煤制天然气指以煤为原料生产甲烷作为合成天然气，其中关键技术是甲烷化。我国甲烷化研究始于改革开放后的二十世纪八十年代，缘起于合成氨工业和城市煤气技术需要。氨合成工业中，由于CO和CO2会使氨合成催化剂中毒，在合成气进合成反应器前需将微量的CO和CO2转化掉，甲烷化技术是利用CO和CO2与H2反应完全转化为CH4，使合成气中CO和CO2小于10ppm。由于甲烷化催化剂使用温区较窄（300---400℃），起活温度较高，为防止超温，进甲烷化反应器的CO＋CO2要求小于0.8％，同时，为防止甲烷化镍基催化剂中毒，合成气中硫含量要求小于0.1 ppm。
另外，国内城市煤气运用也比较广泛，主要有两种工艺：一是采用碎煤气化生产城市煤气，粗煤气经过净化后直接送城市煤气管网，其甲烷浓度约15%，CO浓度约35%，典型运用工厂有河南义马煤气厂、哈尔滨煤气厂等。另一种是固定层间歇气化生产半水煤气，经过净化后将半水煤气中CO为29%，通过等温移热的方法，对其实现甲烷化。在上世纪80年代，在缺乏耐高温甲烷化催化剂的情况下中国五环工程有限公司最先开发和研究该甲烷化工艺技术，并采用中国科学院大连化物所开发的甲烷化催化剂，将该技术在湖北沙市、十堰第二汽车制造厂和北京顺义等的城市居民用气和工业炉用气的供应中实现了工业化。
大连化物所在合成气甲烷化催化剂及技术的研究开发方面起步较早，早在二十世纪八十年代，课题组在袁权院士领导下，着眼于高热值城市煤气的生产，成功开发常压水煤气部分甲烷化催化剂及技术。1987年该技术通过鉴定，并相继获得中科院科技进步一等奖，国家发明三等奖和自然科学奖各一项，催化剂放大获省市科技进步奖。目前中科院大连化物所在部分甲烷化催化剂及技术方面拥有3项专利。该技术的特点是常压、360℃、水煤气部分甲烷化，采用单段非循环固定床反应器；采用的M348-2A型甲烷化催化剂具有甲烷化－变换双功能。依托该项成果于1990年在上海青浦化工厂建设了我国第一座35000立方米/天的甲烷化煤气化示范装置，而后又建设了辽宁瓦房店、北京防化兵总院等10余个工程。
2005年以后随着我国天然气消费量增加，对外依存度不断提高，利用煤制天然气满足国内日益增长的天然气需求受到重视。国家相继核准了大唐克旗、大唐阜新、新疆庆华、内蒙古汇能、浙能伊犁等一批煤制天然气项目。由于国内甲烷化技术缺乏大规模装置运行经验，而国外技术在美国大平原煤制天然气装置上有过成功使用经验，因此国内的煤制天然气项目甲烷化装置均引进国外技术。2013年新疆庆华能源集团55亿方/年煤制天然气项目一期装置和大唐克旗煤化工有限公司40亿方/年煤制天然气项目一期装置相继投产，标志着我国煤制天然气产业正式迈入产业化。随后内蒙古汇能化工煤制气项目和浙能集团伊犁项目投产，我国煤制天然气产业初步形成。
经过不懈努力，目前我国有四个煤制天然气项目建成投产，总产能为51.1亿方/年。我国煤制天然气生产规模情况如下表所示：
我国煤制天然气产业规模情况
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序号 |
企业名称 |
厂址 |
规模 |
备注 |
|---|---|---|---|---|
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1 |
新疆庆华能源集团有限责任公司 |
新疆伊犁州伊宁县 |
13.75 |
一期建成投产规模，总规模55亿标方/年 |
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2 |
大唐国际克什克腾煤制气有限公司 |
内蒙古赤峰市克什克腾旗 |
13.35 |
一期建成投产规模，总规模40亿标方/年 |
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3 |
内蒙古汇能煤化工有限公司 |
内蒙古鄂尔多斯伊金霍洛旗 |
4 |
一期建成投产规模，同时配套建成了4亿方/年液化天然气生产线，规划总规模20亿标方/年 |
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4 |
浙能集团 |
新疆伊宁 |
20 |
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合计 |
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51.1 |
