“做好煤的清洁高效利用”

“做好煤的清洁高效利用”

——专访中化西南化工研究设计院有限公司党委书记、总经理陈健

“我们必须利用国内丰富的煤炭资源，做好煤的清洁高效利用这篇文章。”中化西南化工研究设计院有限公司(以下简称西南院)有限公司党委书记、总经理陈健表示。

在他看来，因为能源禀赋的原因，我国不可能像俄罗斯、美国、欧洲一样大量消耗天然气。而且目前我国天然气40%以上依赖进口，所以更加应该利用“富煤”的优势，将煤转化为清洁能源天然气，助力保障国家能源安全。

“催”煤成气，气助神州!能源饭碗，端好端稳!

西南院在煤制天然气甲烷化技术和催化剂方面取得的突破，让煤炭清洁高效利用和“双碳”目标下的煤化工企业走出低碳之路成为可能。

国家战略

中国石油石化：陈书记，您好!西南院为什么要研发煤制天然气甲烷化催化剂?

陈健：主要是基于两点。首先，煤制天然气是国家能源战略的重要组成部分。我国富煤贫油少气，能源消费要从我国的资源禀赋情况出发;其次，煤制天然气是煤炭清洁高效利用的有效途径之一，要从构建我国清洁低碳安全高效能源体系的方向考虑如何使用煤这种资源。这既是从专业角度，也是从国家宏观政策角度考虑做出的决定。

正因为煤制天然气是国家能源战略的组成部分，是煤炭清洁利用的重要技术路线，而我国规划和正在建设的煤制天然气有数百亿立方米的产能，对于煤制气的技术提出了紧迫的需求和很高的要求，而煤制气技术的核心就是甲烷化催化剂及工艺。

中国石油石化：在您看来，西南院成功自主研发煤制天然气甲烷化催化剂具有怎样的意义?

陈健：1958年建院之初，西南院就在布局天然气化工技术研究。2009年，我们依托坚实的技术储备开展创新，最终研发出煤制天然气甲烷化催化剂，2022年成功实现工业化应用。我们在大型煤制天然气甲烷化技术上取得的重大突破，正是我们为服务国家能源战略做出的贡献。

国家决定组建西南院的目的就是要解决“卡脖子”难题。我们的任务就是承担重大任务，开展技术创新，打造创新团队。当我们取得创新和突破、科研成果服务于国家战略之时，最能体现西南院科研人员的使命感和自身价值。

赢在创新

中国石油石化：西南院煤制天然气甲烷化催化剂在哪些方面显现出创新性?

陈健：首先，循环比更低。对标国外工艺，西南院的煤制气甲烷化技术可以把循环气与新鲜气的比值即循环比降得更低。在甲烷化反应中存在20%左右的一氧化碳，如果它们一次性进入到甲烷化反应器里，会引起大幅度温升，影响反应正常进行。因此，通常要把一股反应后的气体循环回来，起到稀释作用，这样才能把原料气中的一氧化碳浓度降下来。气体循环需要耗电，循环气量越少，装置的运行能耗就越低。

其次，耐高温性和稳定性好。一方面，温度在甲烷化反应过程中是关键因素之一。如果在反应中循环气中断或者因为原料气配比不合适，会导致温度出现急速上涨。如果出现温升数百摄氏度的情况，可能破坏催化剂和反应器。对此，西南院对甲烷化温度控制的手段进行研究，不仅通过多个反应器的分配控制原料气的配比，还可以通过循环气量和蒸汽量调节控制来控制温度。另一方面，使用空速高，汽气比低，反应负荷提升特别明显，这对催化剂副反应的要求大大提高。这些因素决定了这个催化剂研发难度极大。

第三，产出的天然气品质更高。2022年7月，采用西南院甲烷化技术的天然气产品达到国家标准，顺利并入国家西气东输管网。由于不同用户对于合成天然气和管道输送提出不同要求，西南院会根据其需求，把产品天然气中的氢气或者二氧化碳的含量控制在1%以下。例如，一些发电用户对天然气的氢气含量要求尽量低，我们会在工艺上对氢碳比进行调节。

目前，西南院煤制天然气技术已申请甲烷化关键技术发明专利27项，获得授权13项;制定国家标准1项，形成了自主知识产权。

优中更优

中国石油石化：西南院的煤制天然气甲烷化催化剂首次实现了110%负荷平稳运行;获得的甲烷浓度为61.7%，高于国外引进技术近3个百分点。这取决于什么?

陈健：采用西南院的甲烷化催化剂的煤制天然气装置能以110%的负荷运行，说明了我们开发的催化剂活性好。甲烷浓度则与多个因素，如循环量、蒸汽量、出口温度、压力、入口组成等有关。我们的催化剂可以在更低的汽气比条件下运行，因此甲烷浓度更高。

中国石油石化：在您看来，西南院的甲烷化催化剂有哪些亮点?

陈健：一是更优异的活性。若把催化剂的活性位比喻为一个个独立的个体，则催化剂的活性就是所有个体的集体力量。我们的办法是提高有效个体的数量，集体力量就更大，也就是活性更好。特别是在低温情况下达到同样的效果，需要的活性位更多，从而达到了更优异的甲烷化活性。

二是更高的转化率。我们通过多段反应器、配套多种催化剂，总转化率超过98.5%，高于国外水平。

三是更好的综合性能。为了提高甲烷化催化剂的抗积碳和耐高温性能，我们的催化剂和工艺研究人员共同完成了大量的计算与实验工作。在工艺上，力求通过最佳的工艺设置与条件优化，进一步降低能耗;同时，探索催化剂的难点所在，并逐一寻求解决的途径。通过千万次的试验，工艺和催化剂结合，最终解决了煤制天然气甲烷化工序的痛点问题，研发出具有自主知识产权的新型煤制天然气甲烷化工艺及催化剂。

（本文图片均由中化西南院提供）

（编辑：王星）