國內(nèi)外煤層氣的轉(zhuǎn)化利用技術(shù)綜述

國內(nèi)外煤層氣的轉(zhuǎn)化利用技術(shù)綜述

專業(yè)：化學(xué)工程姓名：翟繼博學(xué)號：201231460主要內(nèi)容1.國內(nèi)外煤層氣開發(fā)利用現(xiàn)狀2.煤層氣的主要轉(zhuǎn)化利用技術(shù)3.煤層氣轉(zhuǎn)化利用的新技術(shù)4.利用煤層氣時的安全性問題1.國內(nèi)外煤層氣開發(fā)利用現(xiàn)狀1.1世界煤層氣資源分布

據(jù)國際能源機構(gòu)(IEA)估計，全球陸上煤田埋深于2km的煤層氣資源量約為26×1013m3，是常規(guī)天然氣探明儲量2倍多；全球可采煤層氣儲量已達13.78×1013m3。其中，俄羅斯、加拿大、中國、美國、澳大利亞等國煤層氣儲量均超過10×1012m3（見左表）。1.2國內(nèi)外開發(fā)利用現(xiàn)狀1.美國美國是世界上煤層氣商業(yè)化開發(fā)最為成功、產(chǎn)量最高的國家。美國有完善的天然氣管道系統(tǒng)，生產(chǎn)的煤層氣大部分進入天然氣管網(wǎng)銷售給燃氣公司，礦井抽放的煤層氣有的直接供給坑口發(fā)電廠，或與煤混合燃燒作為鍋爐燃料。2.加拿大加拿大的煤層氣開發(fā)起步比較晚，2000年以后，在加拿大政府的支持下，一些研究機構(gòu)根據(jù)本國以低變質(zhì)煤為主的特點，開展了一系列的技術(shù)研究工作，多分支水平井、連續(xù)油管壓裂等技術(shù)取得了重大進展，降低了煤層氣開采成本。3.澳大利亞20世紀末，充分吸收美國煤層氣資源評價和勘探、測試方面的成功經(jīng)驗，針對本國煤層含氣量高、含水飽和度變化大、原地應(yīng)力高等地質(zhì)特點，成功開發(fā)和應(yīng)用水平井高壓水射流改造技術(shù)，使鮑恩盆地煤層氣勘探開發(fā)取得了重大突破。

4.德國在煤層氣發(fā)電利用上較為成功，主要技術(shù)特點是模塊化燃氣發(fā)電機組，采用集裝箱式設(shè)計，便于拆裝、運輸，對30%濃度以上甚至略低于30%甲烷濃度的氣體進行發(fā)電利用，實現(xiàn)了電熱聯(lián)產(chǎn)。5.中國2008年，我國煤礦井下煤層氣抽采量53×108m3，地面煤層氣開采量7.5×108m3；至2009年，我國已建成地面煤層氣產(chǎn)能25×108m3。在煤層氣地面開采利用方面，中國石油天然氣集團公司已經(jīng)率先在山西沁水將地面開采的煤層氣送入西氣東輸主干線，年產(chǎn)能6×108m3，實現(xiàn)煤層氣與天然氣共輸共用。

此外，近幾年來，我國煤層氣發(fā)電特別是用低濃度煤層氣(CH4體積分數(shù)為6%~25%)發(fā)電技術(shù)進展較快，2009年全國瓦斯發(fā)電機組已超過1200臺，總裝機容量達到92×104kw，其中，國產(chǎn)發(fā)電機組占70%，進口機組占30%。世界最大規(guī)模、總裝機容量12×104kw的山西晉城煤業(yè)集團公司寺河瓦斯發(fā)電廠，年利用煤層1.8×108m3(折純)。

2.煤層氣的主要轉(zhuǎn)化利用技術(shù)

從資源利用的角度，煤層氣用途非常廣泛，可以用作民用、工業(yè)、發(fā)電、汽車燃料和化工原料等。1m3煤層氣約相當于1kg燃油、1.3kg標準煤、9.5度電、3m3水煤氣、1.1~1.3升汽油。而煤層氣燃燒所產(chǎn)生的污染，大體上只有石油的1/40，煤炭的1/800，燃燒后生成二氧化碳和水，不產(chǎn)生一氧化碳等有毒氣體。2.1用作民用及工業(yè)燃料

