“做好煤的清潔高效利用”
——專訪中化西南化工研究設計院有限公司黨委書記、總經理陳健

文／本刊記者 鄭 丹

西南院煤制氣甲烷化催化劑，為煤炭清潔高效利用開辟了可行的路徑。

▲陳 健

“我們必須利用國內豐富的煤炭資源，做好煤的清潔高效利用這篇文章?！敝谢髂匣ぱ芯吭O計院有限公司（以下簡稱西南院）有限公司黨委書記、總經理陳健表示。

在他看來，因為能源稟賦的原因，我國不可能像俄羅斯、美國、歐洲一樣大量消耗天然氣。而且目前我國天然氣40%以上依賴進口，所以更加應該利用“富煤”的優勢，將煤轉化為清潔能源天然氣，助力保障國家能源安全。

“催”煤成氣，氣助神州！能源飯碗，端好端穩！

西南院在煤制天然氣甲烷化技術和催化劑方面取得的突破，讓煤炭清潔高效利用和“雙碳”目標下的煤化工企業走出低碳之路成為可能。

國家戰略

中國石油石化：陳書記，您好！西南院為什么要研發煤制天然氣甲烷化催化劑？

陳?。褐饕腔趦牲c。首先，煤制天然氣是國家能源戰略的重要組成部分。我國富煤貧油少氣，能源消費要從我國的資源稟賦情況出發；其次，煤制天然氣是煤炭清潔高效利用的有效途徑之一，要從構建我國清潔低碳安全高效能源體系的方向考慮如何使用煤這種資源。這既是從專業角度，也是從國家宏觀政策角度考慮做出的決定。

正因為煤制天然氣是國家能源戰略的組成部分，是煤炭清潔利用的重要技術路線，而我國規劃和正在建設的煤制天然氣有數百億立方米的產能，對于煤制氣的技術提出了緊迫的需求和很高的要求，而煤制氣技術的核心就是甲烷化催化劑及工藝。

中國石油石化：在您看來，西南院成功自主研發煤制天然氣甲烷化催化劑具有怎樣的意義？

陳?。?958年建院之初，西南院就在布局天然氣化工技術研究。2009年，我們依托堅實的技術儲備開展創新，最終研發出煤制天然氣甲烷化催化劑，2022年成功實現工業化應用。我們在大型煤制天然氣甲烷化技術上取得的重大突破，正是我們為服務國家能源戰略做出的貢獻。

國家決定組建西南院的目的就是要解決“卡脖子”難題。我們的任務就是承擔重大任務，開展技術創新，打造創新團隊。當我們取得創新和突破、科研成果服務于國家戰略之時，最能體現西南院科研人員的使命感和自身價值。

贏在創新

中國石油石化：西南院煤制天然氣甲烷化催化劑在哪些方面顯現出創新性？

陳?。菏紫?，循環比更低。對標國外工藝，西南院的煤制氣甲烷化技術可以把循環氣與新鮮氣的比值即循環比降得更低。在甲烷化反應中存在20%左右的一氧化碳，如果它們一次性進入到甲烷化反應器里，會引起大幅度溫升，影響反應正常進行。因此，通常要把一股反應后的氣體循環回來，起到稀釋作用，這樣才能把原料氣中的一氧化碳濃度降下來。氣體循環需要耗電，循環氣量越少，裝置的運行能耗就越低。

其次，耐高溫性和穩定性好。一方面，溫度在甲烷化反應過程中是關鍵因素之一。如果在反應中循環氣中斷或者因為原料氣配比不合適，會導致溫度出現急速上漲。如果出現溫升數百攝氏度的情況，可能破壞催化劑和反應器。對此，西南院對甲烷化溫度控制的手段進行研究，不僅通過多個反應器的分配控制原料氣的配比，還可以通過循環氣量和蒸汽量調節控制來控制溫度。另一方面，使用空速高，汽氣比低，反應負荷提升特別明顯，這對催化劑副反應的要求大大提高。這些因素決定了這個催化劑研發難度極大。

第三，產出的天然氣品質更高。2022年7月，采用西南院甲烷化技術的天然氣產品達到國家標準，順利并入國家西氣東輸管網。由于不同用戶對于合成天然氣和管道輸送提出不同要求，西南院會根據其需求，把產品天然氣中的氫氣或者二氧化碳的含量控制在1%以下。例如，一些發電用戶對天然氣的氫氣含量要求盡量低，我們會在工藝上對氫碳比進行調節。

目前，西南院煤制天然氣技術已申請甲烷化關鍵技術發明專利27 項，獲得授權13 項；制定國家標準1 項，形成了自主知識產權。

優中更優

中國石油石化：西南院的煤制天然氣甲烷化催化劑首次實現了110%負荷平穩運行；獲得的甲烷濃度為61.7%，高于國外引進技術近3個百分點。這取決于什么？

陳?。翰捎梦髂显旱募淄榛呋瘎┑拿褐铺烊粴庋b置能以110%的負荷運行，說明了我們開發的催化劑活性好。甲烷濃度則與多個因素，如循環量、蒸汽量、出口溫度、壓力、入口組成等有關。我們的催化劑可以在更低的汽氣比條件下運行，因此甲烷濃度更高。

中國石油石化：在您看來，西南院的甲烷化催化劑有哪些亮點？

陳?。阂皇歉鼉灝惖幕钚?。若把催化劑的活性位比喻為一個個獨立的個體，則催化劑的活性就是所有個體的集體力量。我們的辦法是提高有效個體的數量，集體力量就更大，也就是活性更好。特別是在低溫情況下達到同樣的效果，需要的活性位更多，從而達到了更優異的甲烷化活性。

二是更高的轉化率。我們通過多段反應器、配套多種催化劑，總轉化率超過98.5%，高于國外水平。

三是更好的綜合性能。為了提高甲烷化催化劑的抗積碳和耐高溫性能，我們的催化劑和工藝研究人員共同完成了大量的計算與實驗工作。在工藝上，力求通過最佳的工藝設置與條件優化，進一步降低能耗；同時，探索催化劑的難點所在，并逐一尋求解決的途徑。通過千萬次的試驗，工藝和催化劑結合，最終解決了煤制天然氣甲烷化工序的痛點問題，研發出具有自主知識產權的新型煤制天然氣甲烷化工藝及催化劑。

▲陳健與科研人員在實驗室。