摘要：隨著社會和經濟的發展，天然氣的需求迅速增長，已成為全球市場消費量增長較快的能源之一。為了緩解天然氣市場需求，研發先進的天然氣制備技術增加天然氣產量已刻不容緩。本文重點分析了我國天然氣制備技術現狀。

天然氣制備技術是指利用相應設備，根據甲烷化反應原理，將含碳資源轉化為甲烷的技術。當前，我國現有的天然氣合成技術主要包括煤制天然氣、生物質合成天然氣、CO₂甲烷化合成天然氣以及焦爐煤氣制取天然氣。

天然氣制備技術種類較多，以焦爐煤氣制天然氣為主

我國煤炭資源豐富，充分利用煤炭資源制取天然氣，可以有效緩解我國天然氣的供需矛盾。煤制天然氣是以煤為原料，利用氣化、凈化及甲烷化技術制取天然氣。主要分為“一步法”及“兩步法”。

“一步法”制取天然氣指以煤為原料一步氣化生成甲烷，主要分為加氫氣化工藝和催化蒸汽轉化工藝。加氫氣化工藝指以氫氣為氣化劑，煤炭顆粒在一個具有內部熱流循環的流化床反應器中與氫氣反應生成甲烷。主要反應為：

C+2H₂→CH₄

催化蒸汽轉化技術指水蒸氣與帶有催化劑的煤炭顆粒在同一反應器中同時發生氣化及甲烷化反應，通過吸附的方法將甲烷從混合氣中分離。主要化學反應為：

C+H₂O→CO+H₂

CO+3H₂→CH₄+H₂O

“一步法”制取天然氣技術不需要氧氣參加反應，有效的節省了空分費用，并且氣化反應及甲烷化反應溫度要求不高，能夠有效節省成本。但是加氫氣化工藝中氫的引入較為復雜，催化蒸汽轉化技術中催化劑的回收存在困難。

“兩步法”制取天然氣指與氣化劑在氣化爐中接觸，生成的合成氣依次經過凈化和甲烷化，最終生成甲烷的技術。主要反應分為兩步：

①C+O₂→CO₂  C+H₂O→CO+H₂  C+CO₂→2CO       

②CO+3H₂→CH₄+H₂O

該技術是煤制天然氣的核心技術，為保證催化劑的高活性以及原料的高轉化率，該反應一般在低溫高壓下進行。目前該工藝已有商業化應用，但是該工藝的熱效率較低。

生物質合成天然氣技術指利用生物質氣化得到的富氫氣體制取合成天然氣。該工藝能夠大量降低生物質因燃燒而排放的CO₂,減輕溫室效應，而且能夠提高能源品質，屬于新型的合成天然氣技術。由于生物質氣化后產物中含有雜質（如液態焦油、有機硫等），需對產物進行凈化。我國當前雜質處理技術尚不完善，所以該項技術在我國尚未工業化。

CO₂甲烷化合成天然氣指通過外界加氫等技術，將CO₂轉化為甲烷，并且甲烷可以作為燃料使用，產生的CO₂可以重復甲烷化，構成循環系統。主要反應為：

CO₂+4H₂→CH₄+2H₂O

該項技術能夠減少環境污染及有效利用碳資源，CO₂甲烷化合成天然氣途徑多種多樣，但是國內外學者對該項技術仍處于研究階段。

焦爐煤氣制取天然氣指將焦爐氣經過凈化脫除硫化物、苯等雜質，再經壓縮換熱，最后在催化劑的作用下進行甲烷化反應，生成以甲烷為主的混合氣再經過變壓吸附，最后得到合成天然氣。主要反應有：

CO+3H₂→CH₄+H₂O

CO₂+4H₂→CH₄+2H₂O

該技術制取天然氣不僅可以減少廢氣排放對環境的污染，又提高了能源的利用率，既減少了環保壓力，又增加了經濟效益。數據顯示，截止2016年，焦爐煤氣制天然氣的產能已占天然氣總產能的13%。該技術已經成為合成天然氣的主要方法。

焦爐煤氣制取天然氣已有技術突破，并初具市場規模

我國是重要的焦炭產地，數據顯示，2017年我國焦炭產量43142.6萬噸，居世界首位。每生產一噸焦炭，可產生約430立方米的焦爐煤氣，一半用于回爐助燃，另一半可以用來生產天然氣。

我國焦爐煤氣制取天然氣的技術主要有兩種，一是西南化工研究設計院有限公司“焦爐煤氣甲烷化制備天然氣”的甲烷化工藝，二是中國科學院大連化學物理研究所“焦爐煤氣聯合凈化分離制備天然氣”為代表的工藝。結合這兩項技術，截止2016年，我國通過焦爐煤氣制天然氣的工廠已經突破30家，其中，項目分布情況如下。

圖1 我國焦爐氣制取天然氣項目分布情況

（數據來源：國際能源網）

表1 目前國內焦爐氣制取天然氣部分項目

（數據來源：中國產業信息網）

結語

我國天然氣制備技術種類較多，一般分為煤制天然氣、生物質合成天然氣、CO₂甲烷化合成天然氣以及焦爐煤氣制取天然氣。各種技術優缺點并存，結合我國焦炭產量高、已有天然氣制備技術，焦爐煤氣制取天然氣在我國企業生產中得到了廣泛應用。