中国煤矿瓦斯利用技术-中国煤矿瓦斯利用技术

1、煤矿瓦斯利用技术中国煤矿瓦斯利用技术中国矿业大学煤矿瓦斯治理国家工程研究中心主 要 内 容一、中国煤矿瓦斯利用的发展二、 煤矿瓦斯作为能源利用 1、煤矿瓦斯发电 2、燃料（工业利用、民用）三、煤矿瓦斯液化技术四、煤层气浓缩富集五、矿井回风瓦斯的利用六、煤矿瓦斯作为化工原料利用七、煤业集团公司瓦斯利用发展规划简介八、存在的问题九、发展趋势一、中国煤矿瓦斯利用的发展中国煤矿瓦斯利用的发展1940 年：抚顺龙凤矿在地面建立瓦斯抽采泵站和容积为50m3的瓦斯储罐，储存从采空区抽出的瓦斯 ，瓦斯抽采流量10m3/min ,瓦斯浓度3040%，开始民用；1952年：抚顺龙凤矿煤层巷道法抽本煤层瓦斯获得成功

2、；195456年：抚顺龙凤矿、老虎台矿和胜利矿试验成功钻孔法预抽本煤层瓦斯，促进抚顺市城市瓦斯民用的发展；195758年：阳泉四矿试验成功钻孔法抽采上邻近层卸压瓦斯，开始利用瓦斯：坑口食堂煮饭、烧茶炉、锅炉、坑口采暖和阳泉发电厂发电；1960年：抚顺龙凤矿瓦斯抽采量5000万m3，利用率91.6%；1970年：阳泉一、二、三矿建起三个矿井瓦斯民用系统，同时建立在一矿建起一座年产300t的碳黑厂（生产半补强碳黑），在三矿建起一座年产500t的甲醛厂。1992年： 阳泉市矿井瓦斯民用总户数达4万户（供气甲烷浓度41%,热值14.65MJ/标m3,密度1.052kg/标m3,符合城市煤气设计规范煤气

3、质量标准），日供气量为45.66万m3。 抚顺龙凤和老虎台两矿矿井瓦斯民用总户数达3.5万户。2003年:中国年瓦斯抽采量1521 Mm3 ，利用量629.21Mm3 ；2005年: 中国年瓦斯抽采量达到2333Mm3; 推广低浓度瓦斯发电，瓦斯利用量超过1000Mm3; 阳泉、晋城、淮南、松藻、盘江、水城和抚顺7个矿业集团的年瓦斯抽采量超过100 Mm3。 抚顺、晋城、阳泉、靖远等4户企业基本形成了民用、发电、工业炉窑燃烧、汽车燃料等多领域的瓦斯利用，利用率超过90%。 其中，阳泉煤业集团民用瓦斯总户数由2000年前的6万户到2005年底增加到11万户，年利用瓦斯总量达到5000万m3。中国

4、煤矿瓦斯利用的发展2006年: 中国年瓦斯抽采量达到2614Mm3; 瓦斯利用量达到1200Mm3； 阳泉、晋城、淮南、松藻、盘江、水城、抚顺、淮北等10个矿业集团的年瓦斯抽采量超过100Mm3； 地面抽采量为130Mm3，新打地面钻井约800口，地面钻井总数约1400口； 普及瓦斯发电，发电装机容量12104kW，建设中的装机容量达34104kW。 中国煤矿瓦斯利用的发展2007年: 中国年瓦斯抽采量达到4735Mm3; 瓦斯利用量达到1445Mm3；2008年：中国年瓦斯抽采量达到5300Mm3， 其中;地面煤层气产量500Mm3，是2005年的14倍 瓦斯利用量达到1600Mm3； 民用

5、90万户，瓦斯浓度CH440%。2009年16月： 中国半年瓦斯抽采量达到3240Mm3; 瓦斯利用量达到1070Mm3；中国煤矿瓦斯利用的发展煤层气的利用从甲烷浓度来分可分为三类。 1、高、中浓度甲烷： 1）发电：燃烧利用式CH430%， 天然气（煤层气）电厂可达56% 2）燃料： CH440% 工业燃料、民用燃料 、液化和浓缩富集；2、低浓度甲烷：爆炸利用式CH4=515% 细水雾输送低浓度发电技术3、矿井回风甲烷：混燃发电和热逆流转换反应技术中国煤矿瓦斯利用的发展煤层气的利用从用途分可为两大类， 即能源和原料。 1、能源： 1）发电：煤发电厂热效率最高为40%，天然气（煤层气）电厂可达5

6、6%，鼓励采用单机容量500千瓦及以上的煤矿瓦斯发电机组，以及大功率、高参数和高效率的煤矿瓦斯发电机组 ； 2）燃料： 工业燃料：锅炉燃料、金属冶炼、陶瓷玻璃工业； 民用燃料：煤制气热值低(14.6kJ/m3)，煤层气热值高(35.6kJ/m3)，天然气是21世纪中国城市民用燃气首选燃料； 汽车燃料，改善汽车尾气对大气的污染。 热电冷联供瓦斯发电余热制冷矿井降温中国煤矿瓦斯利用的发展2、原料： 1）煤层气制合成氨，世界合成氨的73.7%来自天然气 ，我国合成氨的18%来自天然气 2）甲醇80%由天然气生产； 3）煤层气制乙炔，由天然气部分氧化法生产乙炔，由乙炔生产PVC制品； 4）煤层气制炭黑

