盛世華研·2008-2010年鋼行業(yè)調(diào)研報告PAGE2服務熱線圳市盛世華研企業(yè)管理有限公司2028年煤制天然氣市場2023-2028年煤制天然氣市場現(xiàn)狀與前景調(diào)研報告報告目錄TOC\o"1-3"\u第1章煤制天然氣行業(yè)市場現(xiàn)狀分析 31.1煤制天然氣的優(yōu)點 31.2我國煤制天然氣行業(yè)真正起步時間較晚 41.3中國煤制天然氣行業(yè)市場現(xiàn)狀分析 51.4中國煤制天然氣行業(yè)競爭格局分析 6第2章2022-2023年煤制天然氣行業(yè)市場發(fā)展分析 72.1企業(yè)利潤大幅增長 72.2舶來技術國產(chǎn)化“揚煤吐氣” 82.3“冷板凳技術”逆襲企業(yè)利潤大幅增加 82.4煤制天然氣前景幾何仍存未知 9第3章煤制天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展及技術分析 103.1煤制天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 113.2煤制天然氣的技術工藝 123.3我國煤制天然氣發(fā)展的建議 13第4章煤制天然氣行業(yè)前景與趨勢預測 164.1煤氣化工程行業(yè)投資機會剖析 164.2通過過程強化，不斷提高氣化爐單位體積的處理能力，降低裝置投資 174.3開發(fā)新的單元技術，優(yōu)化工藝流程，降低系統(tǒng)物耗能耗，提升全系統(tǒng)效率 174.4開發(fā)環(huán)境友好技術，實現(xiàn)近零排放 184.5氣化系統(tǒng)要從單純的“氣化島”向“氣化島+環(huán)保島”的方向發(fā)展 194.6依托大數(shù)據(jù)、信息化技術，保障煤氣化裝置的安穩(wěn)長滿優(yōu)運行 194.7對新思路、新方法、新技術、新工藝研究開發(fā)進行持續(xù)支持 194.8大型現(xiàn)代煤氣化技術是實現(xiàn)煤炭清潔高效利用的重要手段 20第5章“雙碳”背景下煤氣化技術和裝備制造的發(fā)展趨勢分析 205.1要進一步拓寬煤氣化裝置的煤種適應性 215.2要有效提升煤氣化裝置的能源轉(zhuǎn)化效率 225.3要進一步推進裝置的大型化和智能化 235.4探索煤氣化島集約化供氣模式 24第1章煤制天然氣行業(yè)市場現(xiàn)狀分析1.1煤制天然氣的優(yōu)點我國是“缺油少氣富煤”的國家，煤制天然氣是新開發(fā)的能源，利用煤炭資源對傳統(tǒng)天然氣進行轉(zhuǎn)化得到的新能源，也是目前我國天然氣的發(fā)展方向。煤制天然氣的經(jīng)濟效益高，并且可以減少環(huán)境污染，對家庭的適用性較高。我國日益增長的天然氣需求，促進了我國煤制天然氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。1.2我國煤制天然氣行業(yè)真正起步時間較晚煤制天然氣通常指采用已開采原煤，經(jīng)過氣化工藝來制造合成天然氣(SyntheticNaturalGas,SNG)。在實踐中，業(yè)界往往把煤地下氣化(亦稱為地下采煤，UndergroundCoalGasification,UCG)也作為煤制天然氣的一種。全世界已投產(chǎn)的工業(yè)級煤制天然氣裝置較少，而中國的煤制天然氣在規(guī)劃產(chǎn)能層面規(guī)模列世界之最。用褐煤等低品質(zhì)煤種制取甲烷(即天然氣主要成分)氣體，可利用現(xiàn)有和未來建設的天然氣管網(wǎng)進行輸送。煤制天然氣的耗水量在煤化工行業(yè)中是相對較少，而轉(zhuǎn)化效率又相對較高，因此，與耗水量較大的煤制油相比具有明顯的優(yōu)勢。此外，煤制天然氣過程中利用的水中不存在污染物質(zhì)，對環(huán)境的影響也較小。國內(nèi)天然氣供應的缺口正逐年加大，對外依存度更是呈快速上升之勢。