煤層氣作為民用燃料，和煤炭比較具有熱值高、污染小、使用安全等特點，不需龐大的凈化處理裝置，不腐蝕、不堵塞輸氣設(shè)備。煤層氣允許進入天然氣管道的條件是甲烷濃度要高于95%。

煤層氣可以作為玻璃廠和冶煉廠的潔凈燃料。用煤層氣作燃料不僅低，熱值高，而且有利于改善廠區(qū)環(huán)境，提高產(chǎn)品質(zhì)量，大幅度提高玻璃廠、冶煉廠的經(jīng)濟效益。煤層氣也可用作汽車燃料，汽車用壓縮天然氣的技術(shù)指標為甲烷濃度必須達到90%～100%，乙烷以上的烷烴含量不超過6.5%。煤層氣中甲烷成分占絕對優(yōu)勢，濃縮后甲烷濃度可達95%以上，乙烷以上的烷烴含量極少，因此，煤層氣非常適合于生產(chǎn)汽車用壓縮天然氣，還可以與柴油混合制成車用混合燃料。

2.2用于發(fā)電

煤層氣發(fā)電是煤層氣資源利用的最佳途徑之一，發(fā)電設(shè)備主要有大中型燃氣輪機、內(nèi)燃機和微型燃氣輪機，其中在燃氣輪機技術(shù)的基礎(chǔ)上可發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)。(一)煤層氣發(fā)電利用流程煤層氣發(fā)電是指利用從礦井抽出的煤層氣，采用瓦斯發(fā)電機組，實現(xiàn)煤層氣發(fā)電、制熱，變廢為寶，開辟綜合利用的新途徑。煤層氣發(fā)電利用過程各個環(huán)節(jié)的關(guān)系如下圖所示。

(二)煤層氣發(fā)電技術(shù)及設(shè)備1.大中型燃氣輪機。簡單的大中型燃氣輪機裝置由空氣壓縮機、燃燒室、動力透平和一個發(fā)電機組成。

特點：(1)裝機容量范圍寬，從500kW～25MW均可；(2)工作效率為30%左右；(3)可采用熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)；(4)十分適合礦井煤層氣，可利用中等質(zhì)量的煤層氣(5)技術(shù)成熟(6)需要配置壓縮機，會消耗一部分電力

2.微型燃氣輪機。微型燃氣輪機技術(shù)由航空技術(shù)發(fā)展而來。微型燃氣輪機系統(tǒng)由一個空冷的小型燃氣輪機連接到高速發(fā)電機和單軸壓縮機上組成。

特點：(1)裝機容量為30～2000kW；(2)簡單的結(jié)構(gòu)使其有較高的輸出能力，噪音小，效率高；(3)緊湊的結(jié)構(gòu)使其可以放在窄小的地方，但維護費用較高；(4)產(chǎn)生電力主要用于提供地區(qū)用電，不并入電網(wǎng)。

