液化天然气、管道天然气与煤制天然气的比较分析

书书书　第６０卷　增刊　　化　　　工　　　学　　　报　　　　　　　　Ｖｏｌ．６０　Ｓｕｐｐｌ．　２００９年１２月　　ＣＩＥＳＣＪｏｕｒｎａｌ　　Ｄｅｃｅｍｂｅｒ　２００９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伍１，华　贲２（１华南理工大学理学院；２华南理工大学化工学院，广东广州５１０６４０）摘要：采用ＬＣＡ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。３种方案中，煤制天然气的ＣＯ２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：ＴＥ０　　　　　　　　文献标识码：Ａ　　　　　　　　文章编号：０４３８１１５７（２００９）Ｓ１０３５０４犆狅犿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１，犎犝犃犅犲狀２（１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；２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５１０６４０，犌狌犪狀犵犱狅狀犵，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋：ＣｏａｌｂａｓｅｄｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｎａｔｕｒａｌｇａｓｉｎｄｕｓｔｒｙｉｓａｄｖｏｃａｔｅｄｔｏｄｅｖｅｌｏｐｏｎａｌａｒｇｅｓｃａｌｅｗｉｔｈｔｈｅａｉｍｏｆｒｅｄｕｃｉｎｇｇａｓｓｕｐｐｌｙｇａｐｉｎＣｈｉｎａ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｎａｔｕｒａｌｇａｓｃｏｍｉｎｇｆｒｏｍｏｔｈｅｒａｐｐｒｏａｃｈｅｓ，ｗｉｌｌｃｏａｌｂａｓｅｄｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｎａｔｕｒａｌｇａｓｓｈｏｗｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌａｎｄｅｃｏｎｏｍｉｃａｄｖａｎｔａｇｅｓ？Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅｌｉｆｅｃｙｃｌｅａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｉｓａｄｏｐｔｅｄｈｅｒｅ．ＣｏａｌｂａｓｅｄｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｎａｔｕｒａｌｇａｓｉｓｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｐｉｐｅｎａｔｕｒａｌｇａｓｉｍｐｏｒｔｅｄｆｒｏｍＲｕｓｓｉａａｎｄｌｉｑｕｅｆｉｅｄｎａｔｕｒａｌｇａｓｉｍｐｏｒｔｅｄｆｒｏｍＡｕｓｔｒａｌｉａｉｎｔｅｒｍｏｆｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｅｍｉｓｓｉｏｎａｎｄｅｃｏｎｏｍｉｃｂｅｎｅｆｉｔ．Ｉｎｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅｒｅｌａｔｅｄｉｔｅｍｓｉｎｇａｓｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｌｉｎｋａｒｅｏｍｉｔｔｅｄ．Ｉｎｃｌｕｄｅｄｉｎｄｕｓｔｒｙｌｉｎｋｓａｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｌｉｎｋ，ｍｉｎｉｎｇｌｉｎｋ，ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｌｉｎｋａｎｄｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎｌｉｎｋ．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｅｍｉｓｓｉｏｎｆｒｏｍｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｌｉｎｋｏｆｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｎａｔｕｒａｌｇａｓｐｒｏｊｅｃｔｉｓｓｅｒｉｏｕｓ．ＡｌｔｈｏｕｇｈＣＯ２ｐｒｏｄｕｃｅｄｆｒｏｍｃｏａｌｔｒａｎｓｆｏｒｍｐｒｏｃｅｓｓｃａｎｂｅｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄａｎｄｕｓｅｄｉｎｏｉｌｆｉｅｌｄｔｏｉｎｃｒｅａｓｅｏｉｌｙｉｅｌｄ，ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｎａｔｕｒａｌｇａｓｐｒｏｊｅｃｔｓｔｉｌｌｓｈｏｗｓｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔＣＯ２ａｎｄＳＯ２ｅｍｉｓｓｉｏｎ．