7、 5）煤层气制甲醛 6）煤层气制乙醇中国煤矿瓦斯利用的发展中国煤矿瓦斯利用的发展 国家发改革委07-5-11日发布关于利用煤层气（煤矿瓦斯）发电工作实施意见的通知 ： 1、鼓励利用煤矿瓦斯发电； 2、瓦斯发电上网电价将比照生物质发电上网电价执行，即当地2005年脱硫燃煤机组标杆上网电价加每千瓦时0.25元补贴； 3、煤矿瓦斯电厂所发电量原则上应优先在矿区内自发自用，需要上网的富余电量，电网企业应当予以收购，并及时结算电费。煤矿瓦斯电厂不参与市场竞价； 4、电网企业将为煤矿瓦斯电厂接入系统提供各种便利条件 。由电网企业负责投资建设电网至公共联结点的工程，由发电企业负责投资建设电厂至公共联结点的接

8、入系统工程。 在这一政策推动下，瓦斯利用和发电将有突破性发展！中国煤矿瓦斯利用的发展 国家政策 未进入城市公共配气管网的民用煤层销售价格由供需双方协商确定； 进入城市公共配管网并纳入政府管理范围的民用煤层气销售价，按照与天然气、煤气、液化气等可替代燃料保持等热值合理比价关系的原则确定。一般民用价格1.0-2.5元m3（纯）。政策和管理力度不断加强文件编号、时间发文部委政策核心精神2009.04国家能源局关于组织开展全国重点煤矿区煤层气抽采利用规模化建设工作的通知2010年抽采量1亿m3矿区数18个；2015年36个发改办【2006】1044号国家发改委煤层气（煤矿瓦斯）开发利用“十一五”规划首

9、次将煤层气列入规划国办发【2006】47号国务院办公厅关于加快煤层气（煤矿瓦斯）抽采利用的若干意见宏观指导勘探开发利用享受优惠政策财建【2007】114号财政部关于煤层气（瓦斯）开发利用补贴的实施意见发电中央补贴0.2元/m3（纯），地方适当补贴发改能源【2007】721号国家发改委关于利用煤层气（煤矿瓦斯）发电工作实施意见的通知鼓励采用500kw以上发电机组，开发1000kw以上内燃机组及大功率燃气轮机组；补贴0.25元/kwh财办建【2008】34号财政部办公室关于组织申报煤层气（瓦斯）开发利用财政补贴资金的通知用于民用、锅炉燃料、汽车、化工、非发电企业财税【2007】16号财政部/税务总

10、局关于加快煤层气抽采有关税收政策问题的通知设备加速折旧；国产设备技术改造，企业所得税减免投资的40%；新技术减50%国土资发【2007】96号国土资源部关于加强煤炭和煤层气资源综合勘查开采管理的通知采煤采气一体化，解决矿权问题财关税【2006】13号财政部/海关税务总局关于煤层气勘探开发项目进口物资免征进口税收的规定发电中央补贴0.2元/m3（纯），地方适当补贴二、煤矿瓦斯作为能源利用瓦斯的能源利用甲烷的高低热值=35.8539.9kJ（85629527 kcal）/N m3，（注：高热值单位体积的燃料完全燃烧，生成的水蒸气全部冷凝成水时所放出的热量；低热值单位体积的燃料完全燃烧，生成的水蒸气

11、不冷凝成水时所放出的热量）。1000 N m3甲烷相当于1.14t标准煤。1m3纯瓦斯可发电约3.5 kwh，或瓦斯浓度为30%的烷空混合气可发电约1kwh。瓦斯的能源利用甲烷的理化性能适于作发动机的燃料，与汽油相比，甲烷具有如下特点：较高的辛烷值（120#）；抗爆性好，有利于提高发动机的压缩比，增加燃料的利用效率；甲烷在燃烧室内燃烧充分、完全、无灰，其排气的CO、CH、NOx 等有害成分少，环保效益好：甲烷污染石油污染煤炭污染1、煤矿瓦斯用于发电中高浓度瓦斯发电目前瓦斯发电机组主要有三类：内燃机组、燃气轮组和蒸汽轮机组。发电机组类别蒸汽轮机组燃气轮组内燃机组技术成熟度成熟成熟成熟投资 元/k

12、w5500-650055005000-5500热效率 %15-2530-4032-43利用浓度 CH4%30406特点运行可靠、系统庞大、复杂单机功率大、占地面积小系统简单、运行灵活、瓦斯浓度利用范围宽广适应性联合循环发电大型瓦斯发电广泛1、煤矿瓦斯用于发电中高浓度瓦斯发电国内外典型瓦斯发电机组主要技术参数比较表项目机型中国胜动500GF道依茨TG620V16K卡特彼勒3520C颜巴赫TGC420瓦克夏APG1000额定功率 kw5001360180014161000实际功率 kw400126017001300980缸径 mm190170170145152热效率 %3241424243排气管温

13、度 oC500525464400400储气柜不需要需要需要需要需要瓦斯浓度 %CH46252525251、煤矿瓦斯用于发电应用案例：世界装机容量最大的瓦斯发电项目晋城煤业集团寺河煤矿120MW瓦斯发电项目流程框图储气罐燃气内燃机组瓦斯预处理10kv发动机和开关柜板式热交换机燃机水冷系统集中供热站配电装置余热汽锅炉化学水处理污水处理系统排放烟气排放汽轮机发电机组循环冷却水系统输电供热电厂装机容量为60台单机1.8MW的内燃发电机组，共四个单元，各单元有15台机组，各单元配三台5.625t/h余热锅炉和一台3MW汽轮发电机组，同时机组的缸套冷却水经热交换向寺河矿集中供热。寺河煤矿120MW瓦斯发电

