煤層氣利用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢煤炭科學研究總院陳貴峰

煤層氣利用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢煤炭科學研究總院二00九年九月四日演講人：陳貴鋒2009年全國煤礦瓦斯防治工作會議技術交流材料之四1■煤層氣是寶貴的資源，其儲量與天然氣相當，約相當于450億tce煤炭。■長期以來，煤層氣與煤礦安全事故息息相關，一直被認為是危險氣體，開發(fā)利用程度低，造成大量資源浪費和環(huán)境問題?！隹紤]利用效率，利用1億m3的煤層氣相當于20萬tce煤炭，可以減排150萬tCO2e。前言■煤層氣開發(fā)利用技術不斷發(fā)展，為煤層氣開發(fā)利用產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供技術支撐。2主要內(nèi)容一.煤層氣資源及利用概況二.煤層氣利用技術進展三.存在的障礙和問題四.發(fā)展趨勢與建議3一.煤層氣資源及利用概況（1）中國煤層氣資源豐富，居世界第三位全球煤層氣資源量約270×1012m3，90%分布在12個主要產(chǎn)煤國。其中，中國煤層氣資源量為36.8×1012m3，約占世界總量的13%，居第三位。4一.煤層氣資源及利用概況（2）中國煤層氣資源分布廣泛區(qū)域分布圖埋藏深度圖鄂爾多斯9.85全國重點煤礦煤層氣歷年抽采情況截至06年底，中國煤層氣累計產(chǎn)量為164億m3

，約是美國累計產(chǎn)量的3%；截至08年底，中國煤層氣累計產(chǎn)量為261億m3。一.煤層氣資源及利用概況（3）煤層氣總體開發(fā)利用量低，但增幅明顯美國6全國重點煤礦煤層氣歷年利用情況圖一.煤層氣資源及利用概況7約5665億m3圖：截至06年底，美國累計煤層氣產(chǎn)出量一.煤層氣資源及利用概況81989-2006年美國煤層氣產(chǎn)量來源：美國能源信息署EIA返回9一.煤層氣資源及利用概況（4）煤礦區(qū)煤層氣開發(fā)利用居于主導地位圖：中國煤層氣不同開發(fā)方式分布圖：兩種開發(fā)方式產(chǎn)量示意圖圖：兩種開發(fā)方式利用量示意圖53/510一.煤層氣資源及利用概況（5）煤層氣發(fā)電裝機容量增長快速圖：2006年中國煤層氣利用情況比例圖06年利用量6.15億m3圖：煤層氣發(fā)電裝機容量預測走勢圖11（6）政策和管理力度不斷加強編號單位政策核心思想2009.4國家能源局關于組織開展全國重點煤礦區(qū)煤層氣抽采利用規(guī)?；ㄔO工作的通知2010年抽采量1億m3礦區(qū)數(shù)18個；2015年36個發(fā)改辦[2006]1044號國家發(fā)改委煤層氣（煤礦瓦斯）開發(fā)利用“十一五”規(guī)劃首次將煤層氣列入規(guī)劃國辦發(fā)[2006]47號國務院辦公廳關于加快煤層氣（煤礦瓦斯）抽采利用的若干意見宏觀指導勘探開發(fā)利用享受優(yōu)惠政策。財建[2007]114號財政部關于煤層氣（瓦斯）開發(fā)利用補貼的實施意見發(fā)電外中央補貼0.2元/m3(純），地方適當補貼發(fā)改能源[2007]721號國家發(fā)改委關于利用煤層氣（煤礦瓦斯）發(fā)電工作實施意見的通知鼓勵采用500kW以上發(fā)電機組，開發(fā)1000kW以上內(nèi)燃機組及大功率燃氣輪機組；補貼0.25元/kWh財辦建[2008]34號財務部辦公室關于組織申報煤層氣（瓦斯）開發(fā)利用財政補貼資金的通知用于民用、鍋爐燃料、汽車、化工、非發(fā)電企業(yè)財稅[2007]16號財政部/稅務總局關于加快煤層氣抽采有關稅收政策問題的通知設備加速折舊；國產(chǎn)設備技術改造，企業(yè)所得稅減免投資的40%；新技術減50%國土資發(fā)[2007]96號國土資源部關于加強煤炭和煤層氣資源綜合勘查開采管理的通知采煤采氣一體化，解決礦權問題財關稅[2006]13號