據(jù)有關數(shù)據(jù)預測，國內(nèi)天然氣缺口將達1000億立方米。中國天然氣對外依存度達24%，與上年12.8%相比，呈成倍增長態(tài)勢。這從客觀上加大了對非常規(guī)天然氣及替代天然氣的需求力度，除頁巖氣開發(fā)力度加大外，煤制天然氣在國家"十二五"戰(zhàn)略中也被寄予厚望。隨著煤化工行業(yè)的蓬勃發(fā)展和天然氣消費量的大幅增長，我國煤制天然氣行業(yè)取得長足發(fā)展，成為煤化工領域投資熱點。神華集團鄂爾多斯20億立方米煤制天然氣項目奠基，大唐集團阜新40億立方米/年煤制天然氣項目通過了環(huán)保部的環(huán)評，中海油同煤集團40億立方米/年煤制天然氣項目正式啟動，新汶礦業(yè)集團伊犁能源年產(chǎn)100億立方米煤制天然氣一期工程開工建設……。一批投資數(shù)額巨大的煤制氣項目陸續(xù)上馬，我國煤制天然氣領域呈現(xiàn)良好發(fā)展勢頭。隨著國內(nèi)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和加強環(huán)保等政策的實施，國內(nèi)天然氣消費市場將持續(xù)擴張。多渠道、多方式地擴大天然氣資源供給，完善氣源結(jié)構(gòu)成為優(yōu)化我國能源結(jié)構(gòu)的重要戰(zhàn)略。煤制天然氣作為液化石油氣和天然氣的替代和補充，既實現(xiàn)了清潔能源生產(chǎn)的新途徑，優(yōu)化了煤炭深加工產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，又具有能源利用率高的特點，符合國內(nèi)外煤炭加工利用的發(fā)展方向，對于緩解國內(nèi)天然氣短缺，保障我國能源安全具有重要意義。從長遠來看，我國天然氣價格逐步上漲的趨勢是確定的，因此，煤制天然氣的成本優(yōu)勢將逐漸顯現(xiàn)，經(jīng)濟效益十分可觀，中國煤制天然氣行業(yè)發(fā)展前景廣闊。煤制天然氣是另一個煤化工的重要方向，天然氣的國內(nèi)需求量大，技術也較為成熟。但是受制于天然氣管道、國內(nèi)的天然氣價格較低等因素的制約，天然氣的建設相對較為規(guī)范。我國的煤制天然氣的發(fā)展定位為天然氣戰(zhàn)略的補充，不會作為天然氣的主要供應來源。目前國內(nèi)在建的煤制天然氣項目4個，批準總規(guī)模為151億立方米/年，在建規(guī)模為43億立方米/年。1.3中國煤制天然氣行業(yè)市場現(xiàn)狀分析但是隨著天然氣逐漸被應用，我國天然氣供應已經(jīng)很難實現(xiàn)，供不應求的天然氣，讓我國從國外大量進口天然氣，截至2019年天然氣進口量為1330億立方米，得益于國產(chǎn)氣的快速增儲上產(chǎn)及進口增速的大幅回落，我國天然氣對外依存度首次出現(xiàn)下降，由2018年的44.2%下降到43.4%，2020年我國天然氣進口量1414億立方米，對外依存度為44.1%。天然氣是一種優(yōu)質(zhì)、高效、清潔的燃料。如今天然氣在全球各地都得到廣泛應用，這促進了我國經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步。我國天然氣表觀消費量增長迅速，從2011年的1333億立方米增長至2020年的3280億立方米，2011-2020年CAGR為10.52%。近年來，我國煤制天然氣的發(fā)展趨勢越來越好，許多企業(yè)都進入煤制天然氣時代，這就促進了煤制天然氣的發(fā)展，我國煤制天然氣產(chǎn)量也從2016年的21.6億立方米增長至2020年的47億立方米，2016-2020年CAGR為21.45%。1.4中國煤制天然氣行業(yè)競爭格局分析目前國內(nèi)已投產(chǎn)的煤制天然氣項目共4個，分別為大唐內(nèi)蒙古克旗40億m3/a煤制天然氣示范項目、內(nèi)蒙古匯能16億m3/a煤制天然氣示范項目、新疆慶華55億m3/a煤制天然氣示范項目、新疆伊犁新天20億m3/a煤制天然氣項目。