中国煤层气利用现状浅析.pdf

收稿日期 2009203204 基金资助贵州省科学技术基金黔科合J字[2008]2010 ;教育部春晖计划Z2007 - 1 - 52012 ;贵州大学大学生创新性 实验计划项目资助 作者简介钱小武1987 - ,男,安徽太和人,在读本科生。 中国煤层气利用现状浅析 钱小武,袁 梅,刘源俊,丁 勇,陈文宝 贵州大学 矿业学院,贵州 贵阳 550003 摘 要煤层气资源是一种宝贵的自然资源,中国的煤层气储量丰富,利用发展前景巨大,而且加大煤层气 开发利用可以较好地改善煤矿的安全条件,保护环境。由于我国煤层气资源利用率和利用水平低,急需加 强对煤层气的开发利用研究。通过对我国煤层气利用现状的分析,文章总结我国煤层气利用方面存在的 问题,论述了其发展前景,提出了煤层气利用的建议,对国内煤层气利用的发展具有一定的指导意义。 关键词煤层气;利用;发展 中图分类号 TD845 文献标识码A 文章编号 1005227982009 0620004203 Analysis of Current Situation of Coal - bed Gas Utilization i n Chi na Q I AN Xiao2wu, YUAN Mei,L I U Yuan2jun,D I NG Yong, CHEN Wen2bao M ining College of Guizhou University, Guiyang 550003, China AbstractCoal - bed gas is valuable natural resource, which is rich in our country and has great prospects . Moreover, coal - bed gas has a good utilization inmine safety and environmentprotection. The coefficient and levelof china’s coal - bed gas utilization are so low that we urgently need to strengthen the development and utilization of coal - bedmethane research. Through the studyon current condi2 tion of coal - bed gas use, the paper concludes the problems of coal - bed gas use technique and discusses the prospects for the devel2 opment of coal - bed gas and brings up some suggestions, which supplies an important reference to development of domestic coal - bed gas use. Keywordscoal - bed gas; use; develop 中国煤层气资源丰富,分布均衡,储量位居世界 第三,但是我国煤层气资源利用率较低。尽管近几 年我国加大了煤层气的利用力度, 2007年14. 5亿 m 3 的煤层气利用量是2000年利用量的近3倍。自 2000年以后,我国煤层气的利用率几乎逐年下降。 2000年,我国煤层气的利用率为57 ,到2007年已 降至不足31。煤层气利用情况不容乐观,加大加 快煤层气的发展利用是我们现在急需解决的问题。 煤层气俗称瓦斯,是在成煤作用时期生成的,主 要成分是甲烷,当煤层赋存深度大于瓦斯风化带深 度时,其含量在80以上 [1 ]。甲烷是无色、 无味、 无 嗅、 可以燃烧或爆炸的气体,其扩散速度是空气的 1. 34倍,密度为0. 716 kg/m 3 ,为空气密度的0. 554 倍。甲烷还是一种洁净优质的宝贵能源,作为燃料 和原料都得到了广泛的应用。甲烷温室效应大约是 二氧化碳的20倍,它对大气臭氧层的破坏能力是二 氧化碳的7倍。因此,研究煤层气的利用对于防止 瓦斯爆炸,减少矿井灾害的产生,改善大气环境,寻 求新能源的开发都具有重要意义。 1 煤层气的利用现状 煤层气是一种宝贵的洁净优质的自然资源,对 其进行利用既能减少能源浪费和环境污染,也能优 化我国能源利用结构。变压吸附煤层气提纯技术, 低浓度瓦斯发电技术的技术突破,为煤层气的开发 利用提供了更广阔的发展前景。