14、技术经济分析序号分析项目分析结果1发电机组型号卡特彼勒内燃机CAT3520 2发电机组厂商 美国卡特彼勒公司+上海电气集团l3发电站装机容量4 X (15 X I.SMW+3MW)=120MW4发电站总投资87521万元5年运行时间 7000h6利用瓦斯浓度含CH4 30%50%7年用水量45万m38小时消耗瓦斯量25529 Im3/h9单位kW.h消耗瓦斯量0.213m3/kW.h10年利用瓦斯量1.787亿m311年发电量8.4亿kW.h12发电厂热效率 80%瓦斯利用优惠政策及发电设备的国产化促进了瓦斯发电生产燃瓦斯发电机组的国内主要生产厂家有：山东胜利油田动力机械设备厂、济南柴油机厂、

15、江苏南通宝驹集团等。生产工业瓦斯锅炉的国内生产厂家有：广东迪森、上海新业、青岛四方、太原绿威等。1、煤矿瓦斯用于发电年份200520062007200820092010发电装机容量/万kw9156092120150瓦斯发电发展较快：全国瓦斯发电装机容量增长走势如下表所示一座500kw内燃机瓦斯发电机组附属配套装置需投资150万元，按每度电0.25元/kwh出售给煤矿计算，3年可收回投资。瓦斯用于发电瓦斯发电 400GFTK1型瓦斯发电机组 （济南柴油机公司生产）瓦斯利用12V190ZD 济柴产品瓦斯利用500GF-!?TK 济南产品瓦斯利用1512系列 瓦斯发电机组转速10001500r/mi

16、n;功率500700Kw济柴产品 2000kw瓦斯发电机组1200kw瓦斯发电机组500kw瓦斯发电机组胜利动力机械有限公司生产的瓦斯发电机组系列： 型号 功率 转速 总质量 瓦斯 能耗率 kw r/min t MJ/kw.h500GF 500 1000 12.5 101200GF 1200 1000 25.0 102000GF 2000 1000 32.0 10瓦斯发电机组沈阳矿区瓦斯发电400Kw 瓦斯发电机组500kw发电机组胜利动力机械有限公司生产的瓦斯发电机组400kw500kw照片电控、增压、数字点火部件 照片（胜利动力机械有限公司产品）瓦斯发电瓦斯利用低浓度瓦斯发电 技术成熟，运

17、行功率为400420kW，发电单位投资80009500元/kW。推广的矿区有：鸡西、阜新、沈阳、峰峰、两淮、磴槽、平煤、阳泉、离柳、潞安、彬长、石炭井、华蓥山、盘江瓦斯利用陕西某煤矿低浓度瓦斯发电技术经济分析表序号分析项目分析结果1发电机组型号胜动500GFl-3RW+余热锅炉配汽轮机组2发电站装机容量24 X 500kW+l000kW=13000kW3利用瓦斯浓度10%4发电站总投资8431.97万元（固定资产投资7845.26万元）5年运行时间7200h6年用水量7200h X 27.29m3/h=196488m37小时消耗瓦斯量3360m3/h8年利用瓦斯量2.4192X 107m3（相

18、当于减排37.8万吨CO2）9年发电量 7977.6万kwh10自用电费0.545元kWh (480万元)11上网电费(0.21+0.25)元/kWh 7762.2万kWh12CDM收入367.8万tX8美元tX8=2419.2万元13单位投资6486元kw14发电厂热效率80%燃气轮机发电瓦斯发电余热与尾气综合利用1）发电尾气余热可通过热交换器取代井筒热风炉，冬季向矿井供暖风，解决井筒结冰问题2）利用尾气余热可采用热水型溴化锂吸收式冷热水装置，可获得最廉价的冷、热风，对矿井、办公室和居民住宅实现冬供暖，夏供冷，享受城市中央空调的生活条件。3）在发电和尾气部分家热交换器，提供热水，供洗澡等，拆

19、除原供热水炉。4）通过管道把低温尾气送至蔬菜大棚，为种菜通过热和植物所需的CO2。5）尾气利用后，增设一套回收回收利用CO2装置。瓦斯用于发电热电冷联供瓦斯发电余热制冷矿井降温热电冷联供瓦斯发电余热制冷投资预测：不考虑瓦斯抽采系统费用，每座2*3150kw热电冷联供瓦斯发电站投资预测如下：发电前的瓦斯预处理系统：900万元；瓦斯发电设备（包括发电机组、电网连接、开关控制柜、瓦斯供气装置、厂房）：6100万元；制冷（制热）设备（包括制冷机组、井上下供冷管路系统、电控、三腔换压装置、空气冷却器、厂房）：7000万元合计每座投资预测为1亿4千万元人民币。它耗纯瓦斯约24m3/min，装机发电能力分别

