液化天然气、管道天然气与煤制天然气的比较分析.pdf

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1、书书书第 卷增刊化工学报 年 月 檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭殐殐殐殐综述与专论液化天然气、管道天然气与煤制天然气的比较分析王小伍，华贲（华南理工大学理学院；华南理工大学化工学院，广东 广州 ）摘要：采用 方法对煤制天然气方案及其替代方案（俄罗斯进口管道天然气以及澳大利亚进口液化天然气）进行了评价，揭示了煤制天然气全生命周期各环节的环境效应。种方案中，煤制天然气的 等环境排放最高。煤制天然气对原材料价格的承受能力低下，随着褐煤价格的上涨，煤制天然气项目的经济性将受到较大的挑战。关键词：煤制天然气；液化天然气；管道天然气；环境排放；经济效益中图分类号：文献标识码：文章编号：（）犆 狅 犿

2、 狆 犪 狉 犻 狊 狅 狀犫 犲 狋 狑 犲 犲 狀犾 犻 狇 狌 犲 犳 犻 犲 犱狀 犪 狋 狌 狉 犪 犾 犵 犪 狊，狆 犻 狆 犲狀 犪 狋 狌 狉 犪 犾 犵 犪 狊犪 狀 犱狊 狌 犫 狊 狋 犻 狋 狌 狋 犲狀 犪 狋 狌 狉 犪 犾 犵 犪 狊犠犃 犖 犌犡 犻 犪 狅 狑 狌，犎 犝 犃犅 犲 狀（犘 犺 狔 狊 犻 犮 狊犇 犲 狆 犪 狉 狋 犿 犲 狀 狋，犛 犮 犺 狅 狅 犾 狅 犳犛 犮 犻 犲 狀 犮 犲；犛 犮 犺 狅 狅 犾 狅 犳犆 犺 犲 犿 犻 犮 犪 犾犈 狀 犵 犻 狀 犲 犲 狉 犻 狀 犵，犛 狅 狌 狋 犺犆 犺 犻 狀 犪犝 狀 犻

3、狏 犲 狉 狊 犻 狋 狔狅 犳犜 犲 犮 犺 狀 狅 犾 狅 犵 狔，犌 狌 犪 狀 犵 狕 犺 狅 狌 ，犌 狌 犪 狀 犵 犱 狅 狀 犵，犆 犺 犻 狀 犪）犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋：，？，收到初稿，收到修改稿。联系人及第一作者：王小伍（），女，博士，副教授。犚 犲 犮 犲 犻 狏 犲 犱犱 犪 狋 犲：犆 狅 狉 狉 犲 狊 狆 狅 狀 犱 犻 狀 犵犪 狌 狋 犺 狅 狉：，犓 犲 狔狑 狅 狉 犱 狊：；引言煤不仅是一种常规能源，也是用于化工生产的原料。煤制天然气工程是以煤为原料，经过化学加工使之转化为天然气的过程。近年来，由于我国对天然气需求的快速发展，同时也由于环境进一

4、步改善的需要，有人大力倡导煤制天然气（），以补充我国天然气气源。环境毒物 学 和 化 学 学 会 提 出 生 命 周 期 评 价（），用 于 评 估 产 品 与 过程的能量和物质 利用以及废 物排 放 对 环 境 的影响，进 而 寻 求 改 善环境影响 的机 会 以 及 如 何利用 这 种 机 会。本 文采用 方法对煤制天然气方案及其替代方案进行了评 价，揭 示 了 煤 制 天然气 全 生 命 周 期 各环节的环 境效 应，为 煤 利用和天 然 气 的 利 用 提供定量依据。生命周期评价的目标定义和范围界定 研究对象和功能单位本文将对比研究煤制天然气、俄罗斯进口管道天然气（）以 及 澳 大 利

5、 亚 进 口 液 化 天 然 气（）的生命周期能源使用和环境排放。选择的功能单位为 天然气。研究目标和系统边界研究 目 标：分 析 煤 制 天 然 气、俄 罗 斯 进 口 以及澳大利亚进口 等各种来源的天然气的不同生命周期阶段的资源消费、能源消费与环境排放。考虑到本文是对比研究种不同来源的天然气，最终产品都是天然气，虽然最终产品的热值可能有所差别，但对结论的影响不大，因此，忽略了产品使用阶段的环境排放。系统边界包括主要原材料生产、运输。生命周期清单分析选择的煤制天然气用煤为山西、内蒙古等地的褐煤，天然气生产地选定为山西北部，生产的天然气通 过 管 道 输 送 往 北 京，以 补 充 北 京 的

6、 天 然 气气源。煤制天然气流程如图。从汽化炉来的激冷合成气送入水煤气变换反应器，以调整甲烷合成所需要的氢碳比，再进入脱硫、脱碳单元收集高纯度，并回收单质硫，干净的合成气送入甲烷化反应器以生产天然气，小部分合成气作为干燥煤用的燃料，甲烷化过程放出的大量热用于产生高压蒸汽，可以驱动蒸汽轮机发电供给空分系统。coal vaporescenceair separationnatural?gascoaloxygensteamairwater gas?transfer desulfurize?decarbonizationmethane?transferCO2 compress?recyclesulfu