Ａｓａｄｍｉｔｔｅｄ，ｃｏａｌｍｉｎｉｎｇｒｅｇｉｏｎｓｈａｖｅａｌｒｅａｄｙｉｎｖｏｌｖｅｄｓｅｖｅｒｅｅｃｏｌｏｇｙｄｅｓｔｒｏｙ．Ｉｔｉｓｎｏｄｏｕｂｔｔｈａｔｃｏａｌｂａｓｅｄｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｎａｔｕｒａｌｇａｓｉｎｄｕｓｔｒｙｗｈｉｃｈａｌｗａｙｓｄｅｖｅｌｏｐｓｉｎｃｏａｌｍｉｎｉｎｇｒｅｇｉｏｎｓｗｉｌｌｓｈａｒｐｅｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎｔｈｅｒｅ．Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｌｉｎｋｏｆｐｉｐｅｎａｔｕｒａｌｇａｓｐｒｏｊｅｃｔｉｎｖｏｌｖｅｓｔｈｅｌａｒｇｅｓｔａｍｏｕｎｔｏｆｅｍｉｓｓｉｏｎｉｎｔｈｅｗｈｏｌｅｉｎｄｕｓｔｒｙｃｈａｉｎ．Ｓｏｄｏｅｓｔｈｅｌｉｑｕｅｆｉｅｄｎａｔｕｒａｌｇａｓｐｒｏｊｅｃｔ．ＢｕｔＲｕｓｓｉａａｎｄＡｕｓｔｒａｌｉａｐｏｓｓｅｓｓｅｘｃｅｌｌｅｎｔｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｃａｐａｃｉｔｙ．ＴｈｅｓａｍｅａｍｏｕｎｔｏｆｅｍｉｓｓｉｏｎｗｉｌｌｐｒｏｄｕｃｅｌｅｓｓｄａｍａｇｅｉｎＲｕｓｓｉａａｎｄＡｕｓｔｒａｌｉａｔｈａｎｉｎＣｈｉｎａ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅｐｉｐｅｎａｔｕｒａｌｇａｓｐｒｏｊｅｃｔａｎｄｌｉｑｕｅｆｉｅｄｎａｔｕｒａｌｇａｓｐｒｏｊｅｃｔｓｈｏｗａｄｖａｎｔａｇｅｓｉｎｔｅｒｍｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｅｍｉｓｓｉｏｎ．Ｅｎｅｒｇｙｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｃｏａｌｂａｓｅｄｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｎａｔｕｒａｌｇａｓｉｎｄｕｓｔｒｙｉｓａｂｏｕｔ３５％．Ｉｆｔｈｅｆｉｎａｌｇａｓｂｕｒｎｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｓｃｏｍｐｕｔｅｄｔｏｏ，ｔｈｅｎｉｔｃａｎｂｅｃｏｎｃｌｕｄｅｄｔｈａｔｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｔｈｅｗｈｏｌｅｉｎｄｕｓｔｒｙｃｈａｉｎｗｉｌｌｌｏｗｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｃｏａｌｐｏｗｅｒｉｎｄｕｓｔｒｙ，ｗｈｉｃｈｉｓｔｈｅｇｅｎｅｒａｌｃｏａｌｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｒｏｕｔｉｎｅｉｎＣｈｉｎａ．Ｔｈｅｐｒｉｃｅｏｆｗｏｏｄｃｏａｌ，ｔｈｅ　　２００９－１２－０７收到初稿，２００９－１２－２８收到修改稿。联系人及第一作者：王小伍（１９７２—），女，博士，副教授。　　　犚犲犮犲犻狏犲犱犱犪狋犲：２００９－１２－０７．犆狅狉狉犲狊狆狅狀犱犻狀犵犪狌狋犺狅狉：ＷＡＮＧＸｉａｏｗｕ，ａｓｓｏｃｉａｔｅｐｒｏｆｅｓｓｏｒ，[e-mail]　ｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｏｆｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｎａｔｕｒａｌｇａｓｉｎｄｕｓｔｒｙ，ｇｒｏｗｓｆａｓｔｎｏｗａｄａｙｓ．Ｔｈｅｅｃｏｎｏｍｉｃｂｅｎｅｆｉｔｏｆｃｏａｌｂａｓｅｄｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｎａｔｕｒａｌｇａｓｉｎｄｕｓｔｒｙｉｓｓｅｎｓｉｔｉｖｅｔｏｔｈｅｐｒｉｃｅｏｆｗｏｏｄｃｏａｌ．Ａｓａｒｅｓｕｌｔ，ｅｃｏｎｏｍｉｃｐｒｏｓｐｅｃｔｏｆｃｏａｌｂａｓｅｄｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｎａｔｕｒａｌｇａｓｉｎｄｕｓｔｒｙｉｓｓｕｆｆｅｒｉｎｇｃｈａｌｌｅｎｇｅｉｎｔｅｒｍｏｆｅｃｏｎｏｍｉｃｂｅｎｅｆｉｔ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｎａｔｕｒａｌｇａｓ；ｌｉｑｕｅｆｉｅｄｎａｔｕｒａｌｇａｓ；ｐｉｐｅｎａｔｕｒａｌｇａｓ；ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｅｍｉｓｓｉｏｎ；ｅｃｏｎｏｍｉｃｂｅｎｅｆｉｔ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步改善的需要，有人大力倡导煤制天然气（ＳＮＧ），以补充我国天然气气源［１］。