20、为6300kw，制热量分别为7000kw(冬季)，制冷量分别为5000kw（夏季），制热不制冷，制冷不制热。就制冷量而言可满足40000m3/min的风量，空气温度从36度降到24度的需要。制热量可满足矿内办公和矿外居民同时供暖需要。煤层气（瓦斯）利用2006年全国煤矿瓦斯利用率约为30，达8亿m3。设在发展改革委的煤矿瓦斯防治部际协调领导小组办公室指出，河北、重庆、甘肃、宁夏完成了前10月瓦斯利用目标，山西、内蒙古、新疆等13个省、自治区、直辖市没有完成，其中内蒙古、新疆瓦斯利用量为零。2007年国家出台了一系列政策措施，鼓励加快瓦斯抽采利用。2003年全国瓦斯利用简况民用瓦斯的矿区主要有：

21、抚顺、铁法、阜新、阳泉、晋城、中梁山、松藻、水城、淮南等矿区，其中民用供气量最大的是抚顺，为2500万m3/a，建立瓦斯发电站的主要矿区有：晋城12万kw,水城6万kw ,松藻5万kw 铁法矿区瓦斯利用铁法矿区煤层气供给工艺流程图 瓦斯用于汽车燃料：山西太原、晋城、长治等地区，用于出租车、柴油车、排矸车燃柴油车辆。 应用实例：2007年，太原市建成7座煤层气加气站，约有l000辆出租车改用煤层气作为燃料。太原市煤层气价格为3.2元/m3，93号汽油最低6.07元升，1m3煤层气与1升汽油热值相当，两者价格相差近3元。瓦斯用于氧化铝焙烧燃料：应用实例阳泉投产一座生产能力40万吨年氧化铝厂，利用瓦

22、斯进行氧化铝焙烧，利用年利用瓦斯1.26亿m3，减排约189万tCO2。甲烷浓度35%。瓦斯用于锅炉燃料瓦斯用于陶瓷炉窑燃料：应用实例法煤层气供法库县陶瓷城项目：甲烷浓度41%，年利用量3500万m3，已经有8家企业使用煤层气，日用量在14-16万m3。瓦斯用于民用燃料煤层气（瓦斯）液化2、煤矿瓦斯用于燃料瓦斯用于汽车燃料为此，需建立煤层气压缩站，煤层气压缩后罐装槽车，运至市区煤层气加气站，对双燃料汽车或对改装后的可燃煤层气的汽车加气。 煤层气与汽油相比特点如下： 气价便宜，同样里程，用煤层气比用汽油省30-50%； 更环保，尾气不含铅，基本无硫化物，与燃油相比CO下降72%，NO下降37%，

23、噪音小； 汽车改装费一般4000元左右，在汽车上加设储气瓶、充气阀、截止阀等形成油气双燃料系统，油气可互换使用，通过转换开关来控制烧气或烧油，基本不影响原车功能。煤矿瓦斯用于燃料汽车燃料正在加气的CNG轿车 汽车燃料正在加气的CNG运输槽车 瓦斯用于生活燃料 煤层气通过拖车或输气管道供居民、宾馆、饭店利用。瓦斯用于锅炉燃料 工业锅炉改为燃气锅炉可减少粉尘和炉渣，干净、省人、劳动强度低。瓦斯用于燃料燃气锅炉 三、煤矿瓦斯 液化技术三、煤矿瓦斯液化技术液化天然气（液化煤层气）的可燃极限、点火温度、蒸汽密度和易爆性等有关安全的指标都好于汽油和液化石油气（LPG）。液化天然气（LNG）工业几乎是经历了

24、无事故发展的30年。自1970年以来，全世界只发生过16起与LNG有关的事故。自1980年以来，全世界只有两人的死亡与LNG有关。一般说来，LNG是目前可用的最安全的工业和民用燃料 。 三、煤层气液化技术天然气液化（LNG）工艺流程 目前世界上通常采用的小型LNG系统工艺循环： 1、带丙烷预冷的混合工质闭式循环（C3/MRC）; 2、单工质透平膨胀闭式循环（N2/Turbine）; 3、Joule-Thomson膨胀开式循环（Letdown）; 4、透平膨胀开式循环（Letdown）; 5、混合工质透平膨胀闭式循环 （Brayton/Claude）; 6、级联式闭式循环（Cascade）; 7

25、、热声振荡制冷循环（Thermal Acoustic）; 8、磁制冷循环等等三、煤层气液化 煤层气液化工业的政策法规研究 世界LNG工业史和近年国外小型LNG工业实践的经验说明，LNG工业的发展不能只靠科学技术的开发，LNG工业涉及国有资产、能源、环保、安全等问题，有其自身特殊的社会经济学特征。经济政策与科学技术的强耦合关系要求政府和社会的合作与支持。法规的立法。三、煤层气液化 煤层气液化涉及的有关课题包括： (1)研究煤层气液化技术的工业经济学课题； (2)研究国家和地方的气源价格政策和气源租赁合同政策； (3)研究煤层气工业的环保优惠政策和高科技企业退税政策； (4)研究煤层气工业链的结构

26、和探索上中下游的合作模式； (5)研究煤层气工业投资与贷款政策； (6)移植国外LNG相关标准，推动中国LNG工业法规的立法。三、煤层气液化2000年以来，随着低温深冷技术的成熟和发展，美国等西方发达国家针对煤层气的特点也相继研发了小型液化系统，综合开发和利用煤矿瓦斯。美国近两年已经研制成功液化气量在440m3/d 的天然气液化系统，并大力推广这项新技术。近来，个别美国和日本公司已经开始针对中国瓦斯矿难问题，极力向中国推销小型天然气液化设备。 三、煤层气液化我国哈工大低温与超导技术研究所(国家“985规划”建设中的国家重点实验室)设计和建造日产20 m3液化天然气全尺寸的工业实验平台，投资10