在20世紀80年代后期，美國、英國、澳大利亞等國家開始利用煤礦瓦斯發(fā)電。發(fā)電設(shè)備主要為燃氣輪機，瓦斯體積分數(shù)一般在40%以上。我國第1個煤層氣發(fā)電示范項目是遼寧撫順礦物局的老虎臺電站，采用引進的功率為1500kW的KGZ—3C燃氣輪機,瓦斯體積分數(shù)為40.4%。晉城礦業(yè)集團的寺河礦區(qū)采用2臺功率為2000kW的燃氣輪機，瓦斯體積分數(shù)為55%～65%。我國第1個內(nèi)燃機瓦斯發(fā)電項目是在山西五里廟煤礦電站，采用的是勝動集團的功率為400kW的瓦斯發(fā)電機組,瓦斯體積分數(shù)在30%以上。瓦斯沾發(fā)電賴機組義工藝自流程伏圖在中弓國低定濃度泥瓦斯營發(fā)電該機組殊生廠它家——勝田隱動力之機械建集團害公司腰，可駛以生罷產(chǎn)利奪用低躁濃度瓦營斯(6訓(xùn)%~25保%)發(fā)電耕機組有。20接05年淮鈔南礦果業(yè)集滾團與濫勝利扮油田藍動力檔機械蒸集團漲在淮口南礦嘩區(qū)謝蟲一礦鴉建設(shè)章了低傳濃度積瓦斯疫發(fā)電遠進行雷低濃碰度瓦坊斯細掙水霧去輸送燃機發(fā)堡電技爹術(shù)工挪業(yè)性蛋試驗勇。改陰變了填瓦斯肯濃度泉在30罪%以上餅才能屬利用,煤礦架大量咳的低災(zāi)于30惰%的瓦遼斯都炊排放油到大勵氣中飯的現(xiàn)醉狀。2.侄3用作阻工業(yè)押原料(1錯)生產(chǎn)晝甲醇煤層姜氣中CH4轉(zhuǎn)化悉制合帥成氣文工藝妻有催峽化氧田化或卻非催北化部眠分氧臥化兩寺種工遭藝.催化子氧化疑法對銀轉(zhuǎn)化購前的片煤層毒氣凈獎化要像求很淚高。頭一般學(xué)需脫誦除H2S。有疏機硫媽化物惹須達撈到0.蜻1r塔g/猛g以下眉，才妨能滿何足在奪鎳催扭化劑屋下將CH4轉(zhuǎn)化困成CO也+H2，而婦且工擠藝流柱程長除、投想資大.非催糊化部扣分氧導(dǎo)化法析，煤鄉(xiāng)豐層氣導(dǎo)不需廟凈化瘋，在樓常壓元下直旨接進授行轉(zhuǎn)枕化，遍同時頓昂貴痛的Zn圾O脫硫亞劑用告量少晌，工歸藝技曾術(shù)成揮熟可征靠。根據(jù)絲式國內(nèi)政有關(guān)獎單位恥對利襪用鄂固爾多脊斯煤艘層氣禾生產(chǎn)鏡甲醇(2套50萬t/辭a裝置)設(shè)計傭結(jié)果亂，采艘用煤義層氣步非催莊化部糠分氧季化合山成甲婆醇工鐮藝，昏每t甲醇柿消耗爪煤層每氣17走50殘m3(折純)，計腦入各停項費罩用，福若煤隔層氣啞價格死按0.千5元/m3，則獸甲醇槍生產(chǎn)堡成本眾為10堂20元/t。按細照目什前甲畝醇23吵00元/t計，奏具有孔一定薄的贏琴利空柱間。以煤恐層氣職為原史料生陳產(chǎn)甲猛醇具投有以窯天然淺氣為稀原料栽生產(chǎn)糖甲醇確的低尋投資希、高繞利潤董的優(yōu)晚點，啞又具劍有以漫煤為推原料卻制甲引醇的辛低成丟本、鬧大規(guī)罵模的套優(yōu)勢巷。表2為以尖天然培氣、石眉腦油園、渣掏油和劫煤4種原添料制組甲醇禽的成秀本比責較。表2部4種原腫料制武甲醇屬的成回本比狹較(2租)生產(chǎn)綁合成鞠油天然僻氣合恒成油(G寬TL掉)技術(shù)勤完全扎適用碧于煤桐層氣黨。以舟生產(chǎn)閉中間垮餾分膜油為唇主要芹產(chǎn)品膀的GT流L轉(zhuǎn)化且技術(shù)金，包漫括天撐然氣辰轉(zhuǎn)化少制合屢成氣歐，通剝過費夕托反賴應(yīng)將雹合成叼氣轉(zhuǎn)洗化為顫液體眼烴，烤產(chǎn)品閣改質(zhì)婚三部燭分。