合成天然气制备技术的研究

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摘 要：天然气是一种干净清洁的能源，已经成为当前居民必不可少的生活资源。然而中国的天然气开采量并不能满足当前社会日益增长的天然气需求，寻找更多的天然气来源越来越具备战略意义。本文从合成天然气的角度，介绍了煤制天然气、生物质制天然气、焦炉气制备天然气、CO2甲烷化制备天然气等途径，对我国当前的天然气制备市场有了一个详细的介绍和阐述。
关键詞：天然气；合成
天然气是一种以甲烷为主要成分的混合气体，燃烧后的产物是CO2和H2O，不会产生PM2.5、PM10等污染物，是一种典型的清洁能源。但中国的天然气资源并不丰富，供需矛盾较为突出[1]，尤其冬季天然气采暖方案实施以后，一度出现气荒、无气可用的尴尬局面。
合成天然气制备技术是指利用化学转化的形式，将煤炭、生物质、焦炉气等转化为天然气，能够缓解国内天然气的供需矛盾，提升国家能源自足的能力。目前合成天然气制备技术主要包括煤制天然气、生物质制天然气、焦炉气制备天然气、CO2甲烷化制备天然气。
1 煤制天然气
煤制天然气技术通常是先用煤炭气化生产合成气（合成气是以CO和H2为主要成分的混合气体），再用合成气制备天然气，也叫“两步法”制备天然气技术。其核心反应方程式为：
1.1 煤炭气化制备合成气
1.2 合成气制备天然气
该反应通常选用镍基催化剂，活性高，选择性好而且价格低廉，该工业是目前工业合成天然气的主要工艺，在内蒙、新疆等地已经具有一定量的商业化应用。工业煤炭的集中利用能够实现废污的集中处理，从源头控制燃煤过程粉尘、硫磺等污染排放，实现煤炭的清洁转化。
1.3 生物质合成天然气
生物质是以秸秆、麦穗、糖类等代表的可再生能源，生物质中含有大量的含碳物质，但是通常含碳量较低，无法直接实现大型商业化应用，在以前有用动物粪便、秸秆等物质制备沼气的技术，也属于生物质制备甲烷技术。
现在工业上可以利用生物质制备富含氢气的合成气，再用合成气制备天然气，技术路线类似煤制天然气技术。由于生物质可再生，该技术能够实现低品质的生物质转化为高品质的天然气，符合可持续发展战略要求，是新型的合成天然气技术。
生物质气化的主体反应过程如下：
1.4 CO2甲烷化合成天然气技术
全世界每年排放大量的CO2，对环境造成了严重的污染，常规理解下CO2是没有再利用价值的废气，其实CO2是潜在的含碳资源，首先CO2是必不可缺的光合作用的原料，其次，CO2也可以作为反应物直接合成天然气，从而实现碳资源的循环利用。
CO2合成甲烷的技术路线目前还处在试验阶段，并没有太多工业化运行。其核心反应方程式为：
该反应的核心是得到足够多的H2，而H2本身就是一种清洁燃料。目前该反应转化率不够高，催化剂的研究还在进行中，所制备得到的CH4产品价值不及反应物H2本身具备的价值，但即使如此，该工艺仍然被视为CO2循环利用的重要途径，对于可持续性发展、减少温室气体排放具有重要意义。
2 焦炉气合成天然气技术
焦炉气是在焦炭制备过程中，由存留于煤炭缝隙中的可燃气体逸出而形成的具有一定可燃性的混合气体，焦炉气的产生途径如下：
在早些年，焦炉气大多数直接排放，这既是对资源的浪费，又会对环境造成污染，近年来焦炉气的再利用越来越收到焦炭厂的重视。
焦炉气制备天然气技术的核心也是利用好混合气体中的H2，其核心反应方程式如下：
3 结论和展望
在我国，随着天然气的缺口不断加大，将会促使合成天然气技术的发展和应用持续升温，尤其是煤炭制备天然气技术，目前已经具有相当的工业生产装置投产运行。此外，随着资源的消耗及对能源有效利用的要求，生物质合成天然气、CO2甲烷化合成天然气、焦炉气合成天然气技术都将成为发展的热点，为我国的能源产业发展和能源结构优化上作出巨大的贡献。
参考文献：
[1]刘延伟.煤基新能源及其石化产品发展分析[J].化学工业，200826（5）：235-238.