27、00万元；2005年初已完成工业实验平台的工程设计，2006年8月底完成煤层气液化技术实验中心的建设。 该系统包括天然气净化、液化、贮存三个部分，全部采用可移动的撬装式模块化结构，可在不同气源地重复安装使用；该系统移植了现代大科学工程中使用的远程全自动监控与测试技术；液化流程和工艺过程经大型计算机数值模拟，可针对具体气源条件进行快速优化设计。三、煤层气液化 山西港华煤层气液化项目：处于商业化示范阶段用地面开发的煤层气管道运输比较经济性好CH4浓度92%以上一期25万m3/d，己投产二期57万m3/d，正在建设中液化装置全部国产化 。阳泉含氧煤层气液化项目：处于工业试验阶段适用浓度：CH4浓度在

28、30%以上日产量：目前1.2t/d运行情况：经过一年连续开机试验，运行平稳。四、煤层气浓缩富集四、煤层气浓缩富集脱氮最为复杂，难度最大，可采取的核心分离技术有： 低温精馏分离在大规模分离煤层气(1Mm3/d)时才具有商业价值，适宜于CH4浓度在30%以上。1、变压吸附(PSA)目前处于工业性示范研究2、膜分离技术离工业化还有差距 存在问题：1、低温精馏法在工业上获得成功应用，但恢工艺复杂，设备投资大，高，不适于中小型煤矿。2、变压吸附(PSA)技术，开发合适的吸附剂，以降低成本。煤层气产业化国际经验表明，由于煤层气项目前期投入较大，煤层气产业在起步阶段需要政府的支持和扶持。中国煤层气产业目前尚

29、处于初级发展阶段，应该在融资、税收、价格、科研投入、资金引进等方面建立适当的优惠政策，吸引商业资金和民间资金进入煤层气工业领域。由于煤层气产业的公共社会性质，如保障能源供给，减少环境污染和降低采煤死亡率等等，政府应投入部分资金补贴或参股，以减少民间投资的风险。煤层气产业化国际经验还表明。没有良好的法制环境，煤层气产业很难得到长期快速稳定的发展。鉴于目前普遍存在对煤层气开发利用价值认识不足的情况，中国应考虑从法律角度硬性规定，具有一定规模的煤矿必须合理开发利用煤层气，同时还要修改环保法规，强化对煤层气排放的限制。根据“京都议定书”的“清洁发展机制（CDM）”框架，温室气体减排额可以进行买卖。中国

30、应充分利用这一机制，向专门的国际基金出售温室气体减排量。这不仅解决煤矿安全问题，还可以降低投资成本。煤层气产业化根据联合国的调查报告， 中国煤矿在开采过程中每年向大气排放的甲烷量达194亿m3，约占世界采煤排放甲烷总量的三分之一，引起国际社会的严重关注。若用1亿m3煤层气代替煤作燃料，不仅可以大大减少大气中甲烷的含量，而且可以节省30万吨煤，少排放0.36万吨CO2和0.5万吨煤烟尘。 主要利用技术汇总名称技术特点发展阶段发展与应用水平经济性用途所需浓度效率国外国内投资成本内燃机发电或热电联产6%，对稳定性要求不高3243%商业化已形成多种型号装备，发达国家煤矿多有应用，如澳APPIN矿等国产

31、设备为主，多省市应用50005500元/kw燃气轮机发电或热电联产40%，对稳定性要求高3040%商业化技术较成熟，最大装机容量已达325MW晋城、靖远、六枝等应用单机2MW5500元/kw瓦斯锅炉民用、工业3040%，对稳定性要求高示范阶段各产煤国多有应用煤矿多有应用很少约1.0元/m3蒸汽机发电或热电联产30%，对稳定性要求高3040%示范阶段因效率低，少有应用新建已不用较多液化技术将甲烷从瓦斯中分离并液化35%99.8%示范阶段尚无含氧煤层气分离液化技术的成功范例晋城、阳泉示范应用较多变压吸附、深冷分离、净化富集等技术富集净化，提高浓度后发电、输入天然气管道50%，浓度太低，经济性较差净

32、化效率高达98%示范阶段美、德使用变压吸附技术处理天然气或城市煤气，规檄达33万Nm3/d西南化工研究院等有成熟变压吸附技术与装各2400027000元/万m3(天然气)五、矿井回风瓦斯的利用五、矿井回风瓦斯的利用处于研究示范阶段、技术不成熟、成本高。示范工程 抚顺矿井乏风与抽采瓦斯混合发电利用瓦斯3400Nm3/h（浓度30%）用乏风22600Nm3/h，装机3500kW发电3000万kWh回收余热17800m3/h(温度360oC)五、矿井回风瓦斯的利用示范工程 郑煤告成矿引进瑞典的风排瓦斯净化装置 采用低浓度瓦斯湿式输送系统，利用矿区的CMM与VAM混合气氧化加热，该項目投入运行后，每年