其中店以Ha盜ld勸orTo視ps厭oe公司藝的自煮熱轉(zhuǎn)突化技歡術(shù)為秘主，樂由于艇反應(yīng)怨溫度俯低、獲耗氧肥少，鴨生成慨的H2/C惱O比為2，適泄合合例成油道反應(yīng)探的需掩要，考水碳熱比為0.態(tài)6，比知其他膽自熱聲轉(zhuǎn)化愛技術(shù)羊低得闊多，腦因而崖裝置齡投資格低、籮效率歪高，塘是目訴前首竄推的塑合成捆氣生蛋產(chǎn)技貞術(shù)，炒也是急未來溉大型GT薯L廠合裕成氣貧生產(chǎn)柏的基排礎(chǔ)技元術(shù).GT叉L技術(shù)拌最根確本的花問題花是其萬經(jīng)濟詞性，醉技術(shù)徐的可針行性鐘依賴臺于成佳本低斤廉的附天然恩氣作絕原料貓；另砌外合帶成氣森生成和從后續(xù)夕轉(zhuǎn)化福之間宜能源貞整合駛的優(yōu)幕化，裙也是飛提高冤經(jīng)濟尤性的違關(guān)鍵遼之一遇。因娘此使欠用廉完價煤妙層氣甚制合飼成油蘭比天補然氣激具有餐成本餃上的足優(yōu)勢米。(3仍)生產(chǎn)展炭黑甲烷逢在高宋溫下瀉燃燒壟熱分燦解后芒可產(chǎn)茅生粉釘狀碳流顆粒榆，即效炭黑厭。它璃是橡杯膠、盼涂料琴等工游業(yè)不垮可缺油少的起填加佛劑。餅甲烷封濃度40劃%～90穗%時均殃可燒貞制炭監(jiān)黑。柳一般渠每立格方米豪純甲唯烷可蘆生產(chǎn)塔炭黑12傭0g～15叉0g。2.傻4煤層戚氣的事液化滿利用低溫厲液化蘇后的縱煤層雀氣體中積縮喉小62陽5倍，1臺35域m3的標敘準液殖化氣座槽車揪可運暮輸21脹00自0睛Nm杯3煤層辰氣。遣美國丹近兩房誠年已盛經(jīng)研天制成裹功液策化氣慨量在10拍00～10謀00敬0加侖/d的天斑然氣惑液化卡系統(tǒng)豬，并妖大力智推廣替這項難新技摩術(shù)。日前勇，陽森泉煤陽業(yè)集鏟團在陡液化慌技術(shù)歪上與劍中國帶科學(xué)理院理風化技羞術(shù)研酬究所手低溫螺系統(tǒng)房誠關(guān)鍵音技術(shù)比組提史出了1個采宣用低排溫分采離的分方法判，將槍煤層敬氣中音的甲茄烷等認可燃舍性氣獎體從鐘混合搜氣中慨分離素并液捷化的培方案雞，設(shè)愁計了2種具悅體的揉分離傲、液淚化流糠程。拼陽泉午煤業(yè)各集團優(yōu)于20努07年7月建撒成雙其塔實紫驗裝屢置，園可使膛液體繁甲烷構(gòu)的濃構(gòu)度穩(wěn)隱定地塌達到99差%以上墻。3.煤層充氣轉(zhuǎn)庸化利意用的粥新技糠術(shù)3.濾1三重競整工凍藝制議合成掘氣三重北整工直藝，訂即CH4水蒸電氣O2混合礦轉(zhuǎn)化雞反應(yīng)(指在兵同一做個反蹲應(yīng)器顫內(nèi)同怒時進抓行CO2轉(zhuǎn)化奶、CH4水蒸鋤氣轉(zhuǎn)癢化以滾及CH4部分幟氧化3種反絨應(yīng)，爪即三云重整近反應(yīng))，具蜜有過臉程能遇效高代、合墊成氣H2/C燦O值適奴宜、術(shù)緩解戀催化載劑積街炭的省優(yōu)點曬。由于伯井下徐抽放馳煤層糾氣中傷含有梳大量籮的CH4、空后氣以摩及少巴量的CO2，因龜此，衡可直列接以屠煤層胸氣為荷原料擔，輔技以少悶量的紋水蒸冷氣進菌行CH精4三重弊整反教應(yīng),以實樂現(xiàn)廉罵價合肅成氣附的生綿產(chǎn)。烏但由慕于該啄反應(yīng)權(quán)是在柔較高鋤的溫彈度(8牛50住℃)下進悟行，裙反應(yīng)龍過程壩中涉勇及復(fù)下雜的瞧氧化霧與還江原反盒應(yīng)，幅催化晴劑本貿(mào)身在槐高溫演反應(yīng)素時會搬逐漸辨發(fā)生寬變化逆，因租此要焰實現(xiàn)滔工業(yè)糕化應(yīng)反用還仔有很訴多工夕作要鵲做。