7、r?recyclesteam?recycledry coal图煤制天然气流程图 在本文的计算中，煤制天然气用煤选择为褐煤（灰分，热值取 ），每生产 原煤耗电 。每 主产品（煤制天然气）消耗氧 、蒸汽 、电力 、锅炉给水 、褐煤 ，通过对甲烷化过程的热量利用可副产蒸汽 ，并回收高纯度 、单质硫 。煤制天然气项目生产规模，设计年限为 。煤制天然气在山西北部产煤区域生产，然后通过管道运输方式送往北京，俄罗斯进口 采用全程管道输送北京，澳大利亚进口 首先采用船运至天津沿海码头再汽化通过管道输送北京，因此种方案都涉及管道输送，而本文的目的在于比较种方案的环境排放、经济成本状况，因此为简化计算，忽略煤制天

8、然气从山西北部送往北京以及澳大利亚进口 从天津送往北京的管道输送，而俄罗斯进口 的管输距离取为 ，管道寿命取为 。澳大利亚进口 船运距离取化工学报第 卷为 ，单船运输量 ，油轮的单位载重 单 位 里 程 燃 料 消 耗 量 为 。建设阶段所耗用钢材的 排放因子取为 ，排放因子取为 ，建设阶段所耗用水泥的 排放因子取为 ，排放因子取为 。生产 的动力及公用设施耗电量约为 ，在 接收站，一般又将 通过汽化器汽化后使用，汽化时放出大量的冷量，其值大约为 。因此，各方案生命周期清单见表。表各方案生命周期清单犜 犪 犫 犾 犲犔 犻 犳 犲犮 狔 犮 犾 犲犪 狊 狊 犲 狊 狊 犿 犲 狀 狋 犾 犻

9、 狊 狋 狅 犳 犲 犪 犮 犺狆 狉 狅 犼 犲 犮 狋 狊（：）：，：分析由表可知，建设阶段是煤制天然气主要的环境排放阶段，生产阶段次之，煤的开采阶段产生的 排放量和 排放量都远小于生产阶段。俄罗斯进口 建设阶段管道建设所消耗的钢材的生命周期排放是俄罗斯进口 方案主要的环境排放。澳大利亚进口 建设阶段造船用材料的生命周期排放是澳大利亚进口 方案生命周期主要的环境排放阶段，进口 的运输阶段产生的环境排放次之。煤制天然 气 的 副 产 品 可 以 用 在 油 田 以增加产油量，但即使不考虑这部分的 排放，煤制天然气 方 案 仍 旧 在种 方 案 中 具 有 最 高 的 排放量 和 排 放 量。

10、为 了 减 少 成 本，煤制天然气 项 目 一 般 都 建 设 在 产 煤 区 域 附 近，每生产 原煤产生 矿井水，处理费用约每吨 元，洗 煤 水，处 理 费 用 约 每 吨 元。每生 产 原 煤 产 生 煤 矸 石 ，每 百 万吨煤矸石 占 地公 顷，导 致 土 地 损 失 及 地 下 水的污染。每 万 吨 标 准 煤 的 生 产 引 起 的 地 表 塌 陷面积为公 顷，处 理 每 吨 原 煤 引 起 的 地 表 塌 陷的费用约为 元。因 此，产 煤 区 域 一 般 也 都是生态环 境 相 对 脆 弱 的 区 域，在 产 煤 区 域 再 发展大规模的 煤 制 天 然 气 项 目 必 定 会

11、 加 重 产 煤 地区的环境压力。此外，值得注意的是，煤制天然气整个生命周期内的 排放和 排放都发生在国内，而澳大利亚进口 项目中，生产阶段中冷却天然气所消耗的能源和因此而产生的环境排放都发生在环境承受能力远远优于中国的澳大利亚，冷能的回收利用却发生在国内。从热力 学 第 二 定 律 角 度，用 一 种 能 源 制 备另一种能 源 势 必 要 产 生 额 外 的 能 量 耗 散。不 考虑天然气 的 使 用 环 节 时，煤 制 天 然 气 项 目 生 命周期的热能的转换率仅有，与燃煤火力发电的能源 利 用 效 率 相 当，如 果 考 虑 煤 制 天 然 气的再次燃 烧 利 用 所 产 生 的 能