33、可消耗瓦斯150万m3以上，提供40万m340生活热水，但无经济性。低浓度瓦斯氧化装置主要技术参数1、氧化系数：97%；2、工作温度：9001000 ；3、最低允许瓦斯浓度0.25%；4、最高允许瓦斯浓度0.70%；5、回风气体温度1040 ；6、处理气体能力：60000 Nm3/h;7、氧化器外形尺寸：长10775mm宽4400mm高3000mm；8、氧化器重量：65000kg。五、矿井回风瓦斯的利用示范工程 胜动煤矿乏风甲烷氧化装置阜新某煤矿拟安装10台6万m3/h的风氧化装置，利用乏风浓度为0，6%，10台每小时可氧化纯CH43600m3(相当于减排50t氧化），能替代1台15t/h的蒸

34、汽蒸汽锅炉，1天可节煤72t。五、矿井回风瓦斯的利用示范工程 郑煤告成矿引进瑞典的风排瓦斯净化装置 采用低浓度瓦斯湿式输送系统，利用矿区的CMM与VAM混合气氧化加热，该項目投入运行后，每年可消耗瓦斯150万m3以上，提供40万m340生活热水，但无经济性。低浓度瓦斯氧化装置主要技术参数1、氧化系数：97%；2、工作温度：9001000 ；3、最低允许瓦斯浓度0.25%；4、最高允许瓦斯浓度0.70%；5、回风气体温度1040 ；6、处理气体能力：60000 Nm3/h;7、氧化器外形尺寸：长10775mm宽4400mm高3000mm；8、氧化器重量：65000kg。五、矿井回风瓦斯的利用摘要

35、:据美国环保局估计，2000年，全球通风甲烷的排放量超过160亿m3，相当于2.3亿吨CO2。其中中国煤矿的排放量65亿m3。从通风中排出的甲烷是稀释过的，其浓度不超过1%。这种浓度的甲烷，按常规的甲烷利用方式在技术上是行不通的。美国环保局等已经找到一些利用通风甲烷的可行性技术，其中，最突出的方法是气流逆向反应，它的特点是反应器中的高温可以使稀释过的甲烷气流自燃。2000年世界煤矿通风甲烷排放量国家甲烷排放量亿m3占世界总量比 %通风甲烷排放量亿m3通风甲烷CO2当量 百万tCO2当量比%中国19144.06592.345.6美国 6112.42536.017.8南非 28 6.4 4 5.8

36、2.8俄罗斯 22 5.1 6 9.24.6乌克兰 20 4.52028.314.0澳大利亚 14 3.2 6 9.14.5波兰102.434.12.0德国102.411.30.7印度81.9342.0英国41.022.41.2哈萨克40.934.52.2捷克40.823.31.6墨西哥20.412.11.0小计37857.2141202.5100世界总量434100162232.2各种回风甲烷利用技术比较技术方法适用性回风甲烷作为辅助燃料01%CH4，其通风甲烷距大型燃煤或燃气电厂较近气流逆向反应器0.151%CH4，用于燃烧或发电低品位低燃料气轮机1%CH4，电价适宜回风甲烷和煤混合燃烧炉

37、01%CH4，并有可用的劣质煤瓦斯浓缩器0.11%CH4，低品位低燃料气轮机并电价适宜；0.51。5%CH4,高品位低燃料气轮机利用回风甲烷生产蛋白质1%CH4,在评估中中国煤矿回风甲烷利用成本分析美国环保局研究估计，中国煤矿回风甲烷氧化及发电市场前景广阔而且成本低廉。通风甲烷排放量92.3百万tCO2当量。中小型矿井的平均风量3000m3/min，大和特大型矿井的风量15000m3/min，风量的大小可能影响工程规模的设计。如果采用的技术恰当，其浓度不会超过0.4%。当电价为0.04美元/千瓦,排放每吨CO2当量物甲烷的价格低于2美元的条件下,通风甲烷发电能力可以达到每排放50Mt CO2当

38、量物甲烷产生926Mwd的发电能力,这套设备的市场价格估计为2亿美元,每年发电收益超过3.3亿美元。中国2000年煤矿通风甲烷简况井工煤矿生产能力9.49亿t吨煤回风甲烷排放量6.8m3/t回风甲烷浓度0.4%风量13140m3/min回风甲烷排放当量(MMtCO2)回风甲烷排放量92.3百万t65亿m3可利用的抽放的瓦斯2.2亿m3/a六、煤矿瓦斯作为化工原料利用瓦斯用于化工原料 煤矿瓦斯（CH4）可以合成： 甲醇（CH3OH）、 氨（NH3）、 甲醛（HCHO）、 醋酸（CH3COOH）， 可以生产乙炔（C2H2） 和碳黑等化工原料和产品。瓦斯用于化工原料瓦斯（CH4）可以合成 甲醇（CH

39、3OH）、氨（NH3）、甲醛（HCHO），生产乙炔（C2H2）和碳黑等化工原料。与其它 生产这些原料相比，煤层气的优点为：投资省，占地少；运行费用低，用人少，生产成本低；操作简便，系统与设备维护方便；生产过程基本无污染，对区域环境基本无影响。瓦斯用于化工原料 生产甲醇（CH3OH）利用甲烷和氧气混合（体积比为9：1）在200OC和10MPa下可以得到甲醇。 甲烷直接氧化制取甲醇技术是今后的主要方向。 甲醇不仅是有机溶剂而且是重要化工原料。利用甲醇可以生产甲醛（HCHO）、合成氯（代）甲烷（CH3Cl）、甲胺（CH3NH2）、有机玻璃、合成纤维（碳链纤维、杂链纤维两大类）等，并可作为无公害燃料。

