地區清潔能源供應，取得良好經濟效益和環境效益。
煤制天然氣產業所采用的關鍵技術，包括氣化、變換、凈化、甲烷化、硫回收等早在煤制化肥、甲醇行業得到充分應用和實踐，近幾年來通過示范裝置的建設和投產，煤制天然氣產業關鍵技術等單元技術已逐漸成熟，且部分已實現國產化，為產業的發展提供了有效技術支撐。在目前投運的煤制天然氣裝置中國產碎煤加壓氣化技術，國產變換技術，國產低溫甲醇洗技術，國產硫回收技術都不同程度得到應用。由于國內大規模甲烷化技術仍未成熟，煤制天然氣核心技術甲烷化引進了國外先進技術。隨著煤制天然氣產業的發展，帶動了我國甲烷化技術研究的熱度，目前我國研究甲烷化技術的單位包括西南化工設計院有限公司、中國科學院大連化學物理研究所、北京華福工程有限公司、新地能源工程技術有限公司、武漢科林精細化工有限公司、上海華西化工科技有限公司等許多單位，這些單位在焦爐氣和煤制天然氣領域開展了大量絕熱床及等溫床相關試驗研究，并取得了顯著成果。
煤制天然氣示范項目通過優化工藝技術、完善管理，運行水平不斷提高。大唐克旗、新疆慶華、內蒙古匯能等示范項目經過技術攻關改造，裝置運行時間和負荷正在不斷提高。
隨著煤制天然氣工業化裝置建成投產，通過改造優化，煤制天然氣產業全過程技術路線已基本打通，進一步驗證了煤制天然氣產業在技術路線上的可行性。經過“十二五”期間的發展，我國煤制天然氣產業關鍵技術和裝備水平進一步提高，整體處于世界先進水平。
在我國現有建成四個煤制天然氣項目中自主技術裝備得到廣泛應用。煤氣化技術均采用國產氣化技術，其中三個項目采用國產碎煤加壓氣化技術，一個項目采用國產多元料漿氣化技術。空分、變換、凈化、硫回收等重要工序技術和裝備也普遍采用國產技術。目前煤制天然氣技術中僅甲烷化技術需要依托國外，采用引進技術。已建成投產裝置運行實踐表明國產技術和裝備基本能夠滿足需要。
伴隨著我國石油、天然氣對外依存度的一路攀升，以滿足我國天然氣需求為目的的煤制天然氣產業逐漸興起并發展。但是隨著近年來國際原油價格的動蕩，特別是2014年以來國際油價的大幅走低，極大影響了我國煤制天然氣產業競爭力。同時隨著我國經濟增長放緩，整體能源需求和天然氣需求增速均放緩，煤制天然氣市場前景不明確。整體上看，我國煤制天然氣產業定位有待明確，與礦產天然氣關系也需要研究。
雖然我國煤制天然氣產業技術路線基本打通，單體技術基本成熟，但是工業化裝置投產以來的實踐表明，煤制天然氣產業技術優化仍需提高。已投產項目全系統仍需進一步優化，在建、擬建項目技術選擇還需要優化，尤其是氣化技術與采用原料煤種的適應性需要特別重視研究。目前我國煤制天然氣產業關鍵技術甲烷化技術還依賴進口。因此煤制天然氣關鍵技術國產化還需進一步推進。
煤制天然氣作為新興的技術密集型產業，技術裝備、系統集成復雜，缺乏可借鑒的經驗，部分投資主體缺乏相應的能力和經驗，低估了項目建設、運營、管理方面的難度，暴露出工藝選型不合理、原料煤質與設備選型不匹配、廢水處理與主體裝置不匹配、工程造價超概算等問題，造成工藝裝置運行不穩定，無法實現長周期穩定運行。同時天然氣產品具有相對依賴管網輸送的特殊性，煤制天然氣企業在與管道運營商協調價格和調峰方案時存在較大困難，影響了企業的正常生產。
由于碎煤加壓氣化技術產品粗煤氣產品甲烷產量高，從目標產品角度考慮，是最適合于煤制天然氣產業的煤氣化技術，但碎煤加壓氣化技術氣化溫度低，副產品多，廢水產生量大且處理難度高。當前環保部門對煤化工項目從嚴要求，要實現“近零排放“，而高濃鹽水處理、雜鹽處理技術瓶頸需要突破。
2017年我國天然氣產量1487億方，進口天然氣量920億方，天然氣消費量2373億方，對外依存度達到38.8%。2020 年全國天然氣消費將繼續保持快速增長勢頭，預計2020 年左右我國天然氣年產量可達到2 000億方，進口天然氣達到1100億方，預計2035 年左右我國天然氣年產量可達到2 500億方，天然氣總消費量將達到4 500億方，天然氣消費將由集中的川渝、長三角、廣東、北京等地擴大到中西部地區，我國天然氣消費潛力巨大。
