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作者：陳丹江 來源：中國化工報 2018年10月23日
收藏2018年9月5日，由大唐化工技術研究院研發的預還原合成氣完全甲烷化(SNG)催化劑首次投入工業試用並取得圓滿成功，表明國內煤制天然氣項目使用國產甲烷化技術取得新突進展，自主煤基合成氣完全甲烷化技術在創新中醞釀突破。
甲烷化是煤制氣核心技術
煤制天然氣項目的成功與否，取決於合成氣完全甲烷化技術。大唐化工技術研究院總工程師梅長松告訴記者，煤制天然氣技術是煤氣化制合成氣、合成氣變換、淨化、甲烷化、廢水處理與回用等多個單元化工過程的技術集成。合成氣完全甲烷化技術作為煤制天然氣的核心工藝技術，早在上世紀30年代就已出現，但研究工作時斷時續。
目前，國外僅有魯奇、託普索、英國煤氣等少數幾家公司擁有相對成熟的高溫高壓合成氣完全甲烷化工藝成套技術;國內擁有的甲烷化技術主要為常壓部分甲烷化技術生產高熱值城市煤氣以及微量CO/CO2等氣體的淨化，在高溫、高壓條件下以合成氣完全甲烷化技術生產煤基天然氣方面，尚無具有自主智慧財產權的成熟技術及工藝。
國外技術成熟實現輸出
大唐化工技術研究院副總工程師劉學武介紹說，自上世紀70年代石油危機以後，國內外都開展了煤制天然氣技術的研究。德國魯奇公司結合巴斯夫公司的甲烷化催化劑完成了整套工藝技術的開發;德國魯奇公司、南非薩索爾公司共同進行煤制天然氣的研究和試驗，可生產合格的合成天然氣。美國應用此項技術建設的20億立方米/年煤制天然氣工廠已成功運行30年。針對魯奇液態排渣氣化爐合成氣CO 含量高達60%的特點，英國煤氣公司和德國魯奇公司合作，先後開發出HICOM、改進型HICOM甲烷化工藝以及高效甲烷化催化劑，並建立了5萬立方米/天的煤制天然氣裝置，實現了使用魯奇液態排渣爐制合成天然氣的設想。我國首個煤制天然氣示範項目——大唐克旗項目即採用此技術建設並已成功投產營運。
丹麥託普索公司成功開發了TREMP完全甲烷化工藝技術及催化劑，採用TREMP工藝先後建立了EVA I/ADAM I和EVA II/ADAM II裝置，累計運行時間超過11000小時。採用託普索甲烷化技術的新疆慶華煤制天然氣項目和內蒙古匯能煤化工項目也已投產營運。
國內主攻常壓部分甲烷化
相對於國外合成氣甲烷化技術的成熟度，我國在以生產SNG為目的的合成氣甲烷化技術開發方面起步較晚，相關研究主要集中在常壓部分甲烷化生產城市煤氣，並呈後來居上之勢。
劉學武說，我國在「六五」至「八五」期間，開展了水煤氣常壓部分甲烷化生產中熱值城市煤氣的研究並取得了產業推廣。1987年，中科院大連化物所開發的常壓水煤氣部分甲烷化生產城市煤氣技術通過技術鑑定，該技術的特點是常壓360℃、水煤氣部分甲烷化、採用單段非循環固定床，依託該成果1990年在上海青浦化工廠建設了我國第一座35000立方米/天的煤氣化甲烷化示範裝置。
近年來，大唐化工研究院、中科院大連化物所、西南化工研究院、中石化南京集團研究院等多家單位開展了合成氣甲烷化技術研究。大唐化工研究院通過自主研發和引進、消化、吸收國外成熟合成氣甲烷化成套技術，開發了具有自主智慧財產權的合成氣甲烷化技術，按照工業裝置標準建設了3000立方米/天SNG甲烷化裝置，並累計穩定運行超過4000小時。
國產催化劑試用成功
合成氣完全甲烷化工藝技術的核心是甲烷化催化劑，目前國外主要有巴斯夫的G1系列、莊信萬豐的CRG系列以及託普索的MCR-2X系列催化劑。
大唐國際化工技術研究院有限公司自2007年建院起，一直致力於系統內煤制氣項目關鍵核心技術合成氣完全甲烷化工藝技術和催化劑的技術攻關。他們依託國家「863」計劃，從實驗室小試、中試放大到工業放大，完成了甲烷化催化劑的開發工作，並於2014年12月被中國石化聯合會鑑定為達到國際先進水平。此後他們又開展了煤氣化後合成氣完全甲烷化的工業側線試驗，催化劑在620℃～650℃高溫範圍內長期穩定運行。
2017年11月，大唐與湖北薈煌科技有限公司開展SNG催化劑產研合作，於今年7月生產出預還原態甲烷化催化劑約12噸，8月份裝填到克旗煤制氣項目甲烷化裝置C102A/B反應器中，9月初投入試用取得成功。預計2019年下半年將在阜新煤制氣甲烷化裝置上全線應用。
自主技術有待工業示範
劉學武認為，國內煤基合成氣完全甲烷化技術發展至今存在的主要問題為尚無自主甲烷化技術的工業化示範。工藝方面，其關鍵設備高溫高水壓縮機和廢熱鍋爐等選型仍以進口產品為主，國產自主設備尚未經過工業驗證;催化劑方面，在高溫、高水熱情況下如何避免積炭及粉化是工業應用必須解決的技術難題。
據統計，截至目前，國家發改委核准和準予啟動前期工作的煤制天然氣項目共12個，在建和規劃的項目多達60多個，作為煤制天然氣項目核心的甲烷化技術，將大力助推我國煤制天然氣產業的發展。
但梅長松也提醒業界，從煤制氣項目推進情況來看，呈現出規劃多、投產少的特點。由於煤制天然氣項目建設熱度下降，近年來國內科研院所對甲烷化工藝與催化劑的研究投入也隨之減少。工藝技術研究方面，包括五環工程等正在積極開發無循環甲烷化技術。催化劑研發方面，儘管國內催化劑在焦爐氣甲烷化應用方面成果顯著，但合成氣完全甲烷化催化劑仍由國外壟斷，這種局面急需改變。