环境毒物学和化学学会提出生命周期评价（ＬＣＡ），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ＬＣＡ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。１　生命周期评价的目标定义和范围界定１１　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（ＰＮＧ）以及澳大利亚进口液化天然气（ＬＮＧ）的生命周期能源使用和环境排放。选择的功能单位为１０００ｍ３天然气。１２　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ＰＮＧ以及澳大利亚进口ＬＮＧ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３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。２　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，以补充北京的天然气气源。煤制天然气流程如图１［２］。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ＣＯ２，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。coalvaporescenceairseparationnaturalgascoaloxygensteamairwatergastransferdesulfurizedecarbonizationmethanetransferCO2compressrecyclesulfurrecyclesteamrecycledrycoal图１　煤制天然气流程图Ｆｉｇ．１　Ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎｏｆｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｎａｔｕｒａｌｇａｓ　在本文的计算中，煤制天然气用煤选择为褐煤（灰分５０％，热值取１３．４８ＭＪ·ｋｇ－１），每生产１ｔ原煤耗电１３．９ｋＷ·ｈ。每１０００ｍ３主产品（煤制天然气）消耗氧２．１７ｔ、蒸汽６．４３ｔ、电力１１．４ｋＷ·ｈ、锅炉给水２．７ｔ、褐煤６．６ｔ，通过对甲烷化过程的热量利用可副产蒸汽２．４ｔ，并回收高纯度ＣＯ２３．８ｔ、单质硫０．０１ｔ［３４］。煤制天然气项目生产规模６×１０８ｍ３·ａ－１，设计年限为２５ａ。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ＰＮＧ采用全程管道输送北京，澳大利亚进口ＬＮＧ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３种方案都涉及管道输送，而本文的目的在于比较３种方案的环境排放、经济成本状况，因此为简化计算，忽略煤制天然气从山西北部送往北京以及澳大利亚进口ＬＮＧ从天津送往北京的管道输送，而俄罗斯进口ＰＮＧ的管输距离取为２５００ｋｍ，管道寿命取为３０ａ。澳大利亚进口ＬＮＧ船运距离取·６３·化　　　工　　　学　　　报　　第６０卷　为５０００ｋｍ，单船运输量１０００００ｍ３，油轮的单位载重单位里程燃料消耗量为０．００６２ｋｇ·ｔ－１·ｋｍ－１［５］。建设阶段所耗用钢材的ＣＯ２排放因子取为５．０９ｔ·ｔ－１，ＳＯ２排放因子取为０．０５９６ｔ·ｔ－１，建设阶段所耗用水泥的ＣＯ２排放因子取为０．３１２ｔ·ｔ－１，ＳＯ２排放因子取为０．０００２ｔ·ｔ－１。生产１ｔＬＮＧ的动力及公用设施耗电量约为８５０ｋＷ·ｈ，在ＬＮＧ接收站，一般又将ＬＮＧ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８３０ｋＪ·ｋｇ－１。因此，各方案生命周期清单见表１。表１　各方案生命周期清单犜犪犫犾犲１　犔犻犳犲犮狔犮犾犲犪狊狊犲狊狊犿犲狀狋犾犻狊狋狅犳犲犪犮犺狆狉狅犼犲犮狋狊（ｆｕｎｃｔｉｏｎｕｎｉｔ：１０００ｍ３ｎａｔｕｒａｌｇａｓ）ＰｒｏｊｅｃｔＥｎｅｒｇｙａｎｄｍａｔｅｒｉａｌｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎＣＯ２／ｔＳＯ２／ｔｃｏｎｓｔｒｕｃｔ　ＳＮＧ　ＰＮＧ　ＬＮＧｓｔｅｅｌ：６５６７×１０３ｔｃｅｍｅｎｔ：１３９５０×１０３ｔｓｔｅｅｌ：５．２ｔｓｔｅｅｌ：１９８０ｔ２．２２９０．２９２．９６４１．００８０．００２６０．００１６０．０３５０．０１２ｍｉｎｅ　ＳＮＧ　ＬＮＧｐｏｗｅｒ：９１．８ｋＷ·ｈｐｏｗｅｒ：８５０ｋＷ·ｈ０．０５４０．４４１０．０００５０．００４４ｐｒｏｄｕｃｅ　ＳＮＧ　ＬＮＧｗｏｏｄｃｏａｌ：６．６ｔｆｅｅｄｗａｔｅｒ：２．７ｔｓｔｅａｍ：６．４３ｔｐｏｗｅｒ：１１．４ｋＷ·ｈ，ｏｘｙｇｅｎ：２．１７ｔｂｙｐｒｏｄｕｃｔｓｔｅａｍ：２．４ｔｂｙｐｒｏｄｕｃｔＣＯ２：３．８４ｔｂｙｐｒｏｄｕｃｔｓｕｌｆｕ