從我國煤制天然氣規(guī)劃產(chǎn)能區(qū)域分布來看，其中新疆準東占比33%，新疆伊犁占比17%，內(nèi)蒙古鄂爾多斯占比27%，其他地區(qū)占比23%。第2章2022-2023年煤制天然氣行業(yè)市場發(fā)展分析2.1企業(yè)利潤大幅增長企業(yè)利潤大幅增長新疆煤制天然氣行業(yè)的春天來了嗎？歷時8年建成投產(chǎn)，連年虧損后，目前世界上單體最大的煤制天然氣項目新疆伊犁新天煤化工有限責任公司(以下簡稱“伊犁新天煤化工”)20億立方米煤制天然氣項目終于在2022年12月30日，年產(chǎn)量首次達到設計產(chǎn)能，當年該公司利潤也大幅增長。值得注意的是，新疆伊犁州另一家煤制天然氣企業(yè)新疆慶華能源集團有限公司(以下簡稱“新疆慶華”)2022年亦實現(xiàn)滿產(chǎn)13.75億立方米天然氣，企業(yè)利潤同樣可觀。伊犁哈薩克自治州工業(yè)和信息化局表示，伊犁州煤炭資源富集，水資源充足，加之“西氣東輸”管線的便利條件，發(fā)展煤制天然氣占據(jù)“天時地利”。“十二五”以來，伊犁州穩(wěn)妥推進現(xiàn)代煤化工示范項目，上述兩家煤制天然氣企業(yè)相繼建成投產(chǎn)。目前，伊犁州煤制天然氣年產(chǎn)能30多億立方米，約占中國煤制天然氣產(chǎn)能的三分之一。2.2舶來技術國產(chǎn)化“揚煤吐氣”煤制天然氣是指將煤炭通過氣化、合成等一系列現(xiàn)代煤化工技術變成天然氣。中國最早的煤制天然氣技術來自國外，至今已基本實現(xiàn)國產(chǎn)化。目前世界上已投產(chǎn)工業(yè)級煤制天然氣裝置較少，中國的煤制天然氣技術已然走在前列。新疆慶華是伊犁州另一家主要從事煤制天然氣的煤化工企業(yè)，該公司目前擁有煤制天然氣產(chǎn)能13.75億立方米/年，2022年也首次實現(xiàn)滿產(chǎn)。更重要的是，2022年8月，中國自主研制的甲烷化催化劑在新疆慶華大型煤制天然氣項目中一次性開車成功，甲烷化裝置實現(xiàn)長周期平穩(wěn)運行，產(chǎn)品質(zhì)量合格，天然氣順利并入管網(wǎng)。新疆慶華生產(chǎn)部部長尹文越說，催化劑是煤制天然氣最核心的部件和重要載體，對提高化學反應速率至關重要。上述試驗成功標志著中國首次實現(xiàn)煤制合成天然氣催化劑整爐國產(chǎn)替代，可實現(xiàn)煤制天然氣領域全產(chǎn)業(yè)鏈條技術國產(chǎn)化。2.3“冷板凳技術”逆襲企業(yè)利潤大幅增加據(jù)伊犁新天煤化工黨委書記、董事長王毅介紹，該公司20億立方米煤制天然氣項目于2010年開工建設，占地面積5000余畝，總投資185億元，2018年建成投產(chǎn)，并獲得“2020-2021年度國家優(yōu)質(zhì)工程金獎”。近兩年，得益于國家管網(wǎng)集團成立，實現(xiàn)“西氣東輸”管網(wǎng)基礎設施向用戶公平開放，加上天然氣價格上漲，煤制天然氣行業(yè)開始好轉(zhuǎn)，實現(xiàn)扭虧為盈。新疆煤制天然氣在一定程度上緩解了中國東部省市天然氣缺口。比如，伊犁新天煤化工2022年產(chǎn)的20億立方米煤制天然氣，全部通過“西氣東輸”管道送達浙江省。該公司副總工程師曹衛(wèi)東稱，20億立方米天然氣，相當于一座600萬人口城市一年的民用氣量，約占浙江省年用氣量的11%左右。2.4煤制天然氣前景幾何仍存未知中國煤制天然氣項目興起于2010年前后，受制于進口天然氣價格上漲，國家發(fā)改委批復并支持建設了一批煤制天然氣示范項目，主要分布在內(nèi)蒙古、新疆等地。據(jù)統(tǒng)計，目前中國煤制天然氣產(chǎn)能約100億立方米/年。值得注意的是，彼時國家發(fā)改委還發(fā)文稱，地方政府不得擅自核準煤制天然氣項目。