研发路漫漫

文／本刊记者 郑 丹／姚 璐 覃 念

潜心研发与成果转化，西南院大型煤制天然气甲烷化催化剂实现工业化应用。

煤的主要化学组成：C。

天然气的主要化学组成：CH4

如何把煤变成天然气？显而易见，需要C+H，即碳加氢。这就是西南院多年来持之以恒的事。

西南院专攻的这项技术名为“大型煤制天然气甲烷化技术”。科研人员研发出的煤制天然气甲烷化催化剂首次实现110%负荷平稳运行。

“这标志着我国自主研制的大型煤制天然气甲烷化技术取得重大突破，对保障国家能源安全具有重要意义。”西南院党委书记、总经理陈健表示。

为煤炭找出路

中国，煤炭大国。富煤，是中国的资源禀赋特点。

煤炭，曾经在我国能源和社会经济发展中充当顶梁柱作用。但随着世界能源结构调整以及低碳发展的需要，煤在世界能源消费中的占比逐渐下降，份额被后起之秀——石油和天然气所追赶。

当中国仍然“以煤为主”的时候，世界步入退煤时代。

2015年12月18日，因持续恶化的煤炭行情等因素，英国煤炭控股有限公司正式宣告关闭其最后一个地下煤矿——凯灵利。这意味着始于300年前工业革命时期的英国煤炭工业彻底告别历史舞台。

2020年，矿商嘉能可发布公告显示，公司将于2023年前关闭位于澳大利亚的四座煤矿，届时这四座煤矿将临近生产年限。

在美国，煤炭正在消亡。据Grist 网站报道，在过去的十年中，由于清洁和廉价的替代能源将曾经占主导地位的煤炭推向了穷途末路，美国煤矿业就业人数下降了近一半。而且，拜登总统最新的能源转型计划将会进一步加速这一趋势。

……

中国将如何迈开煤炭清洁高效开发利用的步伐？引全球关注。

2014年，国务院办公厅下发《关于印发能源发展战略行动计划（2014-2020年）的通知》要求“推进煤炭清洁高效开发利用”：按照安全、绿色、集约、高效的原则，加快发展煤炭清洁开发利用技术，不断提高煤炭清洁高效开发利用水平。

中国工程院院士杜祥琬曾表示，为做好煤炭的大文章，我国制定了清洁高效利用煤炭的战略方针。就是要控制那些不清洁、不高效的部分。

清洁高效利用煤炭，煤制天然气是一条可行的路径。

国之所望，心之所向。

在煤制天然气关键技术突破的道路上，甲烷化技术的突破是重要一环。而甲烷化技术的核心就是催化剂。

据西南院副总经理、催化剂事业部总经理郑珩介绍，该院对甲烷化催化剂的探索始于上个世纪90年代，当时针对合成氨原料气中的少量一氧化碳、二氧化碳反应变成甲烷而实现净化。

十年研究苦旅，终获圆满结局。

2021年12月，西南院自主研制的煤制天然气甲烷化催化剂在新疆庆华能源集团有限公司（以下简称新疆庆华）实现1400 小时连续工业侧线运行，开启了一条让煤炭清洁化利用、减少环境污染的道路。

点煤成气之路

DISCOURSE

煤制天然气甲烷化催化剂在新疆庆华实现1400 小时连续工业侧线运行，开启了一条让煤炭清洁化利用、减少环境污染的道路。

如同石油可以制成多种化工品，煤也可以变身为油、烯烃、乙二醇、天然气。在煤化工领域，以经济性为衡量标尺决定了煤是否要变油、变烯烃、变乙二醇、变天然气。

当能否盈利成为煤制天然气企业的决策依据，西南院首先经历了漫长的等待。

2009年，西南院大型煤制天然气甲烷化技术研发立项之时，可谓占了天时地利人和。

天时。

我国新疆、内蒙古和山西等地区富煤，但新疆等地多产劣质煤，热值较低，价格也不高。如何让这些富煤的地区实现煤炭的清洁高效利用，将煤炭转换成可输送的能源输送到中东部地区，是国家战略和能源安全保障之所需，成为业内研究的重要课题。

“无论从当时还是现在来看，这个项目的立项无疑是有前瞻性的。”陈健表示。

地利。

在西南院大型煤制天然气甲烷化技术立项之初，国内煤制气企业已经伸出技术引进的触角，利用国外先进技术，在国内发展煤制天然气的蓝图已经铺开。据介绍，当时，国内有大唐克旗、新疆庆华、伊犁新天和内蒙汇能四家煤制气企业获批建设，它们全部引进了国外的甲烷化技术。

人和。

“作为国家级的研究机构，西南院正是看到了这片广阔的市场。虽然彼时国内企业全部使用引进技术，但我们觉得中国人不能一直吃洋面包，一直依赖着国外技术，因为这早晚要付出巨大代价。”陈健说。

