欢迎进入河南环宇石化装备科技股份有限公司官方网站!

证券简称:环宇装备 证券代码:831130

0391-7171698
河南环宇石化装备科技股份有限公司
河南环宇石化装备科技股份有限公司
河南环宇石化装备科技股份有限公司

announcement企业公告

环宇产品中心

product center

咨询热线:

+0391-7171698

电话:0391-7171698

传真:0391-7171695

手机:13938160721 13838220337

EMAIL:huyukeji@sina.com

营销总部:

郑州市高新区总部企业基地118栋

制造基地:

河南省焦作市修武县产业集聚区云翔路中段南侧

低浓度煤层气资源利用现状及效益分析

发布:hyzbkj 日期:2017-08-28 浏览次数:11次

  1引言

  据统计显示,我国煤层气总地质资源储量为3.68X1013m3,相当于4.5X1013kg标准 煤,居世界第3位,与全国常规天然气资源储量相当。但由于甲烷浓度范围在5%?16% 的低浓度煤层气具有爆炸危险,出于安全考虑,通常被禁止直接利用。按照国家《煤矿 安全规程》规定,对煤层气进行利用时,甲烷浓度不得低于30%。据统计,2005年我国 煤层气抽采量达3X10V,其中至少三分之二为甲焼浓度低于30%的低浓度煤层气,这 部分煤层气由于被禁止利用而排空放散,既浪费资源又危害环境,也是煤层气利用率较 低的主要原因。然而能做功的煤层气的甲烷浓度恰恰就是在5%?16%之间,不管是燃烧, 还是在汽缸内爆燃均如此,即便是高浓度煤层气或天然气,也必须与空气充分混合或接 触后才能形成燃烧和爆燃。因此,甲烷浓度低于30%的低浓度煤层气资源有着极其广泛 的利用空间。

  目前,中国煤矿的开采活动每年向大气排放大约1.3XIO1%3纯甲烷,这些排放气体 的利用情况较差,其中超过80%的低浓度煤层气未被利用而直接排放到大气中。因此, 实现低浓度煤层气的安全合理利用,对扩大煤层气利用的范围和规模,提高煤层气利用率,节能减排增强环保,促进循环经济发展,建设和谐社会有着重大的意义。

  2低浓度煤层气资源概述

  低浓度煤层气是一种热值高、无污染的优质能源,储量为煤层气总量的三分之二以 上,但由于受着各方面因素的制约,低浓度煤层气资源利用的现状不容乐观。因此,有 必要对低浓度煤层气资源的定义、特性及储量进行深入的了解。

  2.1定义

  煤层气是一种在含煤岩层中,以腐植性有机物质为主的成煤物质在成煤过程中自 生、自储式非常规的天然气,俗称瓦斯,主要成分为甲烷(CH4),煤层气在煤层中生成, 并以吸附、游离状态储存在煤层及邻近岩层之中。根据国家《煤矿安全规程》规定,甲 烷含量低于30%的煤层气为低浓度煤层气。

  2.2特性

  低浓度煤层气的主要成份为甲烷,其常温下的发热量为3.43?3.nMJ/Nm3,热值与 天然气相当,是一种高效、洁净的非常规天然气。但甲烷也是具有强烈温室效应的气体, 其温室效应是二氧化碳的21. 5倍,散发到大气中的甲烷污染环境,导致气候异常,同 时大气中的甲焼氧化消耗平流层中的臭氧,而臭氧减少使照射到地球上的紫外线增加、 形成烟雾,还可诱发某些疾病,危害人类健康。

  低浓度煤层气中甲烷浓度在5%?16%时具有爆炸危险,甲烷浓度在7%?8%时最 易爆炸,当甲焼浓度在9. 5%时爆炸威力最强,其速度可达2000?3000m/s,同时产生巨 大的能量,而低浓度煤层气发电也正是利用了甲烷的这一特性。

  2. 3储量及分布

  我国煤层气资源丰富,且分布较为均衡。据最新一轮资源评估,我国煤层气总地质 资源储量为3.68X1013m3,是仅次于俄罗斯、加拿大的世界第三大煤层气储藏国。其中 东部地区1.13X10V,中部地区1.05X10V,西部地区1.04X10V,南部地区4. 7 X 1012m3。