王毅表示，煤制天然氣政策準入門檻高、環(huán)保要求嚴、資金投入大，加之天然氣價格大幅波動，注定了煤制氣是一個小眾產(chǎn)業(yè)。談及對新一年的預期，王毅坦言，2022年由于各方因素，天然氣價格維持在較高水平，得益于此，企業(yè)利潤實現(xiàn)大幅增長。但在新的一年里，天然氣價格能否繼續(xù)保持并不確定，前景仍不明朗。不過，煤制天然氣對保障國家能源安全具有重要意義，中國資源稟賦的特點是“富煤、缺油、少氣”。環(huán)渤海、長三角、珠三角三大經(jīng)濟帶對天然氣需求巨大，而內(nèi)蒙古、新疆等地煤炭資源豐富，但運輸成本高昂。因此，將富煤地區(qū)的煤炭資源就地轉(zhuǎn)化成天然氣，通過管網(wǎng)輸送至各省區(qū)市是一個重要的戰(zhàn)略選擇。就新疆而言，煤炭資源豐富，已探明儲量位居中國第二，煤炭煤電煤化工是其八大產(chǎn)業(yè)集群之一。在處理好生態(tài)環(huán)境保護、提升經(jīng)濟效益等基礎上，煤制天然氣項目使得新疆的煤炭資源優(yōu)勢加快轉(zhuǎn)化，除了“煤從空中走”，又多了一條“煤從管中走”的轉(zhuǎn)化途徑。第3章煤制天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展及技術分析3.1煤制天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀1產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一，天然氣市場受制于人目前我國天然氣市場仍處于相對壟斷的狀態(tài)，天然氣生產(chǎn)主體和市場份額都掌握在“三桶油”手中。我國2018年天然氣消費量大約2500億m3，而煤制天然氣所占市場份額不足2%，幾乎可以忽略不計。煤制天然氣市場份量微不足道，沒有任何話語權(quán)。而煤制氣項目最大的難題還在于，企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品無法直接送達客戶手中，要想送氣，只能受制于人。由于我國天然氣干線輸氣管網(wǎng)均掌握在“三桶油”手里，主要市場已被壟斷。煤制天然氣企業(yè)要想賣出產(chǎn)品，只有與巨頭們結(jié)城下之盟，將產(chǎn)品廉價賣出。新疆天然氣最高門站價格僅有1.05元/m3，新疆慶華賣給中石化煤制天然氣價格就被限制在1.05元/m3以下，而其成本則高于1.25元/m3。賠本賺吆喝，恐怕是目前煤制天然氣企業(yè)的普遍困境，因為在管網(wǎng)和市場均被壟斷的情況下，煤制天然氣項目沒有其他選擇。2企業(yè)還存在一些技術難題目前已投產(chǎn)的4家煤制天然氣項目，除內(nèi)蒙古匯能項目采用水煤漿氣化外，其他3個項目均采用碎煤加壓氣化技術生產(chǎn)煤制天然氣。碎煤加壓氣化工藝中一般要求原料為一定粒度的塊煤，在原煤破碎過程中會產(chǎn)生大量粉煤，除鍋爐用一部分外，還剩余大量粉煤，新疆某項目運行過程中就出現(xiàn)了塊煤不足、粉煤過剩的局面，而粉煤和塊煤價格差異較大，無形增加了煤制天然氣的原料成本，因此，需要解決煤制天然氣過程中粉煤的問題。3.2煤制天然氣的技術工藝1德士古煤氣化技術德士古煤制氣技術的優(yōu)勢很大程度源于水煤漿，其很容易提升操作壓力，比如魯南化肥廠的德士古爐操作壓力可以達到8.4MPa，可以直接省略壓縮環(huán)節(jié)合成甲醇，節(jié)能效果明顯。同時德士古煤制氣技術采用的設備結(jié)構(gòu)相對簡單，并且適應煤種相對廣，此外這種技術具有較長的實踐運行經(jīng)驗，操作相對簡單，控制危險性較小，可用率達80%以上。德士古煤氣化技術的缺陷也與水煤漿存在極大的關系，水煤漿含水量超過40%，其熱值就會偏低，這對煤質(zhì)要求比較嚴苛。成漿性差的煤灰分較高，灰熔點高的煤經(jīng)濟性較差，氣化效率相對較低，碳轉(zhuǎn)化率約為95%?；以看?，需要進一步處理。氣化爐停車后需要泄壓、置換，連投時間長。