40、据统计，利用甲烷生产甲醇的投资仅为以煤为原料的1/3，是以重油为原料的1/2。目前，世界上甲醇产量的80%是以天然气（包括煤层气）为原料。我国生产能力为200万t，而以天然气为原料的甲醇生产能力仅占24% ，主要原因是与天然气分布有关。瓦斯用于化工原料 生产乙酸（醋酸CH3COOH）将甲烷和CO在铑（Rh）和碘的催化作用下，在约175OC和0.1MPa下可直接结合成乙酸。 乙酸是重要化工原料。可用乙酸合成多种衍生物，如乙酸酯乙酐（醋酐）、氯乙酐、醋酸纤维素、维尼纶纤维等。 生产甲醛（HCHO）将甲醇的蒸汽浴空气混合后，通过银或铜等催化剂，在450-600OC氧化可得到甲醛。以甲烷为原料，在高温

41、和催化剂作用下，采用控制氧化的方法制得甲醛是具有经济价值的合成方法。 我国甲醇总消耗量的40 % 用于生产甲醛。瓦斯用于化工原料直接氧化法生产甲醛工艺流程预热炉630oC速冷装置30%CH4催化剂硼砂涂在反应器内壁催化剂CO循环利用速冷装置将反应后气温670oC速冷至200oC瓦斯用于化工原料 生产乙炔（C2H2）将甲烷的一部分用富氧空气燃烧，以其所产生的高温1400-1500 OC，在0.1-0.6 MPa下，将剩余甲烷裂解生成乙炔。 该法的副产物是水煤气（CO和H2O）,可以作为合成氨的原料，生产合成氨，进一步生产化肥。 乙炔燃烧温度高，达3000 OC以上，用于金属焊接与切割。乙炔是纤维

42、、塑料、橡胶三大合成材料的基本原料。用途广的维伦、聚氯乙烯、氯丁橡胶等均以乙炔为起始原料。在有机合成和精细合成中乙炔有重要作用。瓦斯用于化工原料 生产炭黑瓦斯在高温下燃烧，热分解后可生产出粉状的碳粒子，这就是炭黑。瓦斯浓度越高，炭黑的产量、质量和回收率都越高。因为煤矿瓦斯内含硫化物少，所以它是最理想的炭黑生成原料。炭黑生产率，1m3 纯瓦斯可生产炭黑120-150g左右。 瓦斯用于化工原料 炉法生产炭黑工艺系统 11501180 oC198Pa600oC供空气量为瓦斯完全燃烧的50-60%瓦斯用于化工原料 槽法生产炭黑工艺系统 瓦斯用于化工原料 混气活性炭黑的生产工艺系统 煤矿瓦斯深加工产品及

43、其用途 1）树脂产出甲醛后与过量的苯酚在酸性介质中反应可得到热塑性酚醛树脂，它主要用作模塑粉。苯酚与过量的甲醛在碱性介质中反应可得到热固性酚醛树脂。酚醛树脂或脲醛树脂配入填料和各种助剂可制成塑料 2）维尼龙 在75-80OC酸性条件下，乙炔在汞盐存在下通入醋酸发生合成反应，生成醋酸乙烯酯。醋酸乙烯酯以甲醇为溶剂，在引发剂（偶氮二异丁睛）的作用下，65OC条件聚合生成聚醋酸乙烯酯。在碱催化下，聚醋酸乙烯酯与甲醇进行交换反应，生成聚乙烯醇。甲醇与聚乙烯醇作用得到维尼纶（聚乙烯醇缩甲醛纤维）。它有一定亲水性，与棉纤维相似，比棉结实，耐碱腐蚀。煤层气深加工产品及其用途 3）聚甲醛纯甲醛在催化剂（如三正

44、丁胺）存在下，甲醛的聚合度大大提高，可得分子量达到几万到十几万的线性聚合物聚甲醛。它具有很高的硬度，它可代替有色金属。经微波超拉伸加工，使聚甲醛具有钢材的强度和模量，可作承力材料和增强材料。 4）合成氨及尿素 以煤层气制乙炔分离部分CO后的尾气，经转换残余甲烷、CO变换，脱除CO2,甲烷化，压缩及催化合成可得到合成氨。 目前，我国合成氨生成能力600万t/a。以氨和CO2为原料，通过合成、气提纯化、浓缩、造粒等工序可得到尿素。 我国氨产量的80%用于加工碳铵和尿素。煤层气深加工产品及其用途 5）其它甲醛与氨作用生成（环）六亚甲基四胺，即乌托品，在医药上用作利尿剂及尿道消毒剂。 6）甲烷氯化物

45、一氯甲烷（CH3-Cl）、二氯甲烷(Cl-CH2-Cl)、三氯甲烷、四氯甲烷（四氯化碳）等甲烷氯化物简称CMS。 以甲烷为原料生产CMS是传统的方法，CMS是氯碱工业主要耗氯产品之一。 一氯甲烷是有机合成化工重要原料， 主要用于生产有机硅单体甲基氯硅烷。还用于溶剂、致冷剂、农药、香料.等原料。 二氯甲烷是优良溶剂，萃取剂。如，从羊毛中提取羊毛脂。 三氯甲烷是强折光性无色透明液体、有机合成原料，用于生产致冷剂HCFC-22，染料。 四氯甲烷是无色透明的重质液体，可作溶剂与灭火剂。七、煤业集团公司瓦斯利用发展规划简介淮南矿业集团瓦斯利用发展规划淮南矿业集团已制定了4年的瓦斯利用发展规划，努力扩大民