我國能源結構以煤炭為主，是我國大氣污染以及霧霾產生的重要因素，控制煤炭燃燒產生的污染任務十分艱巨。天然氣是一種清潔能源，對環境造成的污染遠遠小于煤炭和石油。基于全球氣候變化的形勢發展，未來將會提高天然氣的消費需求，加快發展和合理利用各種天然氣，可有效改善大氣環境，勢必給天然氣及煤制天然氣行業的發展帶來機遇。因此，煤制天然氣產業符合國際和我國清潔生產、環保低碳的發展方向，未來消費總量將不斷加大，為煤制天然氣產業技術體系研發新增動力，行業發展前景看好。
近年來我國天然氣需求量快速增加，大大超過同期石油消費增速。2017年我國天然氣消費量是2010年的2.2倍，天然氣進口量是2010年的5.4倍，呈現快速發展的勢頭。2017年底以來出現的大范圍氣荒和天然氣漲價說明保障天然氣安全供應的重要性。
2017年中共中央、國務院印發了《關于深化石油天然氣體制改革的若干意見》，明確了深化石油天然氣體制改革的指導思想、基本原則、總體思路和主要任務。其中專門提出要改革油氣管網運營機制，提升集約輸送和公平服務能力。分步推進國有大型油氣企業干線管道獨立，實現管輸和銷售分開。完善油氣管網公平接入機制，油氣干線管道、省內和省際管網均向第三方市場主體公平開放。天然氣管道體制改革的方向有利于煤制天然氣企業直接面對用戶，對提升煤制天然氣項目的經濟性有重要幫助，有利于煤制天然氣產業發展。
隨著國際原油價格大幅下挫，國際天然氣價格也跌入低谷，我國國內天然氣價格也隨著調低。大大影響了產業的經濟型。根據2015年國家發改委天然氣價格最新調整結果，對于非居民用天然氣，新疆門站價為1.15元/標方，內蒙古門站價為1.34元/標方，給已投產煤制天然氣項目帶來巨大經濟壓力。
我國常規礦產天然氣供不足需，2017年產量為1487億立方米，占總消費量（2373億立方米）的比例為62.7%，大量消費需要依靠進口滿足。我國常規礦產天然氣增產潛力十分有限，預計到2025年最多能達到2500億立方米，屆時我國天然氣消費量至少在4000億立方米左右，缺口達1500億立方米左右。到2025年我國煤制天然氣產能可能達到360億方/年，產量達到300億方，占總天然氣消費量的比例達到7.5%，占總缺口的比例達到20%，煤制天然氣將成為我國常規天然氣的重要補充，成為保障我國天然氣供應的重要力量之一，也能夠增加進口天然氣的議價能力，成為進口天然氣價格談判的重要籌碼。
在未來很長一段時期內，煤炭將一直是我國能源消費的主力軍，煤炭資源的清潔高效利用是我國能源發展長期的課題。煤制天然氣能夠將煤炭通過清潔的方式轉化為清潔能源天然氣，是煤炭清潔高效轉化利用的重要途徑。預計到2025年我國煤制天然氣產能可能達到360億方/年，年高效轉化利用1.25億噸煤炭，占2025年煤炭消費量的3%，使煤炭清潔高效利用比例提高3%。
近年來我國部分地區不時出現大范圍霧霾天氣，除氣象條件外，主要原因是這些地區能源消費量大，污染排放強度高，污染物排放量大，機動車、燃煤采暖污染嚴重，造成嚴重大氣污染。提高清潔能源消費比例是解決大氣污染的根本措施之一。2013年6月，國務院提出防治大氣污染防治的十條措施，其中明確提出“加快調整能源結構，加大天然氣、煤制甲烷等清潔能源供應”。煤制天然氣產品為合成天然氣，是清潔能源，使用煤制天然氣代替分散燃煤，能夠顯著削減污染物排放，是污染排放強度高、人口密度大的中東部地區降低大氣污染的重要抓手。預計到2025年通過煤制天然氣將使約1.25億噸煤炭得到清潔高效利用，相比較于直接分散燃煤燃燒減排126萬噸SO2，216萬噸NOx，相比較于發電減排5.1萬噸SO2，8.7萬噸NOx。煤制天然氣將對防治大氣污染，減少霧霾做出貢獻。
在目前的現代煤化工關鍵技術中，煤制天然氣甲烷化技術是少有的國內尚未完全掌握的的技術之一。國內對甲烷化研究也十分活躍，北京低碳清潔能源研究所、西南化工研究設計院、大唐國際化工技術研究院、華能集團清潔能源技術研究院、華福工程公司等都在甲烷化催化劑、甲烷化工藝等方面取得不同程度的進展。隨著研發工作的深入，我國完全掌握大規模甲烷化技術指日可待，將為我國煤制天然氣產業的發展提供強大助力。
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