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根据建成投产及国家已核准煤制天然气项目分布情况，我国已初步形成新疆伊犁煤制天然气基地，内蒙古东部煤制天然气基地和内蒙古鄂尔多斯煤制天然气基地。其中新疆伊犁已投产煤制天然气能力达33.75亿方/年，是我国目前煤制天然气产业的主要基地。新疆煤炭资源丰富，但是距离中东部能源主要消费地区遥远，在新疆建设煤制天然气基地，将煤炭转化为清洁能源天然气输送至中东部地区，既有助于新疆转化当地资源、提高经济发展水平，也有利于保障中东部地区清洁能源供应，取得良好经济效益和环境效益。
煤制天然气产业所采用的关键技术，包括气化、变换、净化、甲烷化、硫回收等早在煤制化肥、甲醇行业得到充分应用和实践，近几年来通过示范装置的建设和投产，煤制天然气产业关键技术等单元技术已逐渐成熟，且部分已实现国产化，为产业的发展提供了有效技术支撑。在目前投运的煤制天然气装置中国产碎煤加压气化技术，国产变换技术，国产低温甲醇洗技术，国产硫回收技术都不同程度得到应用。由于国内大规模甲烷化技术仍未成熟，煤制天然气核心技术甲烷化引进了国外先进技术。随着煤制天然气产业的发展，带动了我国甲烷化技术研究的热度，目前我国研究甲烷化技术的单位包括西南化工设计院有限公司、中国科学院大连化学物理研究所、北京华福工程有限公司、新地能源工程技术有限公司、武汉科林精细化工有限公司、上海华西化工科技有限公司等许多单位，这些单位在焦炉气和煤制天然气领域开展了大量绝热床及等温床相关试验研究，并取得了显著成果。
煤制天然气示范项目通过优化工艺技术、完善管理，运行水平不断提高。大唐克旗、新疆庆华、内蒙古汇能等示范项目经过技术攻关改造，装置运行时间和负荷正在不断提高。
随着煤制天然气工业化装置建成投产，通过改造优化，煤制天然气产业全过程技术路线已基本打通，进一步验证了煤制天然气产业在技术路线上的可行性。经过“十二五”期间的发展，我国煤制天然气产业关键技术和装备水平进一步提高，整体处于世界先进水平。
在我国现有建成四个煤制天然气项目中自主技术装备得到广泛应用。煤气化技术均采用国产气化技术，其中三个项目采用国产碎煤加压气化技术，一个项目采用国产多元料浆气化技术。空分、变换、净化、硫回收等重要工序技术和装备也普遍采用国产技术。目前煤制天然气技术中仅甲烷化技术需要依托国外，采用引进技术。已建成投产装置运行实践表明国产技术和装备基本能够满足需要。
伴随着我国石油、天然气对外依存度的一路攀升，以满足我国天然气需求为目的的煤制天然气产业逐渐兴起并发展。但是随着近年来国际原油价格的动荡，特别是2014年以来国际油价的大幅走低，极大影响了我国煤制天然气产业竞争力。同时随着我国经济增长放缓，整体能源需求和天然气需求增速均放缓，煤制天然气市场前景不明确。整体上看，我国煤制天然气产业定位有待明确，与矿产天然气关系也需要研究。
虽然我国煤制天然气产业技术路线基本打通，单体技术基本成熟，但是工业化装置投产以来的实践表明，煤制天然气产业技术优化仍需提高。已投产项目全系统仍需进一步优化，在建、拟建项目技术选择还需要优化，尤其是气化技术与采用原料煤种的适应性需要特别重视研究。目前我国煤制天然气产业关键技术甲烷化技术还依赖进口。因此煤制天然气关键技术国产化还需进一步推进。
煤制天然气作为新兴的技术密集型产业，技术装备、系统集成复杂，缺乏可借鉴的经验，部分投资主体缺乏相应的能力和经验，低估了项目建设、运营、管理方面的难度，暴露出工艺选型不合理、原料煤质与设备选型不匹配、废水处理与主体装置不匹配、工程造价超概算等问题，造成工艺装置运行不稳定，无法实现长周期稳定运行。同时天然气产品具有相对依赖管网输送的特殊性，煤制天然气企业在与管道运营商协调价格和调峰方案时存在较大困难，影响了企业的正常生产。
由于碎煤加压气化技术产品粗煤气产品甲烷产量高，从目标产品角度考虑，是最适合于煤制天然气产业的煤气化技术，但碎煤加压气化技术气化温度低，副产品多，废水产生量大且处理难度高。当前环保部门对煤化工项目从严要求，要实现“近零排放“，而高浓盐水处理、杂盐处理技术瓶颈需要突破。
2017年我国天然气产量1487亿方，进口天然气量920亿方，天然气消费量2373亿方，对外依存度达到38.8%。2020 年全国天然气消费将继续保持快速增长势头，预计2020 年左右我国天然气年产量可达到2 000亿方，进口天然气达到1100亿方，预计2035 年左右我国天然气年产量可达到2 500亿方，天然气总消费量将达到4 500亿方，天然气消费将由集中的川渝、长三角、广东、北京等地扩大到中西部地区，我国天然气消费潜力巨大。