2殼牌煤氣化技術殼牌煤氣化技術采用的氣化爐基本結(jié)構(gòu)為干煤粉單噴嘴上行式，整體結(jié)構(gòu)相對比較復雜，對于操作水平要求較高。殼牌煤氣化技術主要使用的是干煤粉，生產(chǎn)的氣體質(zhì)量比較好，其中有效氣體占比較高，并且在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的高溫高壓氣體可以實現(xiàn)循環(huán)利用。其缺點是由于增加了廢熱鍋爐與氣化爐，導致設備結(jié)構(gòu)比較復雜，控制系統(tǒng)復雜性也較高，在實際生產(chǎn)過程中，操作難度大，過濾器易出現(xiàn)堵塞的情況;雖然其整體上生產(chǎn)成本較低，但是其設備比較昂貴，初期投資較大;需要對原煤進行干燥處理，且煤粉流量不易控制。該技術的優(yōu)勢是高溫高壓氣化、廢熱鍋爐冷卻、可以回收熱能;氣體質(zhì)量良好，有效成分占比較高;爐內(nèi)沒有耐火磚作為襯里，維護工作量比較小，但爐內(nèi)熱交換對設備要求高，出現(xiàn)泄漏后風險高，維修難度大。3多噴嘴對置式氣化技術多噴嘴對置式氣化技術屬于我國自主研發(fā)的煤制氣技術。對氣化用煤沒有特殊要求，煤種適應性強，可采用資源豐富、分布廣泛的煙煤或褐煤，并對粒度、灰分和含硫量有較大的兼容性。只要煤的灰含量、灰熔點、可磨性和成漿性等方面滿足要求即可，如煤的含灰量最好小于19%%，灰熔點低于1350℃，哈氏可磨指數(shù)大于50，煤漿濃度最好在60%%以上。對粉煤和塊煤沒有特別限制，粉煤更好，可減少磨煤功耗。這項技術能滿足未來大型煤化工裝置和其他裝置制備合成氣和燃料氣的需要。3.3我國煤制天然氣發(fā)展的建議1進行布局研發(fā)和開發(fā)討論如何增加煤制天然氣的經(jīng)濟效益主要是靠買方市場。由于天然氣極度短缺，但是其生長空間非常大，因此需要開發(fā)其布局。煤制天然氣是新型項目，如今缺乏管理上的制度和運行經(jīng)驗。要想煤制天然氣長遠的發(fā)展，就需要一個穩(wěn)定的運行，其次再來討論它的開發(fā)和擴展規(guī)模。在煤制天然氣的制作原理當中，需要大量的催化劑，因此使用較為經(jīng)濟實用的催化劑是制作天然氣的一項重要因素。這就可以使用甲烷催化劑，能夠在甲烷化工藝煤制天然氣領域更具優(yōu)越性，提高企業(yè)競爭力。2研發(fā)多種工藝由于煤制天然氣具有多樣化使用的特點，能夠應用在各個方面，因此研發(fā)多種煤炭加工的工藝可以讓煤制天然氣更加迅速地應用在各個行業(yè)產(chǎn)業(yè)當中，實現(xiàn)物質(zhì)流通快速。在進行工藝流程設計時，還可以增加排放系統(tǒng)，將廢料進行合理排放或者再生利用，提高能源的利用效率，并且能夠有效減少環(huán)境污染。實現(xiàn)現(xiàn)代化潔凈煤技術模式，讓煤制天然氣產(chǎn)業(yè)在市場上擴大發(fā)展。3進一步完善環(huán)保建設（1）有機固體廢物實施無害化處理。在本項目中，含塵焦油普遍采用三相分離離心機進行處理，分離后的固體焦油煤粉進入鍋爐摻燒;對于廢水生化處理污泥，經(jīng)過壓濾、干化減量脫除水分，將得到的干化污泥直接送入熱電鍋爐與燃料煤摻燒，或與粉煤成型做成型煤，返回氣化爐氣化。事實證明，這些處理方法行之有效，從技術角度看也是較為合理的處理方式，但需要注意的是，這些方法需要在環(huán)評階段進行評價。另外，本項目還配套建設了一般固廢綜合利用和危險廢物處置設施，減少固體廢物外排。（2）控制在線監(jiān)測的大氣污染物排放指標。在線監(jiān)測的大氣污染物排放指標按照排放的小時均值來控制，指標多，數(shù)量多，環(huán)保設施設計標準高，監(jiān)管嚴。本項目充分考慮了環(huán)保設施的設計裕量，以應對煤質(zhì)條件變化、負荷調(diào)整和操作的變化帶來的影響，確保氣體污染物達標排放。（3）污水零排放。以固定床氣化為龍頭的煤制天然氣項目污水量大，成分復雜，污水處理和回用難度很大。