3.殖2甲烷偉氧化迷菌降切解瓦剖斯制顛甲醇甲烷棕在甲循烷氧議化菌確內(nèi)存違在的政甲烷才單加著氧酶(M家MO邊)的催糞化作卵用下晨轉(zhuǎn)化馬為甲蔥醇，業(yè)生成倉的甲竟醇在禽醇脫觀氫酶額的作辯用下各轉(zhuǎn)化鴿為甲椅醛，據(jù)甲醛極在醛迅脫氫局酶作民用下?lián)苻D(zhuǎn)化蛙為甲般酸，而甲酸仰在酸共脫氫距酶作鉛用下壯轉(zhuǎn)化凝為CO2和H2O，即CH4→C蒸H3OH顛→H嫩CH公O→關(guān)HC成OO乘H→約CO2。如果候提高MM家O活性傾，并遲抑制攪甲醇惰脫氫俱酶的宅活性腹就可麗以控超制反膜應(yīng)進溪度、桶提高彩甲醇自的積微累，攻研究差表明ED贏TA、鄰跳二氮灶雜菲喜和雙元毗啶網(wǎng)等可廳以防涂止甲厘醇的收繼續(xù)鋼氧化亦。因申此，踏該方糖法為移由煤獲層氣困制甲旱醇提廢供了尋另一嫩新思蝴路。3.墓3煤層墳用作叛燃料片電池棄燃料燃料偵電池樸大體恰分為水以下5類：滲堿性膝燃料搖電池(A郵FC計)、磷的酸鹽沙燃料店電池(P腿AF縱C)、熔盜融碳紐奉酸鹽棄燃料殖電池(M肌CF貓C)、高恥溫固枯體燃溪料電賓池(S末OF與C)和聚修合物選電解室質(zhì)燃畢料電擦池(P算EF測C)，其PA載FC和SO景FC特別籠適合候以煤團層氣蕩作為蜓燃料瞇。利用蝦煤層鏈氣開庸發(fā)燃蜂料電區(qū)池的握關(guān)鍵應(yīng)問題象就是卻要對俘煤層些氣進枕行預(yù)這處理嗚，清除除掉承其中川少量千的污臉染物陣質(zhì)，僵主要蝦是硫賄及其臟他鹵手素元沸素，石使其徒進入秩燃料聲電池津之前思體積括分數(shù)紡小于0.遇00舒03％，士但目跪前存鞏在包怒括陽刊極積慣炭、沿反應(yīng)連機理稱、陽附極材猛料(催化聯(lián)劑)、反晨應(yīng)熱舊效應(yīng)起匹配漢和熱祝平衡刊等許覺多難雹題有餐待解連決。4.利用毯煤層氣時購的安伸全性忠問題甲烷階的爆瓜炸極易限為5％～16％，危由于教在開散采煤刺層氣勞時，產(chǎn)難免滴混入膜部分牽空氣顏，且劃部分傲地區(qū)愿開采衣的煤穴層氣倦甲烷擺濃度誤較低獨，有喉些甚闊至處緣瑞于其熟爆炸虎極限餅范圍梨之內(nèi)犁，因蠻此，沉在運份輸利串用煤夜層氣將時，纏必須塔考慮辟其安忠全性泉問題鞏。研究災(zāi)表明銷，壓挪力宅溫度裹對煤娛層氣鈴爆炸鍵極限葛范圍焰影響系較大央，因跌此泰要使擠煤層丹氣達門到安者全要斑求齊可以火從以紛下幾深點考公慮：(1鬧)降低意煤層門氣的勺壓力麗、溫架度盯通另壓力與對煤燥層氣嘆爆炸羅極限揉范圍莊的影芽響情風況可星知：缺壓力甩降低，爆曬炸極京限范許圍減它小；虜溫度黑降低港，爆齒炸極件限范懸圍亦炒減小辟。在寬有其飼它可奔行方區(qū)案來炕確保踐安全煉的前印提下親，為胳了保器證輸粱送工塑藝要兆求，披一般曉不建正議采炎取降灣低壓頑力的睬方法解來降窮低爆延炸極掌限范鬼圍。(2欄)煤層盤氣提搭純伶采營用煤菠層氣完提純姻技術(shù)寄也可向以提碎高煤箱層氣鈴的安慕全性冰，使開煤層乞氣中岔甲烷準含量豎高于葛的爆指炸上欲限，鉆并且程留有駱一定匙的安質(zhì)全裕暴量。劫變壓交吸附筋工藝仇目前餃是煤坑層氣肺提純潛的首蚊選技睡術(shù)，匙它可山將N2、O2與甲透烷分衡離，撿處理野能力革可達5.財7萬m3/d～28壘.3萬m3/d，根宿據(jù)中飯科院則山西姨煤化降所提俗供的癢資料漢采用辮成熟翻的變黨壓吸否附技買術(shù)可羞以使名煤層并氣中害甲烷攤含量銅達到90～95％。(3簽)煤層員氣摻流混劉我朝國大震部分論礦區(qū)笑同時瞎具有籍井下思抽放燃和地燦面抽句放兩偶種抽鮮放系易統(tǒng)，沫井下濱抽放