  据统计,我国煤层气埋藏深度在300?1000m之间的资源量约占总量的29.05%, 1000?1500m之间的煤层气占总量的31.6%, 1500?2000m之间的煤层气占总量的 39.35%,适于开发的约占总资源量的60%,而可利用的低浓度煤层气约占总开发煤层气 资源的77%,即我国可利用的低浓度煤层气资源大约有1.7X10V,相当于4.5X1013kg 标煤,3.5X1013kg标油,与陆地上常规天然气资源量相当。根据规划,2010年全国煤 层气产量将达到1XlO'V, 2015年达到3X10V,2020年超过5X 10V。

  3利用现状

  近些年,我国煤层气抽采利用工作取得了重大进展,2005年全国煤矿抽采煤层气 2. 3X10V,利用9X10V,利用率42. 6%; 2006年全国煤矿抽采煤层气3. 24X10V, 利用1. 15X10V,利用率35. 5%; 2007年上半年,全国煤矿累计抽采煤层气2. 26X10V, 利用6.69X108m3,利用率为29.1%。从总体上看,煤层气抽采进展较快,但利用进度较 慢,特别是低浓度煤层气利用率低。

  我国70%以上的煤层气是甲烷浓度在25%以下的低浓度煤层气,而煤层气的爆炸 区间为5%?16%,根据国家《煤矿安全规程》规定,甲烷浓度在25%以下的煤层气就 不能利用,因此,目前几乎所有的煤矿都将甲烷浓度低于30%的煤层气直接放空排入大

  366

  气层,这将势必造成环境的污染和资源的浪费。针对低浓度煤层气资源的利用,在国内 尚处于试验阶段,现在技术较为成熟的有低浓度煤层气发电和乏风瓦斯的利用。

  3.1低浓度煤层气发电

  目前,国内外对低浓度煤层气利用技术除了用于辅助燃烧或直接作为主要燃料燃烧 之外,从技术成熟度、适用性、产品需求以及经济性考虑,低浓度煤层气发电技术将是 未来的主流发展趋势。然而,国内外低浓度煤层气发电技术相对滞后,主要原因是低浓 度煤层气地面输送安全问题没有解决,并且发电设备本身也没有安全保障措施。因此, 要利用低浓度煤层气发电,首先要解决煤层气输送问题,对于甲烷浓度大于30%的煤层 气,《煤矿安全规程》允许输送,但对于目前约占总储量70%以上、甲烷浓度在6%?25% 的低浓度煤层气来说,煤层气地面安全输送仍是需要亟待解决的难题。

  目前,国内低浓度煤层气本质防爆安全型输送技术比较成熟的有细水雾和气水二相 流两种安全输送方式。

  3.1.1细水雾输送系统

  细水雾输送系统是指主要以细水雾作为防止煤层气输送管道产生火源或抑制火焰 传播的煤矿低浓度煤层气输送系统。该系统对处于危险浓度的煤层气采用细水雾与低浓 度煤层气全程混合输送方法,并通过计算机自动控制,解决了安全输送与利用的问题, 是煤层气利用领域的一项重要创新。细水雾输送系统工艺流程如图1所示。

  图1低浓度煤层气细水雾输送系统工艺流程图 目前,低浓度煤层气细水雾安全输送方式已经通过了工业性煤矿低浓度煤层气本质 防爆安全型试验。2005年11月1日,世界首例采用细水雾安全输送的低浓度煤层气发 电站在淮南谢一矿正式运行,其低浓度煤层气细水雾输送及发电运行参数为:甲烷浓度 为7%?16%,煤层气压力为O.OIMPa,细水雾的水源压力为IMPa。经过两年多的实践证 明,这是一种本质防爆安全型输送方式,并且低浓度煤层气发电较之高浓度煤层气发电

  的运行会更加平稳。

  3. 1.2气水二相流输送系统

  气水二相流输送低浓度煤层气,使水流环绕输送管道的内壁连续流动,形成环形水 流,低浓度煤层气气体在环形水流中流动,完全处于环形水流所形成的环形水封之中, 沿输送方向上每隔30?50m,以柱状水团隔断气流,并形成端面水封,低浓度煤层气在 所述环形及端面水封中形成间歇性柱塞气流,实现煤矿低浓度煤层气本质防爆型安全输 送的系统。低浓度煤层气气水二相流输送系统工艺流程如图2所示。