要達到污水零排放，其中的生化處理、深度處理、濃鹽水結(jié)晶、結(jié)晶鹽綜合利用都需要高度重視，要留有足夠的負荷調(diào)節(jié)能力。（4）固定床氣化低溫甲醇洗排放廢氣的問題。固定床氣化低溫甲醇洗排放的廢氣直接排放難以達到現(xiàn)行的石油和化學工業(yè)污染物排放標準，廢氣的處理要充分考慮性質(zhì)和成分，蓄熱氧化是可行的低溫甲醇洗廢氣揮發(fā)性有機物（VOCs）處理措施。我國煤制天然氣產(chǎn)業(yè)還處在發(fā)展階段，但是有國家政策支持且技術較為成熟。雖然成本較低，但是經(jīng)濟效益也非常低，因此如何提高煤制天然氣的經(jīng)濟效益，成為如今該產(chǎn)業(yè)要攻克的難題。由于天然氣具有清潔高效便捷等優(yōu)勢，給居民和工業(yè)產(chǎn)業(yè)帶來較大的便利，在煤制天然氣的工藝流程中要對產(chǎn)業(yè)鏈進行分析，對企業(yè)進行明確的定位，有效降低生產(chǎn)成本，并且做到節(jié)能減排的目的，減少環(huán)境污染。第4章煤制天然氣行業(yè)前景與趨勢預測4.1煤氣化工程行業(yè)投資機會剖析未來一段時間，我國天然氣需求將持續(xù)增長。一方面，隨著國內(nèi)天然氣需求量不斷增加，供應能力將持續(xù)提升。另一方面，在“碳達峰、碳中和”的大背景下，政府對能源結(jié)構(gòu)進行了一系列調(diào)整，我國天然氣消費量增長空間有限。從長期看，由于近年來國際油價下跌，全球主要經(jīng)濟體在一定程度上都出現(xiàn)了經(jīng)濟衰退的現(xiàn)象;在供給端方面，目前中國國內(nèi)天然氣產(chǎn)量增速放緩;需求端方面則面臨著終端能源需求持續(xù)下滑、工業(yè)用戶用氣增速放緩的問題。未來隨著天然氣的推廣使用，消費量有望進一步提升。展望未來，預計一系列利好因素將推動中國液化天然氣進口量的進一步增長。短期內(nèi)，國內(nèi)能源緊缺以及冬季天然氣需求季節(jié)性增加將繼續(xù)提供支撐。4.2通過過程強化，不斷提高氣化爐單位體積的處理能力，降低裝置投資目前全世界運行的單爐處理規(guī)模最大的氣化裝置是內(nèi)蒙榮信的多噴嘴對置式水煤漿氣化爐，單爐投煤量4000噸級，氣化爐外直徑已達4.2m，單純通過體積放大，增加氣化爐處理量，必然會受到設備尺寸的制約。因此通過過程強化，提高氣化爐單位體積處理能力，是氣化爐大型化并降低投資的根本途徑。回顧氣化技術發(fā)展歷程：一方面，氣化爐內(nèi)平均反應時間從數(shù)十分鐘級（固定床）到分鐘級（流化床）再到十秒級（氣流床），反應時間縮短，單位體積處理能力大幅增加；另一方面，從常壓氣化向加壓氣化發(fā)展，單位體積處理能力也大幅增加。能否將目前煤顆粒在氣化爐內(nèi)的反應時間降低到一秒級甚至更低？筆者認為從理論上是可行的。但會面臨極具挑戰(zhàn)的科學和技術問題，需在原料制備、輸送、氣化爐結(jié)構(gòu)等方面進行系統(tǒng)創(chuàng)新，這是未來研究的重要方向。4.3開發(fā)新的單元技術，優(yōu)化工藝流程，降低系統(tǒng)物耗能耗，提升全系統(tǒng)效率①粉煤加壓氣化技術。粉煤加壓輸送系統(tǒng)占大部分投資，能耗也較高，開發(fā)煤粉輸送泵是工程界討論的熱點問題，但至今鮮有深入系統(tǒng)的試驗研究，粉煤高壓輸送技術的變革應該引起業(yè)界重視。②水煤漿氣化技術。煤漿中水含量是影響氣化系統(tǒng)效率的重要因素，提高煤漿濃度，可顯著降低比氧耗和比煤耗，因此開發(fā)高濃度水煤漿制備、輸送、霧化技術，是提高水煤漿氣化系統(tǒng)效率、降低物耗和能耗的有效途徑。③全系統(tǒng)工藝流程的構(gòu)建。由于過去20多年煤化工行業(yè)的快速發(fā)展，技術需求旺盛，工程公司沒有足夠的時間和精力在流程優(yōu)化和系統(tǒng)能耗方面進行深入的再研究和再開發(fā)，在總體工藝流程設計上因循守舊，工藝流程缺乏變革，因此，應結(jié)合下游合成氣的變換、凈化、合成、分離等單元的具體情況，對煤氣化系統(tǒng)的工藝流程進行改進和優(yōu)化。