財政部/海關稅務總局關于煤層氣勘探開發(fā)項目進口物資免征進口稅收的規(guī)定免征進口關稅和進口環(huán)節(jié)增值稅12主要內(nèi)容一.煤層氣資源及利用概況二.煤層氣利用技術進展三.存在的障礙和問題四.發(fā)展趨勢與建議131民用燃料(CH4>40%)2工業(yè)燃料(CH4>40%)二.煤層氣利用技術進展3發(fā)電(CH4>30%)4煤層氣液化(CH4>40%)5濃縮富集1細水霧輸送及低濃度發(fā)電技術1混燃發(fā)電及熱逆流轉反應技術中高濃度煤層氣低濃度煤層氣礦井乏風中甲烷不同濃度煤層氣14◆規(guī)模：08年民用90萬戶，預計2010年達200萬戶以上，應用前景好?！羲杓淄闈舛龋?0%以上?！魢艺撸何催M入城市公共配氣管網(wǎng)的民用煤層氣銷售價格由供需雙方協(xié)商確定；進入城市公共配氣管網(wǎng)并納入政府管理范圍的民用煤層氣銷售價格，按照與天然氣、煤氣、液化氣等可替代燃料保持等熱值合理比價關系的原則確定。一般民用價格在1.0～2.5元/m3（純）。

◆管道建設：第一條跨省煤層氣長輸管道項目“端氏－晉城－博愛煤層氣管道”正在建設。

(1)

民用燃料15主要利用地區(qū)：遼寧撫順、鐵法、山西晉城、陽泉、安徽淮南、重慶松藻、中梁山、河南鶴壁等。16“端氏－晉城－博愛煤層氣輸氣管道”投資：4.58億元年輸氣能力：10億m3

長度：98.2km設計壓力：6.3MPa公里投資：466.4萬元/km撫順煤層氣將專供沈陽年供氣量：08年45萬m3供氣價格：2.4元/m3

輸送距離：33km供氣濃度：60%以上17目前煤層氣發(fā)電機組主要有三類：內(nèi)燃機組、燃氣輪機組和蒸汽輪機組。(2)中高濃度煤層氣發(fā)電

蒸汽輪機燃氣輪機內(nèi)燃機技術成熟度成熟成熟成熟kW投資5500～6500元5500元左右5000～5500元熱效率15～25%30～40%

32～43%利用CH4濃度30%以上40%以上6%以上特點技術成熟、運行可靠、系統(tǒng)龐大、復雜單機功率大、占地面積小系統(tǒng)簡單、運行靈活、適用瓦斯?jié)舛确秶鷱V適應性主要用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電用于大型煤層氣電廠廣泛18國內(nèi)外典型瓦斯發(fā)電機組主要技術參數(shù)對比表項

目機

型

中國勝動（500GF）道依茨（TGB620V16K)卡特彼勒（3520C）顏巴赫（TGC420)瓦克夏（APG1000）額定功率(kW)5001360180014161000實際功率(kW)400126017001300980缸徑(mm)190170170145152熱效率(%)

32

414242

43排氣管溫度(℃)500525464400400儲氣柜不需要需要需要需要需要利用瓦斯?jié)舛?%)>6>25>25>25>2519世界裝機容量最大的發(fā)電項目——山西晉城煤業(yè)集團寺河120MW煤層氣發(fā)電項目應用案例該電廠裝機容量為60臺單機1.8MW的內(nèi)燃發(fā)電機組，共分四個單元，每個單元15臺機組，每個單元配三臺5.625t/h的余熱鍋爐和一臺3MW的汽輪發(fā)電機組，同時機組的缸套冷卻水經(jīng)熱交換給寺河煤礦集中供熱。20序號分析項目分析結果1發(fā)電機組型號卡特彼勒內(nèi)燃機CAT35202發(fā)電機組廠商美國卡特彼勒公司+上海電氣集團3發(fā)電站裝機容量4×(15×1.8MW+3MW)=120MW4發(fā)電站總投資87521萬元5年運行時間7000h6利用瓦斯?jié)舛群珻H4