  图2低浓度煤层气气水二相流输送系统工艺流程图

  3.1.3低浓度煤层气发电系统

  现在低浓度煤层气发电已经得到国家有关部门的支持,有了煤矿低浓度煤层气输送 技术,低浓度煤层气发电就有了广阔的发展前景。利用低浓度煤层气发电是今后低浓度 煤层气利用的主要方向,是提高煤矿安全生产最有效的技术措施之一。目前煤层气发电 机组的发电效率一般在30%?40%之间,如果能利用机组余热实现热电冷联产,其综合利 用效率可达80%以上,低浓度煤层气发电的利用将煤层气浓度的利用范围扩大了 20个百 分点,即只要煤层气中甲烷浓度高于5%,就可以安全发电。低浓度煤层气发电技术的推 广,不仅提高了经济效益,也大大增加了煤炭开采过程中的安全系数。低浓度煤层气发 电系统工艺流程如图3所示。

  3.2乏风瓦斯的利用

  乏风瓦斯(又称矿井乏风,Ventilation Air Methane,简称VAM),.指煤矿通常采 用大量通风来排放煤矿瓦斯,风流经过采掘工作面以及其它用风地点后所携带的瓦斯称 为乏风瓦斯,即甲院浓度低于0.75%的煤矿通风瓦斯。

  我国每年通过乏风排入大气的甲烷约为1X 101()?1. 5X lO、3,而且基本没有利用。 因此,治理和利用矿井乏风瓦斯,是我国面临的紧迫任务。由于煤矿乏风中甲焼含量极 低,如果进行分离提纯,耗能要远远超过获取甲烷的能量,很不经济。另外这种浓度的

  368

  甲烷不能直接燃烧,所以长期以来只能空排,造成了巨大的能源浪费和环境污染。由山 东胜动集团研究开发的煤矿乏风甲烷氧化装置对综合利用乏风瓦斯有着重大的意义,其 利用流程如图4所示。

  图3低浓度煤层气发电工艺流程图

  图4乏风瓦斯氧化利用流程图

  煤矿乏风甲烷氧化技术是目前国内唯一通过现场工业性试验的技术成果,它是一种 煤矿乏风甲烷氧化装置,属于利用放热化学反应产生热能的矿用设备。其氧化床部分由 外壳体、蜂窝储热陶瓷、电加热器、内置换热器,以及进、排气管,进、出水管和陶瓷 保温棉组成。蜂窝储热陶瓷、电加热器和内置换热器置于外壳体的中心部位。进、排气 管安装在蜂窝储热陶瓷左、右两端,进、出水管安装在蜂窝储热陶瓷上部。其控制系统 由控制单元、温度传感器、甲烷浓度传感器和电动阀门等组成。所有传感器和电动阀门 都有信号导线与控制单元连接。煤矿乏风进入该装置的氧化床,先用少量电能加热启动, 达到甲烷氧化反应温度后停止电加热,乏风中的甲烷继续氧化反应,生成二氧化碳并产 生热能被取出利用,由废变宝,减少大气污染。此技术在可利用乏风浓度、氧化控制、 热量利用等方面均取得突破性进展,为煤矿风排瓦斯处理和利用方面提供了有效的新技 术和装备,在工艺流程和氧化技术方面有重要创新,对实施“节能减排”工作有重大的 现实意义。

  4效益分析

  我国高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井多,因此,开发利用低浓度煤层气资源有着巨大的 效益:其一,有利于煤矿安全生产,改善煤矿安全生产环境,有效降低煤矿瓦斯安全隐 患,消除瓦斯造成的重大安全生产事故,对于促进煤矿安全生产有着重要作用。其二, 有利于环境保护,煤层气是洁净能源,大力开发利用煤层气,降低煤炭的使用,有利于 降低二氧化硫和甲烷排放,减少酸雨灾害和降低温室气体排放,对于加强生态环境保护 和建设有着重要意义。其三,有利于缓解能源供需紧张形势,改善能源机构,缓解能源 供需矛盾。

  4.1环保效益

  低浓度煤层气的主要成分为CH4、02、队及少量C02,影响温室效应的气体主要是C02 和ch4,虽然ch4的总排放量远小于co2,但它对温室效应所造成影响已不容忽视。根据气 候变迁跨国委员会研究报告指出,CH4的温室效应为C02的21. 5倍,其对臭氧层的破坏程 度是《)2的7倍多。因此,直接向大气中排放煤层气,会对环境产生巨大危害。