4.4開發(fā)環(huán)境友好技術，實現(xiàn)近零排放煤中的有害元素在煤氣化過程中會發(fā)生遷移轉(zhuǎn)化，進入合成氣、循環(huán)水或廢水和灰渣，硫、氮等有害元素的遷移轉(zhuǎn)化和控制已有成熟技術，氯和微量重金屬元素遷移轉(zhuǎn)化的機理研究方面也取得了較大進展，但尚需轉(zhuǎn)化為解決工程問題的具體技術。目前存在的主要問題有：①氯在系統(tǒng)的積累，造成系統(tǒng)腐蝕，特別是氯含量較高的煤種更為突出；②汞、鉻、砷、鉛等重金屬元素在系統(tǒng)和環(huán)境中的積累，我國相關單位開展了大量基礎研究工作，部分技術也進行了中試試驗，需進一步加大對研究工作的支持力度，建立工業(yè)示范裝置，形成先進的微量重金屬脫除與控制技術；③廢水問題，固定床氣化廢水酚含量高，難以處理，是世界公認的難題，而氣流床氣化過程中由于熔融態(tài)灰渣激冷，大量堿金屬和堿土金屬離子進入廢水，造成系統(tǒng)中鹽分的積累，一方面會引起系統(tǒng)結(jié)垢堵塞，另一方面廢水含鹽量高，難以回收利用，我國在這方面也進行了大量研究工作，取得了重要進展，需要通過工程示范，形成先進的含酚廢水處理技術和含鹽廢水資源化利用。4.5氣化系統(tǒng)要從單純的“氣化島”向“氣化島+環(huán)保島”的方向發(fā)展煤氣化本質(zhì)上是高溫熱化學轉(zhuǎn)化過程，決定了它不僅能實現(xiàn)煤的氣化，也可實現(xiàn)所有含碳固體廢棄物和有機廢液的轉(zhuǎn)化。因此，可通過煤氣化裝置來處理工廠自身產(chǎn)生的含碳固體廢棄物、有機廢液和工廠周邊的含碳固體廢棄物和有機廢液。協(xié)同處置廢物，將單獨的“氣化島”變成“氣化島+環(huán)保島”，是未來煤氣化技術發(fā)展的重要方向。4.6依托大數(shù)據(jù)、信息化技術，保障煤氣化裝置的安穩(wěn)長滿優(yōu)運行依托信息技術革命帶來的技術便利，改變工廠、車間管理運行模式，通過大數(shù)據(jù)監(jiān)控，實現(xiàn)事故早期預警、早期處理，可大幅降低工廠故障率，提高裝置運行率。將大數(shù)據(jù)與工藝原理結(jié)合，建立機理模型，實現(xiàn)全系統(tǒng)的動態(tài)優(yōu)化控制，提升系統(tǒng)效率，進而建立智慧工廠，是未來發(fā)展的重要方向。4.7對新思路、新方法、新技術、新工藝研究開發(fā)進行持續(xù)支持我國煤氣化技術的發(fā)展尚未突破已有煤氣化技術的范疇。一方面，需要對地下氣化、催化氣化、加氫氣化、超臨界水氣化、等離子體氣化等技術的研究給予持續(xù)支持，在中試和示范裝置運行中暴露問題、解決問題，不斷提升技術的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性；另一方面也要關注太陽能與煤氣化的耦合、核能與煤氣化耦合等新技術的發(fā)展，同時關注煤氣化領域可能出現(xiàn)的變革性技術苗頭，在研究上予以持續(xù)支持。4.8大型現(xiàn)代煤氣化技術是實現(xiàn)煤炭清潔高效利用的重要手段長期以來，我國煤炭綜合利用技術落后，煤炭利用率低下，傳統(tǒng)的煤炭利用方法主要以直接燃燒為主，一方面煤炭燃燒排放的CO2、SO2、NOx和煙塵造成了嚴重的環(huán)境污染，另一方面由于煤炭燃燒技術比較落后，綜合利用效率不高，造成資源很大浪費。因此，為提高煤炭綜合利用率、緩解因煤炭利用所引起的環(huán)境污染問題，必須加強潔凈煤技術研究，實現(xiàn)煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化。