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《破冰者:中国甲烷化技术的逆袭之路》
来源:中海石油气电集团有限责任公司技术研发中心 |作者:宋鹏飞 |日期:2025-12-26

在能源革命的浪潮中,中国海油的科研团队用十余年时间谱写了一曲科技创新的壮歌。这个故事始于2010年,当时中国能源行业正面临前所未有的转型压力,我国天然气消费量快速增长,对外依存度居高不下,煤制合成天然气可作为天然气能源的有效补充,但关键技术却面临“卡脖子”困境,尤其是核心的甲烷化技术长期被德国鲁奇、英国戴维等公司垄断,引进费用高昂,严重制约着我国煤炭清洁利用的发展。


为突破甲烷化技术“卡脖子”难题,气电集团党委作出战略决策,研发中心党委积极部署。一支以侯建国博士为首的平均年龄仅30岁的9人攻关团队,就此踏上了长达数十年的中国甲烷化技术自主攻关的长征之路。项目团队坚持严谨的化工技术开发流程,从实验室小试、模试到中试,从催化剂小试制备、公斤级放大到吨级放大,一步步向目标迈进。在四川成都一个简陋的实验室里,项目团队长期驻扎,完成了甲烷化实验装置的自主设计,搭建了甲烷化小试平台,开始了日复一日的技术攻关。

这一干就是4年!甲烷化催化剂活性组分、载体、助剂等关键组分选什么、多少量?但就催化剂配方开发做了数千组试验,工艺评价试验更是熬了数百个日日夜夜。甲烷化工艺能耗高的问题困扰了项目团队很久,2012年夏天的一个深夜,工艺负责人宋鹏飞在分析实验数据时发现,大量未反应气体的循环处理可能是造成高能耗的关键原因。经过数月攻关,新型“宽温变换”工艺应运而生,成功将循环量降低30%,为低能耗高效能的甲烷化工艺包的开发奠定了基础。

2013年4月20日,雅安突发7.0级地震,成都震感强烈,很多人还在睡梦中。侯建国第一时间赶到试验现场,看到试验装置平安无事,他忐忑的心才渐渐平静了下来。

“那天晚上,我脑子里只有一个念头:千万不能让几年的心血毁于一旦!”侯建国说。

甲烷化模试期间,项目团队实行“四班三倒”工作制。没有值班室,催化剂工程师姚辉超和穆祥宇就用纸箱板在角落隔出休息区;没有床铺,几根钢管搭上军大衣就成了“豪华卧铺”。

“条件虽然艰苦,但大家互相鼓励,苦中作乐。现在回想起来,那段日子反而成了最珍贵的记忆。”穆祥宇笑着说。

在这样的条件下,项目团队终于获得了连续500小时稳定运行的宝贵数据,创造了当时国内甲烷化模试的新纪录。

2014年夏天,在成都郊外一个化工厂的荒地上,甲烷化中试装置建成。催化剂负责人王秀林回忆道:“第一次看到场地时,野草长得比人还高。没想到几个月后,我们实现了中国乃至世界最大规模的全流程甲烷化中试”。那个夏天,成都的湿热让人喘不过气,团队成员们头戴安全帽,在烈日下一干就是十几个小时,衣服上结出了白色的盐渍。

作为北方人的张瑜,因为湿热头上竟长了很多瘙痒难忍的红疙瘩。

“那段时间,我每天都要涂药膏,痒得睡不着觉。但看到装置一天天成型,再苦也值得。”张瑜说。

虽然苦、虽然累,但当大家看到中试场地从一片荒芜到装置林立、当中试装置首次产出合格天然气时,一切的付出都值得了!

突然有一天测试时,甲烷化反应器温度突然飙升,侯建国的后背冒出了冷汗,项目团队如临大敌,温度飙升很有可能导致催化剂快速失活,后果不堪设想!

“那72小时,我们几乎没合眼。所有人都紧绷着神经,生怕错过任何一个细节。”侯建国回忆道。

连续72小时,项目团队不眠不休,最终通过优化控制系统化解了危机。功夫不负有心人。11月,中试装置平稳运行1000小时,圆满通过考核实验。随后,13亿标准立方米/年煤制天然气甲烷化工艺包也成功开发。

2014年12月26日,中国石油和化学工业联合会宣布“中海油自主甲烷化技术总体达到国际先进水平”。这一刻,一切的掌声和笑声都无法掩盖团队成员激烈跳动的心。30多项授权专利,19项发明专利,30余篇国内外核心论文!

十年磨一剑!2021年12月,自主甲烷化催化剂在新疆庆华煤制天然气项目完成工业侧线试验,在伊犁零下-20℃的寒冬中实现了1400小时平稳高效运行。2022年,自主国产催化剂在新疆庆华项目替代国外产品,110%负荷下,主反应器甲烷浓度达到61.7mol%,比国外产品高出3个百分点。甲烷化技术不再被“卡脖子”。2023年,自主甲烷化催化剂在新疆庆华和伊犁新天两个煤制天然气项目实现所有主辅甲烷化反应器催化剂的工程化应用,全面替代国外催化剂产品。

2025年5月,中国海油成功中标国家能源集团20亿标方/年的煤制天然气项目,这次不仅是催化剂,还包括技术许可、工艺包和设计服务在内的全套甲烷化技术。这标志着我国自主甲烷化技术正式跻身“国际第一梯队”,对促进煤炭清洁利用、保障能源安全具有重要意义。

“十年前,有人说我们痴人说梦。今天,我们让中国技术站上了世界舞台!”侯建国说,团队每个成员都热泪盈眶,十余年的辛苦努力终于得到了回报。

回望来时路,从实验室研发到工业化应用,上千次催化剂测试、上百次工艺优化,我国的甲烷化技术从无到有,实现了从跟跑到领跑的跨越。如今,团队正将目光投向更远的领域,探索甲烷化技术在新能源产业的融合应用,开展风电制氢耦合煤制天然气、工业捕集二氧化碳与绿氢高效转化为“碳中和天然气”等创新。

甲烷化是天然气制氢的逆反应过程,是氢气与碳一的化学反应过程。基于甲烷化技术的积累,团队开拓了氢能领域。2022年研制出国内首台橇装天然气制氢装置并在佛山工程化应用,2023年开发出国内首台高度紧凑型制氢反应器,可用于固体氧化物燃料电池(SOFC)的预重整,目前正在建造国内首台燃气电厂专用小型制氢机、首台小型天然气制氢+燃料电池的氢-电-热三联供设备、天然气无碳化制氢、有机物储氢等创新,诞生了中国海油首个氢能品牌CGH2,引领国内相关标准的制定和首台套示范应用。

“我们不仅要让中国技术走向世界,还要为全球碳中和贡献中国智慧。”团队带头人侯建国坚定地说。

未来,中国海油将继续以科技创新为驱动,为我国能源绿色转型和高质量发展贡献力量。

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