30%-50%7年用水量45萬m38小時消耗瓦斯量25529m3/h9單位消耗瓦斯量0.213m3/kW·h10年利用瓦斯量1.787億m311年發(fā)電量8.4億kW·h12發(fā)電廠熱效率80%寺河120MW瓦斯發(fā)電技術經(jīng)濟分析表21陽泉煤層氣氧化鋁焙燒項目：年耗煤層氣1.26億m3，減排約189萬tCO2e，利用甲烷濃度35%。鐵法煤層氣供法庫縣陶瓷城項目：甲烷濃度41%，年利用量3500萬m3，已經(jīng)有8家企業(yè)使用煤層氣，日用量在14-16萬m3。(3)工業(yè)燃料◆汽車燃料應用情況：山西太原、晉城、長治等地區(qū)，用于出租車、柴油車、排矸車等燃柴油車輛。舉例：2007年，太原市建成7座煤層氣加氣站，約有1000輛出租車改用煤層氣作為燃料。太原市煤層氣價格為3.2元/m3，93號汽油最低6.07元/升，1m3煤層氣與1升汽油熱值相當，兩者價格相差近3元。

22(4)

液化技術港華煤層氣液化廠區(qū)圖山西港華煤層氣液化項目：陽泉含氧煤層氣液化項目：●處于商業(yè)化示范階段●采用地面開發(fā)的煤層氣●與管道運輸比較經(jīng)濟性好●CH4濃度92%以上●一期25萬m3/d，已投產(chǎn)●二期57萬m3/d，正在建設中●液化裝置全部國產(chǎn)化●處于工業(yè)試驗階段●適用濃度：CH4濃度在30%以上●日產(chǎn)氣量：目前1.2t/d●應用情況：經(jīng)過一年連續(xù)開機試驗，運行平穩(wěn)。23煤層氣抽采、液化、儲存、運輸、使用流程抽采液化運輸儲存使用24以脫氮最為復雜，難度最大，可采取的核心分離技術有：(5)

濃縮富集低溫精餾分離技術—在大規(guī)模分離煤層氣(>Mm3/d)

時才具有商業(yè)價值，適宜于CH4濃度在30%以上。

變壓吸附(PSA)—目前處于工業(yè)性示范研究膜分離技術——離工業(yè)化還有差距存在問題：低溫精餾法在工業(yè)上獲得成功應用，但該工藝復雜，設備投資大，成本高，不適于中小型煤礦。變壓吸附(PSA)技術，開發(fā)合適的吸附劑，降低成本。25(6)低濃度煤層氣發(fā)電技術成熟，運行功率為400～420kW，發(fā)電單位投資為8000～9500元/kW。盤江礦區(qū)

彬長礦區(qū)潞安煤業(yè)平煤集團兩淮地區(qū)峰峰集團陽泉礦區(qū)離柳礦區(qū)阜新礦區(qū)

雞西礦區(qū)石炭井礦區(qū)華鎣山礦區(qū)26序號分析項目分析結果1發(fā)電機組型號勝動500GF1-3RW+余熱鍋爐配汽輪機組2發(fā)電站裝機容量24×500kW+1000kW=13000kW3利用瓦斯?jié)舛?gt;10%4發(fā)電站總投資8431.97萬元（固定資產(chǎn)投資7845.26萬元）5年運行時間7200h6年用水量7200h×27.29m3/h=196488m37小時消耗瓦斯量3360m3/h8年利用瓦斯量2.4192×107m3（相當于減排37.8萬噸CO2）9年發(fā)電量7977.6萬kWh10自用電費0.545元/kWh（480萬元）11上網(wǎng)電費(0.21+0.25)元/kWh×7762.2萬kWh12CDM收入367.8萬t×8美元/t×8=2419.2萬元13

單位投資6486元/kW14

發(fā)電廠熱效率80%陜西某煤礦低濃度瓦斯發(fā)電技術經(jīng)濟分析表

27(7)