第5章“雙碳”背景下煤氣化技術和裝備制造的發(fā)展趨勢分析實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”，是以習近平同志為核心的黨中央統(tǒng)籌國內(nèi)國際兩個大局作出的重大戰(zhàn)略決策，是著力解決資源環(huán)境約束突出問題、實現(xiàn)中華民族永續(xù)發(fā)展的必然選擇，是構(gòu)建人類命運共同體的莊嚴承諾，是一場廣泛而深刻的經(jīng)濟社會系統(tǒng)性變革。我國石油、天然氣資源匱乏，煤炭儲量相對豐富，在未來相當長時間內(nèi)，煤炭在能源消費結(jié)構(gòu)中仍將占主導地位，2020年我國煤炭消費占能源消費總量的56.8%。隨著“碳達峰、碳中和”愿景目標的提出，煤炭行業(yè)前所未有地站在了風口浪尖，將直面新變革、新挑戰(zhàn)。習近平總書記在國家能源集團榆林化工有限公司調(diào)研時強調(diào)，“煤炭作為我國主體能源，要按照綠色低碳的發(fā)展方向，對標實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標任務，立足國情、控制總量、兜住底線，有序減量替代，推進煤炭消費轉(zhuǎn)型升級”。推進煤炭消費轉(zhuǎn)型升級，要準確理解認識習近平總書記重要講話精神，找準煤炭能源的產(chǎn)業(yè)定位，在杜絕盲目一刀切的前提下，推動煤炭消費在控制總量的同時提質(zhì)增效，著力提高煤炭能源的供給質(zhì)量和效率，著力提升煤炭關鍵技術的研發(fā)創(chuàng)新能力，著力做好煤炭的清潔化利用煤氣化是煤炭清潔高效利用的核心技術。改革開放以來，我國煤氣化技術在基礎研究、技術開發(fā)、工程示范、工業(yè)應用等方面均取得了長足進步，開發(fā)的多種煤氣化技術也實現(xiàn)了工業(yè)應用，成功開發(fā)了具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的晉華爐熱回收煤氣化技術、四噴嘴大型水煤漿氣化技術，實現(xiàn)了我國帶廢鍋流程熱回收及大型煤氣化技術零的突破，使我國煤氣化技術完成了從跟跑、并跑到領跑的跨越，有效支撐了現(xiàn)代煤化工行業(yè)的快速發(fā)展。基于此，本文就雙碳背景下，煤氣化技術和裝備的創(chuàng)新發(fā)展思路提出自己的一些觀點：5.1要進一步拓寬煤氣化裝置的煤種適應性不同的煤氣化技術對煤品有不同的要求，包括水分、灰熔點、揮發(fā)分、灰分、黏結(jié)性、化學活性、成漿性能、成渣特性、機械強度和熱穩(wěn)定性等，煤品的性質(zhì)不同會對氣化結(jié)果產(chǎn)生不同的影響，但目前沒有能廣泛適應于各類煤品的煤氣化技術。因此，未來煤氣化技術在進行配煤時，應根據(jù)周邊環(huán)境和實際情況科學選擇配煤技術，科學進料。在對氣化爐進行充分研究的前提下，合理改進氣化爐，擴大混合煤和單一煤種在氣化爐中的應用范圍，為后續(xù)運行環(huán)節(jié)添加相關裝置設施，為氣化爐穩(wěn)定運行奠定相應基礎。5.2要有效提升煤氣化裝置的能源轉(zhuǎn)化效率結(jié)合當前國內(nèi)能源環(huán)保的實際情況，節(jié)能降耗將成為未來煤氣化技術的主攻方向。提升煤炭氣化轉(zhuǎn)化率，降低氣化爐氧氣、煤炭、水等相關能耗比例是有效提升煤氣化效率的主要措施，因此加強對氣化爐在煤氣化過程中高溫余熱的回收利用，持續(xù)研發(fā)其它能量的回收技術成為了研究重點，如回收煤氣過程中的高溫高濕熱量；提高輸送密度，利用CO2輸送煤氣，減少后期煤氣干燥環(huán)節(jié)；采用液態(tài)方式進行碎煤渣排放，回收廢水中的有機成分。目前，以晉華爐（3.0）為代表的水煤漿水冷壁廢鍋氣化爐實現(xiàn)了熱能技術、煤化工技術和裝備制造及智能控制技術的跨學科結(jié)合，通過獨特的高效輻射式傳熱元件回收合成氣顯熱，使氣化爐在生產(chǎn)合成氣的同時副產(chǎn)高品質(zhì)蒸汽，形成合成氣/蒸汽聯(lián)產(chǎn)爐，提高了煤炭