高度的使命感和担当，让西南院组建起一支煤制天然气甲烷化技术的研究队伍。在研究人员的心里都有一个目标：一定要研发出高于国外水平的甲烷化技术。“如果我们的技术落后于国外，我们永远就没有市场机会。”陈健解释说。

天时地利人和，希望的种子不失时机地播撒，也早早结出了果子。

2009年，西南院正式开始项目研究。2014年，开展市场调研，在拟建项目和已建项目中进行推广。经过不懈努力，中海油和西南院有了合作意向。

“在拟建项目中，我们调研了中海油大同项目和鄂尔多斯项目。但那时国际油价暴跌，煤制气项目的经济性评估几经努力却未获通过。最后，这两个项目都下马了。而我们想在这两个项目上率先实现自主研发技术的工业化示范，也成了泡影。”西南院催化剂事业部副总经理曾旭说。

从开始的天时地利人和，到最终差一把东风助力，西南院怎能服输？在逆境中，西南院仍持续投入研发，夯实技术可靠性和先进性。2013年，西南院与中海油启动该技术的合作研究。仅用一年时间，就建成国内外第一套2000Nm3/h 煤制天然气甲烷化全流程中试装置，并成功满负荷运行1000 小时以上。

在西南院副总工程师、催化剂事业部副总经理张新波看来，这一成功的意义在于三个方面。一是打通了工艺流程，验证了催化剂与工艺的匹配性，为工艺包编制提供了参数，同时为技术优化提供了工业参数；二是中试的长周期运行，让西南院发现了现有催化剂存在的不足，为进一步完善催化剂体系提供了依据；三是通过中试的运行，进一步深化了对该技术的认知，培养了大批技术人才。

找寻市场之路

在西南院攻克国产化煤制气甲烷化催化剂技术之前，甲烷化技术领域呼风唤雨的都是外国公司，他们包揽了国内所有煤制天然气甲烷化技术项目。

“当时人们对国内大型煤化工技术不太有信心，都不敢做第一个吃螃蟹的人，总觉得外国的月亮比中国的圆。”当被问及为什么西南院的煤制天然气甲烷化催化剂技术立项十多年后才有机会崭露头角，曾旭告诉记者。

在陈健看来，经过西南院十余载研发问世的煤制气甲烷化催化剂，由于没有大规模的实际应用，客户不放心选用，还是坚持选择用国外的产品。“这也可以理解。谁都担心上百亿元的资金投进去，万一弄砸了咋办。”

客户的谨慎，在西南院面前竖起了一道无形的障碍。

尽管如此，年复一年，西南院一直在推进煤制天然气甲烷化催化剂的工业化进程。

“2009年立项，2014年与中海油合作项目中试成功，2015年工艺包完成……这个时间段我们的工作量是非常饱和的。到2015年，我们整个项目的工艺和催化剂也大致定型了。”西南院催化剂事业部总经理助理、煤制气立项研发负责人何洋说。

作为负责商务推广的催化剂事业部副总经理，曾旭对市场开拓的酸甜苦辣记忆犹新。

2014年开始到2020年，一次次的拜访迎来却多是被婉拒，现在想来，不无遗憾。“每年少则三四次，多则五六次，我都会反复地与煤制天然气项目的一些技术负责人和专家讲我们的技术和催化剂产品。”曾旭说。

自从与中海油成功合作进行了国内第一套2000Nm3/h 煤制天然气甲烷化全流程中试后，当时的大环境就急转直下。

由于国际油价在2014年暴跌，国内煤制气企业遭遇滑铁卢。而这一不景气时期一下就持续了近十年。2013 至2020年，国内煤制天然气项目长期处于亏损状态。

“一方面，原本国内规划了很多煤制天然气项目，产能超过2000 亿Nm3/a，但企业因为项目不盈利，没有动力建设新项目；另一方面，当时国内已建成的煤制气项目只有7 套，造成实际产能与规划产能的差别极大。特别是因为企业没有积极性建设新项目，我们的催化剂与工艺推广就没有可能实现。”张新波说。

从客户的角度看，他们有诸多理由。

例如，用国外催化剂的好处是技术经过了工业化应用，相对来讲比较成熟可靠，风险也较小。再说既然已经选定了与国外工艺包进行对接的方案，技术和工程方面的很多问题也与外方技术人员进行了交流……而国内的催化剂产品，只经过实验室、中试阶段，尚无工业化应用，而且试验数据也是停留在中试阶段或者模拟试验阶段，有种“雾里看花”的感觉。

最让西南院感觉无奈的有几个方面。

其一，由于存在着“国外的技术就是世界先进的”这种固有思维，客户还是比较愿意用国外的催化剂。因为，万一失败了那就失败了，但用了国内产品如果失败了，难免会遭到质疑：为什么当初不用国外的？“国内的煤制气项目投资动辄二三百亿元，他们觉得要采用我们的技术，冒的风险太大。用国外的催化剂比用国内的风险小，他们担负的责任也少。”曾旭表示。