礦井乏風中甲烷的利用處于研究示范階段、技術不成熟、成本高。撫礦礦井乏風與抽采瓦斯混合發(fā)電流程圖示范工程——撫順礦井乏風與抽采瓦斯混合發(fā)電利用瓦斯3400Nm3/h（濃度30%）利用乏風22600Nm3/h裝機3500kW年發(fā)電3000萬kWh回收余熱17800m3/h(溫度360℃）28采用低濃度瓦斯?jié)袷捷斔拖到y(tǒng)，利用礦區(qū)的CMM與VAM混合氣氧化加熱，該項目投運后，每年可消耗瓦斯150萬m3以上，提供40萬m340℃生活熱水，但無經(jīng)濟性。示范工程——引進瑞典的風排瓦斯凈化裝置29勝動煤礦乏風甲烷氧化裝置阜新某煤礦擬安裝10臺6萬m3/h的乏風氧化裝置，利用乏風濃度為0.6%，10臺每小時可氧化純CH43600m3(相當于減排50t二氧化碳)，能替代1臺15t/h的蒸汽鍋爐，1天可節(jié)煤72t。

1

2

330利用技術名稱技術特點發(fā)展階段國內(nèi)外發(fā)展與應用水平經(jīng)濟性用途所需濃度效率國外國內(nèi)投資成本內(nèi)燃機發(fā)電或熱電聯(lián)產(chǎn)＞6%，對穩(wěn)定性要求不高32-43%商業(yè)化已形成多種型號裝備，在發(fā)達國家煤礦多有應用，如澳APPIN礦等主要以國產(chǎn)設備為主，有多個省市煤礦應用此項技術5000～5500元/kW燃氣輪機發(fā)電或熱電聯(lián)產(chǎn)>40%對穩(wěn)定性要求高30-40%商業(yè)化技術較為成熟，目前最大裝機容量已達325MW

國內(nèi)晉城、靖遠、六枝礦務局應用，單機容量2MW

5500元/kW左右

瓦斯鍋爐民用、工業(yè)30-40%對穩(wěn)定性要求高商業(yè)化世界各產(chǎn)煤國多有應用中國煤礦多有應用很少1.0元/m3左右蒸汽機發(fā)電或熱電聯(lián)產(chǎn)>30%對穩(wěn)定性要求高10%-25%商業(yè)化因效率低，國外顯有應用目前新建較昂貴主要利用技術匯總表-131利用技術名稱技術特點發(fā)展階段國內(nèi)外發(fā)展與應用水平經(jīng)濟性用途所需濃度效率國外國內(nèi)投資成本煤層氣液化技術將甲烷等從瓦斯氣中分離，并生產(chǎn)液化煤層氣35%以上99.8%示范階段尚未有含氧煤層氣分離液化技術的成功案例山西晉城礦業(yè)集團、陽泉煤業(yè)集團示范應用較高變壓吸附技術、深冷分離技術等凈化富集技術瓦斯富集凈化，提高瓦斯?jié)舛群蟀l(fā)電、輸入天然氣管道〉50%（太低濃度經(jīng)濟性較差）凈化效率高達98%示范階段美國、德國使用變壓吸附技術進行天然氣或城市煤氣生產(chǎn)，規(guī)模達330000Nm3/d

西南化工研究院、撫順分院有成熟變壓吸附技術與裝備

24000~27000元/萬m3（天然氣）

。。。。。。主要利用技術匯總表-232主要內(nèi)容一.煤層氣資源及利用概況二.煤層氣利用技術進展三.存在的障礙和問題四.發(fā)展趨勢與建議33三.存在的障礙和問題（1）煤層氣利用率低圖：煤層氣歷年利用率變化示意圖34三.存在的障礙和問題（2）裝備水平需進一步提高（4）經(jīng)濟效益差（3）政策落實不到位（5）未形成規(guī)?；?000kW以上內(nèi)燃機組及大功率高參數(shù)燃氣輪機組尚不成熟發(fā)電效率比國外裝備低10個百分點、可靠性較差發(fā)電補貼費用未兌現(xiàn)，建議從可再生能源發(fā)電統(tǒng)籌資金中給予解決35主要內(nèi)容一.煤層氣資源及利用概況二.煤層氣利用技術進展三.存在的障礙和問題四.發(fā)展趨勢與建議36四.發(fā)展趨勢與建議（一）發(fā)展趨勢1.煤礦區(qū)煤層氣開發(fā)利用是主體圖：歷年及規(guī)劃中煤礦區(qū)煤層氣抽放量在1×108m3以上礦區(qū)數(shù)量11233681118360510152025303540