以瓦斯发电为例, 截至2008年4月底,全国瓦斯发电机组已有1 104 台,总装机容量达71万kW,比2005年底分别增加 了513台、41万kW,增长87和137。 1. 1 煤层气发电 煤层气俗称瓦斯,瓦斯具有燃烧和爆炸的性质, 瓦斯发电是煤矿利用瓦斯最便捷的方法。瓦斯发电 4 试验研究 总第116期 对瓦斯浓度的要求越来越低,胜利油田胜利动力机 械集团有限公司研发的“ 煤矿瓦斯细水雾输送系统 及瓦斯发电机组 ” 解决了低浓度瓦斯长距离地面安 全输送问题,使6～25低浓度瓦斯的利用成为 可能,为低浓度瓦斯稳定作为发动机燃料进行发电 提供了保障,改变瓦斯浓度必须在30以上才能发 电的历史。低浓度瓦斯发电不仅具有高浓度瓦斯发 电的技术特征,还可以保证瓦斯浓度在5～6时 通过爆炸做功进行发电,也确保处于爆炸范围瓦斯 输送气体的安全 [2 ]。矿井污风是煤矿瓦斯最难利用 的部分,主要困难为流量大、 浓度低甲烷浓度在 0. 6以下 , 现在还没有经济有效的技术,但是已经 向这个方向进行研究。 1. 2 煤层气化工利用 煤层气提纯技术的发展刺激了其在化工方向的 发展,高纯度的煤层气可以作为化工产品的原料,煤 层气可用于生产氨及化肥、 甲醇及其加工产品、 乙烯 及其衍生产品、 乙炔及炔属精细化学品、 合成气 CO H2及其羰基合成产品等大宗化工产品以及 生产甲烷氯化物、 二硫化碳、 氢氰酸、 硝基烷烃、 氦气 等化工产品 [3 ]。由于现在原油、 煤炭价格上涨 ,化工 企业的生产成本提高,煤层气可以在一定程度上填 补原料短缺的问题。在煤层气生产化工产品的技术 上也发展迅速,新技术、 新理论不断提出,如甲烷在 固体酸催化剂表面发生异裂而生成甲基正碳离子, 提出一种指导稳定C - H键无氧活化研究的新理 论,以甲烷为原料制作燃料电池、 汽车燃料等 。 1. 3 煤层气液化 煤层气液化可以使煤层气的体积缩小600倍, 甲烷浓度将从35～50提高到99. 8 ,便于运 输,降低了运输成本,使用LNG液化天然气运输 车运送,可以随气源和用户的改变而改变运输路线, 甚至可以作为现有的天然气管道调峰资源使用。在 采煤的过程中抽排的含氧煤层气压力低,甲烷含量 低,但其爆炸浓度在5～16 ,氧气是危险的助燃 剂,在含氧煤层气的加工和运输过程中会引起爆炸, 含氧煤层气液化技术可以有效减少瓦斯爆炸事故的 发生。 2 制约煤层气开发利用的原因 1 部分地区地质构造复杂,围岩透气性差, 煤层气藏的渗透率低、 吸附强、 开采浅层煤层气的原 始压力不高,解吸速度慢,使煤层气解吸及在煤层中 的运移十分困难,打钻时容易顶钻、 卡钻,抽放效率 低,煤层赋存的瓦斯不易抽采,从而影响其利用。同 时,煤层气抽采量不稳定,煤层气抽采量不稳定致使 矿区储备气源不稳定,会造成系统设备运转失调,也 在一定程度上影响了煤层气的利用。 2 瓦斯抽放技术不能适应煤层气抽采利用 的要求,通过调查发现,国有煤矿抽放工艺普遍存在 抽放钻孔打钻不到位,钻孔易塌孔等现象,加之煤层 透气性低,抽放效果很难确保。而且,受地质勘查滞 后和前期勘探所需巨额资金严重不足等因素影响, 煤层气开发目前主要以井下抽采方式为主,地面抽 采方式为辅,抽采的煤层气也主要用作民用燃气和 发电,深加工基本上还是空白。 3 私营煤矿缺乏资金、 技术等方面的扶持。 私营煤矿业主普遍对煤层气的利用价值认识不足, 加之缺乏技术援助和资金扶持,对初期投入巨大、 资 金回收期较长的煤层气利用项目望而怯步。此外, 私营煤矿的安全投入不够,管理不到位等实际情况 也使得煤层气利用在现阶段无法实施。 4 对煤层气开发价值认识不足,还没有从根 本上意识到煤层气是一种可利用的资源,再则是缺 乏实现盈利的示范项目。由于投资过大,私营企业 很少利用瓦斯,直接排空,造成煤层气资源的浪费。 5 政府对瓦斯利用的要求不断增加,但给与 的技术和资金支持较小,特别是私营煤矿根本无瓦 斯利用的意识,有时也存在“ 心有余而力不足 ”,政 府对于这类企业的帮助基本为零,但是他们又在煤 层气排空中占较大比例。 3 中国煤层气发展前景 中国煤层气地质资源总量预计达36万多亿m 3 , 相当于国内目前常规天然气的地质资源量。在 2007中国国际矿业大会中国煤层气开发与利用论 坛上,专家一致认为中国煤层气开发与利用将进入 快速发展期,预计2008年中国煤层气利用将出现大 幅增长 [4 ]。 煤层气发展前景日益明朗,产业化开发利用不 断推进,从煤层气的勘探、 开采、 运输、 利用建立一系 列的产业发展规划。对于煤层气的开发利用一直都 是开发投资大、 回收期长、 初期产量低、 生产成本高, 所以在煤层气的投入方面政府应给予一定的资金扶 持或相应数目的政策性贷款,减免税收,为煤层气利 用的启动创造好的开端,使企业有能力开发并获取 利润。