  作为优质能源,低浓度煤层气基本不含硫,虽然在煤层气燃烧利用过程中会产生一 定量的氮氧化物,极少量二氧化硫和微量烟尘,但煤层气替代煤炭的燃烧利用可以大大 削减大气污染物排放总量。我国每年煤炭开采向大气排放煤层气约i.sxk^V,勘探、 开发和利用煤层气每年可减少C02排放约6. 75X1010kg-二氧化硫排放减少7. 56X 108kg, 约占目前二氧化硫排放总量的3%,烟尘排放减少1.86X108kg,同时还减少了煤灰占地 产生的环境问题,避免了煤炭加工、运输时产生的扬尘等大气污染,有利于大气环境的 改善。并且煤层气利用产生的废气也是一种气态肥料,可增加植物的光合作用。总之, 低浓度煤层气资源的利用对环境保护具有巨大的效益。

  4.2经济效益

  低浓度煤层气利用不仅能保护环境,而且具有很好的经济效益。在标准状况下,lm3 纯甲烷可以发3. 2?3. 3kW _h电,而浓度是10%的低浓度煤层气,大约3m3可以发lkW .h 电。据统计,我国每年在煤炭生产过程中,所产生的低浓度煤层气折合纯甲烷约1.3X 1010m3,如果煤层气抽放量达到4. 2X 109m3并全部用来发电,则大约发1. 3X 101DkW 4电, 可形成近百亿元的一个产业。同时,相当于为国家节约了 5.7X109kg标准煤,可部分缓 解能源紧张局势,并创造一大批就业岗位。如果考虑热电冷联产的供热收益和CDM项目 的碳减排交易收入,那么其经济性将更加突出。

  甲烷浓度低于0. 75%的煤矿乏风瓦斯的利用也将产生巨大的经济效益,我国每年通 过乏风排入大气的甲烷约为lX1010~1.5X10,om3,相当于1.14\101°?1.7父101°1^标准 煤。而在矿井现场安装热逆流氧化装置,即可有效地利用乏风瓦斯,每套装置年处理矿 井乏风1. 75X10V,温室气体每年减排2. 1X10WC02当量,每年热回收量为43362. 5GJ, 此热量可以用来发电至少2. 6X 106kW ? h。如果每度电的售价为0. 5元,则年发电收入 130万元。根据《京都议定书》,每年可以通过减排温室气体收入52万元。设备的年运

  370

  行成本为68.4万元,可以实现年利润113. 6万元。

  以上低浓度煤层气利用经济性分析是在没有考虑首次投资、运行维修费及煤层气价 格等因素的前提下,只对纯粹的能源价格而言。从煤层气投资和盈利角度出发,即使考 虑以上各因素,煤层气利用项目在三年左右的时间也完全能够收回投资,其经济效益也 是非常可观的。

  4.3社会效益

  随着低浓度煤层气资源开发和利用力度的加大,我国煤矿百万吨死亡率已经由2000 年的5. 80,降到2006年的2. 04,全国因瓦斯事故造成的死亡人数也在逐年大幅度降低。

  有计划合理开发和利用低浓度煤层气资源,不仅可以缓解我国能源紧张局势,并创 造一大批就业岗位,而且对改善我国能源消费结构,提高我国洁净能源的利用率,有效 遏制煤矿瓦斯事故,改善煤矿安全生产条件,保护人类的生存环境,构建资源节约型社 会和环境友好型社会,保证我国经济的可持续发展均具有十分重要的意义。

  5结论

  综上所述,低浓度煤层气资源合理高效地利用,成功解决了低浓度煤层气抽排放空 问题,拓展煤层气综合利用的空间,有效利用了资源,对促进煤矿安全生产、减少温室 气体排放、保护环境意义重大,具有显著的经济、社会和环保效益。为了进一步更好地 利用低浓度煤层气,实现煤矿瓦斯的节能减排,还需要加强低浓度煤层气(特别是乏风 瓦斯)利用技术的研究,加快低浓度煤层气安全输送和利用相关技术标准的制定,以及 低浓度煤层气利用和矿井乏风回收利用的CDM方法学开发研究,实现煤层气资源利用效 益的最大化。