我国能源结构以煤炭为主，是我国大气污染以及雾霾产生的重要因素，控制煤炭燃烧产生的污染任务十分艰巨。天然气是一种清洁能源，对环境造成的污染远远小于煤炭和石油。基于全球气候变化的形势发展，未来将会提高天然气的消费需求，加快发展和合理利用各种天然气，可有效改善大气环境，势必给天然气及煤制天然气行业的发展带来机遇。因此，煤制天然气产业符合国际和我国清洁生产、环保低碳的发展方向，未来消费总量将不断加大，为煤制天然气产业技术体系研发新增动力，行业发展前景看好。
近年来我国天然气需求量快速增加，大大超过同期石油消费增速。2017年我国天然气消费量是2010年的2.2倍，天然气进口量是2010年的5.4倍，呈现快速发展的势头。2017年底以来出现的大范围气荒和天然气涨价说明保障天然气安全供应的重要性。
2017年中共中央、国务院印发了《关于深化石油天然气体制改革的若干意见》，明确了深化石油天然气体制改革的指导思想、基本原则、总体思路和主要任务。其中专门提出要改革油气管网运营机制，提升集约输送和公平服务能力。分步推进国有大型油气企业干线管道独立，实现管输和销售分开。完善油气管网公平接入机制，油气干线管道、省内和省际管网均向第三方市场主体公平开放。天然气管道体制改革的方向有利于煤制天然气企业直接面对用户，对提升煤制天然气项目的经济性有重要帮助，有利于煤制天然气产业发展。
随着国际原油价格大幅下挫，国际天然气价格也跌入低谷，我国国内天然气价格也随着调低。大大影响了产业的经济型。根据2015年国家发改委天然气价格最新调整结果，对于非居民用天然气，新疆门站价为1.15元/标方，内蒙古门站价为1.34元/标方，给已投产煤制天然气项目带来巨大经济压力。
我国常规矿产天然气供不足需，2017年产量为1487亿立方米，占总消费量（2373亿立方米）的比例为62.7%，大量消费需要依靠进口满足。我国常规矿产天然气增产潜力十分有限，预计到2025年最多能达到2500亿立方米，届时我国天然气消费量至少在4000亿立方米左右，缺口达1500亿立方米左右。到2025年我国煤制天然气产能可能达到360亿方/年，产量达到300亿方，占总天然气消费量的比例达到7.5%，占总缺口的比例达到20%，煤制天然气将成为我国常规天然气的重要补充，成为保障我国天然气供应的重要力量之一，也能够增加进口天然气的议价能力，成为进口天然气价格谈判的重要筹码。
在未来很长一段时期内，煤炭将一直是我国能源消费的主力军，煤炭资源的清洁高效利用是我国能源发展长期的课题。煤制天然气能够将煤炭通过清洁的方式转化为清洁能源天然气，是煤炭清洁高效转化利用的重要途径。预计到2025年我国煤制天然气产能可能达到360亿方/年，年高效转化利用1.25亿吨煤炭，占2025年煤炭消费量的3%，使煤炭清洁高效利用比例提高3%。
近年来我国部分地区不时出现大范围雾霾天气，除气象条件外，主要原因是这些地区能源消费量大，污染排放强度高，污染物排放量大，机动车、燃煤采暖污染严重，造成严重大气污染。提高清洁能源消费比例是解决大气污染的根本措施之一。2013年6月，国务院提出防治大气污染防治的十条措施，其中明确提出“加快调整能源结构，加大天然气、煤制甲烷等清洁能源供应”。煤制天然气产品为合成天然气，是清洁能源，使用煤制天然气代替分散燃煤，能够显著削减污染物排放，是污染排放强度高、人口密度大的中东部地区降低大气污染的重要抓手。预计到2025年通过煤制天然气将使约1.25亿吨煤炭得到清洁高效利用，相比较于直接分散燃煤燃烧减排126万吨SO2，216万吨NOx，相比较于发电减排5.1万吨SO2，8.7万吨NOx。煤制天然气将对防治大气污染，减少雾霾做出贡献。
在目前的现代煤化工关键技术中，煤制天然气甲烷化技术是少有的国内尚未完全掌握的的技术之一。国内对甲烷化研究也十分活跃，北京低碳清洁能源研究所、西南化工研究设计院、大唐国际化工技术研究院、华能集团清洁能源技术研究院、华福工程公司等都在甲烷化催化剂、甲烷化工艺等方面取得不同程度的进展。随着研发工作的深入，我国完全掌握大规模甲烷化技术指日可待，将为我国煤制天然气产业的发展提供强大助力。
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