同时,我们还可以使采煤和采气相结合,在设 备和土建投入上找到结合点,节省开采投资费用。 煤层气虽然具有一定的危害性,但是它是一种 洁净的能源气体。它的利用不仅能解决现在能源需 求的不断增长,缓解能源生产的压力,而且还能改善 能源结构,提高其在能源消费构成中的比重。煤层 5 2009年6月 钱小武等中国煤层气利用现状浅析 第18卷第6期 气的抽采可以有效减少井下煤层瓦斯含量,为煤矿 的安全生产创造条件,减少瓦斯事故的发生,煤层气 利用产生的经济效益也可以减少补偿煤矿企业的安 全投入,促进安全现状的发展。煤层气利用更可以 减少这种温室气体的排放,在全球气温变暖的情况 下具有保护环境的重要意义。 国家对煤层气利用的政策不断改变,重视程度 不断增加。2006年6月国务院印发了关于加快煤 层气抽采利用的若干意见 , 2007年4月国土资源 部印发了 关于加强煤炭和煤层气资源综合勘察开 采管理的通知 , 2007年10月,商务部、 国家发改 委、 国土资源部联合印发了 关于进一步扩大煤层气 开采对外合作有关事项的通知 。而且“ 攻克煤层 气开发利用关键技术,提高煤层气利用技术的研发 能力 ” 已列入科技部“ 十一五 ” 社会发展科技工作重 点 [5 ]。2007年 5月 国务院关于印发节能减排综合 性工作方案的通知 及建设部关于落实〈国务院关 于印发节能减排综合性工作方案的通知 〉 的实施方 案 也涉及煤炭行业的节能减排的工作,煤层气利用 为煤矿企业的节能减排的工作提供了方向。 煤层气利用技术也有所突破。现在已经从过去 的矿井本身把煤层气当作燃料使用向瓦斯发电、 化 工原料和汽车动力燃料等方向发展。煤层气经过加 压提纯,利用更加广泛。同时,随着瓦斯发电技术提 高,对煤层气的瓦斯浓度要求越来越低,现在浓度为 8瓦斯即可用于发电。各采矿类院校和科研院所 也在不断加深对煤层气的研究,争取在现有的基础 上拓宽煤层气的利用范围。 所以,从各个方面来说现在是煤层气开发利用 的黄金时期,它受到了国家政策、 技术和社会需要各 方面的鼓励和刺激,中国煤层气的发展遇到了良好 的机遇,煤层气利用的快速发展将会创造巨大的经 济效益和社会效益。 4 加快煤层气开发利用的建议 1 政府应加大宣传,进行政策性扶持,给予 税收、 资金和技术的支持,帮助企业进行瓦斯抽采利 用,并对瓦斯利用的审批给予便利,不仅要在国有企 业,也要在私营企业中建立瓦斯抽采利用的示范单 位。通过这些优惠性政策,让企业改变瓦斯利用不 是一种负担,而是企业创造经济利益的新渠道,增加 企业进行瓦斯利用的信心,使瓦斯利用成为一项利 国、 利民、 利企的工程。 2 加大、 加深煤层气技术研究,形成一项从 抽采到利用的系统理论技术体系,而不是一种层面 的研究,做到产学研结合。加强研究原始应力条件 和改变原始应力条件下矿井煤层气的赋存和涌出规 律的研究,并在此基础上研究强化抽放技术,提高矿 井煤层气的抽放浓度和抽放量,注重对低浓度瓦斯 利用的研究。加深对煤层气的液化,煤层气深加工 的利用研究,结合当地实际情况,进行瓦斯利用。 3 对煤层气资源利用进行长远科学规划,坚 持煤层气从中央到地方统筹规划、 协调发展,加大资 源勘探、 重点突破与规模开发相结合,由浅至深、 由 易到难、 滚动发展;地面开发与井下抽放并举,建立 “ 先采气后采煤 ” 的矿产资源综合开发新模式;坚持 能源结构优化战略,建立“ 煤层气化工 ” 、 “ 瓦斯发 电 ” 等为主导的多元化煤层气开发利用市场;坚持 对外合作与自营联合发展的方针,发挥对外合作开 发主渠道作用,坚持自营突破 [6 ]。从实处落实这一 政策的实施,最大限度地对煤层气进行利用。 4 加大专业人才培养,建立煤层气资源利用 研究的科研队伍。煤层气利用是一门综合学科,它 要求技术人员拥有地质、 采矿、 通风、 机械和化工等 各方面的知识,扩大对这类复合型人才的培养,才 能满足当前人们对煤层气研究利用的需要。科研院 所应根据社会需要建立相应的攻关技术小组,积极 推动煤层气抽采利用技术的发展。 5 加大国际间的交流合作。美国、 加拿大、 澳 大利亚和俄罗斯等国煤层气利用技术发展较快,在 开采利用方面积累了相当多的经验。我们可以从他 们的煤层气宏观调控政策、 煤层气利用的商业化运 营和开采技术方面学习,结合我们实际情况,提高我 国的煤层气利用的水平。 参考文献 [1 ] 马丕梁,陈东科.煤矿瓦斯灾害防治技术手册[M ].北 京化学工业出版社, 2007. 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