12、 量 耗 散，则 可 以 断定煤制天然 气 产 业 链 的 能 源 效 率 不 如 燃 煤 火 力发电。煤制天然气项目的经济竞争力分析煤制天然气可以利用热值低的褐煤，但近来褐煤的价格上升较快，煤制天然气的经济性也受到较大的 挑 战。假 如 煤 制 天 然 气 方 案 的 投 资 费 用 为 元，蒸汽价格 元，电价 元（），硫磺 元，副产 售价 元，其他费用 元（包括副产 的封存费用），不考虑副产 排放（封存），表给出了煤制天然气方案项目在碳价分别为和 元两种情况下，不同的褐煤价格所对应的产品（天然气）的出清（零利润）价格。增刊王小伍等：液化天然气、管道天然气与煤制天然气的比较分析表煤制天然气方

13、案项目出清（零利润）价格犜 犪 犫 犾 犲犆 犾 犲 犪 狉狆 狉 犻 犮 犲狅 犳犛 犖 犌狆 狉 狅 犼 犲 犮 狋 （）（）从表可以看出，褐煤的价格波动对产品的定价影响很大。在碳价为的情况下，褐煤价格为 元时，天然气出清价格为 元，而当褐煤价格为 元时，天然气出清价格为 元，上升了一倍多。在碳价为 元的情况下，褐煤价格为 元时，天然气出清价格为 元，而当褐煤价格为 元 时，天然气出清价格为 元，上升了 。但是，年月国家发展和改革委员会宣布天然气提价 元后，北京民用天然气价格才 元左右，因此表各情况下的煤制天然气的出清价格均已超过了北京现有天然气价格。另外，目前西气东输一线到上海的门站价为

14、 元，据估计中亚天然气的口岸价约 元，如果以此基准推算，加上长途管道运输，俄罗斯进口 到北京的价格不会超过元。在目前的人民币对美元的汇率下，新签订的 长期合同折合人民币的到岸价可能会维持在 之间，即天然气价在 元之间。加上船运和 接受站线的汽化、管输等费用，一般会再增加 元左右。再加上 公司的利润 元，门站价在 元左右。考虑运费和站线建设、运营成本以及 汽化时冷能的利用程度，这个费用还有 元以上的降低空间，即门站价有可能维持在 元左右。如果国际油价像今年初那样走低，那么 合同价还会低到 以下。由此可见，与俄罗斯进口 和澳大利亚进口 项目相比较，随着褐煤价格的上涨，煤制天然气项目的经济性将受到较

15、大的挑战。结论（）种方案中，煤制天然气的 等环境排放最高，而且煤制天然气的环境排放都发生在国内环境承载力比较弱的产煤地区。因此，在山西北部生产煤制天然气，然后将天然气输往北京使用的煤制天然气方案虽然减少了北京的燃煤排放，但加重了山西的环境排放，是一种以邻为壑的不科学的发展模式。（）煤制天然气生命周期热能的转换率不高，因此，虽然煤制天然气可以使用褐煤这种低质能源，但能源效率的低下加重了环境的代价。煤制天然气对原材料价格的承受能力低下，近来褐煤价格上涨较快，随着褐煤价格的上涨，煤制天然气项目的经济性将受到较大的挑战。（）由于不同区域的环境容量不同，同样数量的排放物在环境容量大的区域造成的损失远远小

16、于在环境容量小的区域造成的损失。煤制天然气整个生命周期内的 排放和 排放都发生在国内，生产过程中产生的环境排放更是发生在环境相对脆弱的产煤地区，造成的损失最大。澳大利亚进口 项目中，生产阶段中冷却天然气所消耗的能源和因此而产生的环境排放都发生在人均能源量高、环境承受能力又远远优于中国的澳大利亚，冷能的回收利用却发生在中国国内，经济效益也优于煤制天然气项目，因此，从澳大利亚进口 不但缓解了我国的能源压力，环境排放所造成的损失也最小。同样的优势也适用于俄罗斯进口天然气项目。犚 犲 犳 犲 狉 犲 狀 犮 犲 狊 （潘 连 生），（张 瑞 和），（朱曾惠）犆 狅 犪 犾犆 犺 犲 犿 犻 犮 犪 犾

17、犐 狀 犱 狌 狊 狋 狉 狔（煤化工），（）：（王 明 华），（李 政），（麻林巍）犕 狅 犱 犲 狉 狀犆 犺 犲 犿 犻 犮 犪 犾犐 狀 犱 狌 狊 狋 狉 狔（现 代 化 工），：（李 大 尚）犆 狅 犪 犾犆 犺 犲 犿 犻 犮 犪 犾犐 狀 犱 狌 狊 狋 狉 狔（煤 化 工），（）：（王 莉 萍），（张 永 发）犛 犺 犪 狀 狓 犻犈 狀 犲 狉 犵 狔犪 狀 犱犆 狅 狀 狊 犲 狉 狏 犪 狋 犻 狅 狀（山 西 能 源 与 节 能），（）：（刘 敬 尧），（钱 宇），（李 秀喜），（黄智贤）犑 狅 狌 狉 狀 犪 犾 狅 犳犆 犺 犻 狀 犪犆 狅 犪 犾犛 狅 犮 犻 犲 狋 狔（煤炭学报），（）：化工学报第 卷