煤制天然气作为清洁煤技术的一种重要方法,能够缓解我国天然气短缺的问题、保证能源安全、稳定燃料的价格并且使得能源选择多样化。尽管合成天然气作为清洁能源,它的使用将带来显著的环境效益,但是在其生产过程中还是不可避免地造成了较高的资源能源损耗和污染物排放问题。通过有效能分析,能够评估资源能源的利用效率,探索能源转换系统中能源质量损失的问题,识别低效环节。此外,有效能与环境影响的结合在改善和解决环境问题方面也具有优势,能够为系统提供更多节能减排的洞察力。本文以某典型的煤制天然气生产流程作为案例研究,基于有效能平衡,量化了各个工艺环节的有效能效率和有效能损失,确定系统低效环节和潜在的改进环节。通过将有效能损失进一步分解为内源性和外源性有效能损失以及可避免和不可避免的有效能损失,探讨系统组分之间的相互作用以及真实的改进潜力。在此基础上,建立有效能损失和环境影响之间的关系,预测通过改进煤制天然气生产过程可以带来的整个生命周期的环境效益,以进一步设计可行的减排策略。研究结果表明,该煤制天然气生产流程的有效能效率为58.35%,消耗了1511.69t/h(3.02kg/8)~3SNG)的煤炭资源和2230t/h(4.46kg/8)~3SNG)的水资源,造成了3974.12MW(28.61MJ/8)~3SNG)的有效能损失。由于系统中86.27%的有效能损失是内源性有效能损失,系统组分之间的相互作用比较微弱,改进应该主要聚焦于组分内部的不可逆性。此外,可避免的有效能损失在总有效能损失的占比为61.88%,说明该研究系统仍然有较大的改进潜力和提高空间。基于传统有效能的分析结果,煤气化单元、甲烷化单元和低温甲醇洗单元应该首先被改进,然而先进有效能分析显示,改进优先级应给予煤气化单元、甲烷化单元和水煤气变换单元。通过进行从“摇篮—大门”的生命周期环境影响评估,得益于较短的运输距离,煤炭运输阶段造成的环境影响微乎其微,而煤炭开采阶段除了对臭氧层损耗有突出贡献外,对其他环境影响的贡献大概在5%-10%之间,因此需要重点改善天然气生产过程的性能。结合煤制天然气行业的发展现状和趋势,目前煤制天然气行业仍然有较大的改进潜力以减少资源能源的消耗、污染物的排放和环境影响。因此,结合先进有效能和环境影响评估,进行了煤制天然气技术改进的情景分析。随着近期、中期和长期合成天然气生产技术的不断发展,整个煤制天然气生命周期的酸化潜势、臭氧层损耗潜势和全球变暖潜势将持续减少,而非生物资源损耗潜势、富营养化潜势和人体毒性潜势的改善潜力将趋于平缓。实现各个单元以及整个系统的技术优化是必然的,但这种改进所带来的节能减排和环境影响减少潜力(15-25%)是比较有限的。因此,更进一步的是采取目标导向性的措施,以实现更高的节能减排潜力。