其二，因为实验室试验都是小规模的，不可能达到工业化应用的同等规模。2014年，西南院与中海油合作的国内第一套煤制天然气甲烷化全流程中试成功，规模也仅是达到2000Nm3/h。而大型工业化煤制气项目往往是每天生产几百万标准立方米天然气（如新疆庆华项目每天生产460万标准立方米天然气）。“这就很难让潜在客户下定决心在装置上采用我们的催化剂。”曾旭说。

其三，“走在我们前列的国外公司积累了大量的工程数据，能够把项目的装置、技术、工艺和设备说得比较清楚明白，而我们还只是停留在能够中试阶段，因此说服力要差一些，没办法完全打消潜在客户的疑虑。”曾旭说。

阻力重重！在与中海油合作项目之后，西南院始终没有寻到愿意“第一个吃螃蟹的人”。但大家心里知道，与国外技术相比，西南院的煤制天然气甲烷化技术和产品服务具有相当的优势，足以赢得客户的青睐。

例如，在供货方面，国外催化剂供货周期长、运输距离远、技术服务不到位、价格昂贵，此外还存在断货的风险。“像新疆庆华到期需要更换催化剂，至少要提前6～8 个月向国外订货。”陈健说。

从服务和价格方面看，国外只供货到港口，港口完税和其他一些问题全要业主自己完成。“我们则可以直接发货到业主的工厂，给业主节约大量的时间、精力、资金。”陈健说。

山穷水尽疑无路，柳暗花明又一村。终于，机遇降临。

2021年4月，西南院通过坦诚交流得到了新疆庆华的初步认可。

西南院催化剂人立志实现国产化的抱负和新疆庆华领导的家国情怀与使命担当，终于碰撞出了火花：他们同意在自己的煤制气装置进行侧线试验。

工业应用之路

“当感到项目推广好像已经无望的时候，新疆庆华签下与我们合作进行侧线试验的消息，令我们都很振奋。因为，这对我们意味着离成功又近了一步！”曾旭说。

苦“炼”十年，一朝进炉。这次机遇，再次印证了天时、地利、人和！

侧线试验完全模拟新疆庆华采用国外催化剂运行的实际工况。双方达成协议后，2021年9-10月，西南院在新疆庆华进行侧线试验。

“结果表明，试验很成功，天然气的质量和运行的参数都优于国外技术和催化剂。”何洋说。

“我专门写了一篇报道，来表达对庆华的感谢。因为能够促成这个项目，最大的原因是庆华的领导有责任有担当。一个技术专家型的领导加上责任担当，才最终促成了这个事。”谈及这次合作的惊鸿一笔，曾旭表示。

侧线试验成功后，各方面的调研也完成了。西南院在2022年初与新疆庆华签订了合同，新疆庆华煤制气催化剂装置全部采用西南院的国产甲烷化催化剂产品。

2022年7月28日，新疆庆华煤制天然气装置实现满负荷生产。

“本次开车运行，是国内首次整炉国外催化剂的替代。我们的催化剂需要满足对方工艺参数设置，并达到100%的负荷。因此，7月28日投料时，我们完全按照原有的操作参数（温度、压力、流量、蒸汽量、循环量等）进行投料，取得了与国外催化剂基本一致的效果。”郑珩表示。

“我国自主研制的大型煤制天然气甲烷化技术取得突破”“中国中化助力我国煤制天然气催化剂技术实现自主可控”“这一重大科研成果打破了国外技术垄断”……西南院的这项突破一经媒体报道，引起了极大的社会反响。包括西南院、中海油、新疆庆华，央视和新疆维吾尔自治区、四川省的电视台和媒体，以及《经济日报》《参考消息》《中国化工报》《科技日报》《南华早报》等国内外媒体都对此进行了报道。

今年以来，国际油价频繁震荡，但总体处于高位。当油价较高时，煤制气凸显出经济效益。“对企业来说，选择我们的国产化技术降低成本，我们又可以提供便利的交流和优质服务，因此前景看好。”郑珩说。

“前景看好”还有另一层意义。当前，俄乌冲突持续，世界局势动荡，油气和化工行业的原料和生产受到极大影响。对投资巨大的煤制气企业而言，在这样的形势下能否按时供货是他们最为关注的。

“据了解，俄罗斯某些在建项目买的是国外的工艺包。但是出现了工厂即将建成的时候，欧美公司不给提供催化剂的情况。而业主所需的催化剂一旦断货，投资数百亿的生产线只能停下来。”郑珩说。

为清洁利用煤炭找到了出路，为国家解决了“卡脖子”的技术难题。尤其是在国际局势错综复杂的今天，西南院的大型煤制天然气甲烷化技术为煤制气企业提供了更加放心的技术服务和保障。

“前些日子，我在与国内一些企业交流的时候，他们也表达了想和我们合作的意愿。煤制气技术国产化有信心了，终于可以扬‘煤’吐气了。”曾旭说。

“催”煤成气，扬“煤”吐气，西南院不辱使命！

▲陕西榆林煤制氢PSA装置。