46、用，主导瓦斯发电，适量改造燃煤锅炉，积极推进CDM项目开发。到2010年， 年瓦斯利用量20000万m3，利用率80%以上。民用燃气规划：到2010年，将管道瓦斯气输配管网覆盖面扩大到35万人左右。使用瓦斯燃气用户达112000户。同时拓展多种瓦斯综合利用途径，特别是民用方面的利用项目品种，以提高瓦斯利用率。淮南矿业集团瓦斯利用发展规划瓦斯发电规划：2010年，瓦斯发电能力发展到100000kW，年发电量4.5亿千瓦时，其中部分发电设备要实现热电冷联供。为了尽量减少瓦斯抽采时浓度和流量的波动对瓦斯发电的影响，所有准备建高浓瓦斯发电站的矿井均计划建设瓦斯储气罐，高浓度发电均考虑采用进口发电机组；

47、低浓度发电在未来的四年也会大量的建设使用；瓦斯发电工作同瓦斯发电余热利用统筹安排。淮南矿业集团瓦斯利用发展规划热电冷联供在潘一、谢桥、张集、顾桥、望峰岗、潘北、顾北均准备建设瓦斯发电站，其中潘一、张集、谢桥、丁集建设热电冷联供，解决井下工作面温度高问题。配备500kW移动式瓦斯发电机组20台，用于独立的地面瓦斯抽采泵自发自用。锅炉改造规划：到2010年，将改造92T工业燃煤锅炉，先期在已建成储气罐的矿井进行，其他矿井待储气罐建成后进行锅炉改造，计划在谢一、潘一、新庄孜等8个矿井进行燃煤锅炉改造。淮南矿业集团瓦斯利用发展规划CDM项目开发规划：到2010年，完成整个矿区瓦斯利用的碳资产开发，二氧

48、化碳减排指标的转让。通过瓦斯综合治理，把“废气”转化为资源，构成实现社会发展的生产力要素，实现资源利用的最大化、环境影响的最小化。在矿区充分实践“建立节约型社会、发展循环经济”的理念。淮南矿业集团瓦斯利用发展规划锅炉改造2005年 1月份92吨燃煤锅炉改造成燃瓦斯气锅炉的工程全面启动，到2006年2月底为止，已改造锅炉24吨，目前24吨燃气锅炉的运行情况良好。燃气锅炉同燃煤锅炉相比：在性能方面，热效率高（比燃煤锅炉高10-15%），体积小（是燃煤锅炉的14），结构简单，安装维修方便；在环保方面，燃气锅炉还有噪音小，无粉尘，无废水、废渣，无烟气排出等优点，使全矿区环境空气质量优于环境空气质量标准

49、（GB30951996）二级标准；在经济方面，经过测算一台4吨燃气锅炉一年内可节煤2000多吨；在操作方面，其自动化程度高，轻点触摸屏便可实现自动控制，大大减轻了操作人员的劳动强度。淮南矿业集团瓦斯利用发展规划高浓度瓦斯发电项目现已建成的潘三41200kW瓦斯发电站。瓦斯来自3万m3的储气罐，经水封、阻火器、各种闸阀等进入发电机组，发出400V的电后经过变压器升压并入矿上的6kV电网，发电站工作台的显示屏可分别显示四台发电机组的工作情况、高低压电控相关数据的实时监控，在显示屏上还显示发电机组的缸温及机组累计运行时间，进入机组的瓦斯各项指标，发电总度数，这些数据通过远传接口传到上一级的调度所。淮

50、南矿业集团瓦斯利用发展规划高浓度瓦斯发电项目谢桥矿2600kW瓦斯发电站、潘一矿2500kW集装厢式移动电站、谢一2500kW集装厢式移动电站。其中谢一集装厢式移动电站是利用地面钻孔抽采瓦斯的移动电站，它发的电小部分供给抽瓦斯泵使用，大部分通过电网供煤矿使用。淮南矿业集团共引进了9台总装机容量为1.32万 kW进口瓦斯发电机组，分别建在新庄孜、潘一、张集、张北、谢桥五个矿，从德国道依茨公司引进了五台功率为1360kw的发电机组；从奥地利颜巴赫公司引进两台功率为1416kw的发电机组，从美国卡特比勒公司引进两台功率为1800kw的发电机组。淮南矿业集团瓦斯利用发展规划高浓度瓦斯发电项目相比国产机

51、组，进口机组的优点1、稳定性比较强，大修周期较长，2、自动化程度高，运行过程中如果气量不够或浓度不足30%时，会自动停机，待气量或浓度满足要求后，会自动开机，真正做到无人职守，3、机器在运行中出现故障时，会自动在控制柜的触摸屏上显示，方便维护及保养。缺点：进口发电机组对气体的质量要求比较高，瓦斯在进入发电机组前有一个气体预处理装置。 瓦斯发电投资小，建设周期短，收回成本快（三年可收回成本）；瓦斯发电较民用耗气量大，且耗气稳定，能很好促进瓦斯抽采，保障矿井安全生产。从环保角度看，能有效减少温室效应，保护环境。淮南矿业集团瓦斯利用发展规划低浓度瓦斯发电项目低浓电站总体设计为6台500kw的发电机组

52、（山东胜利油田胜动机械有限公司生产），输出电压400V，经变压器升压至6kV，并网于谢一矿东部变电所。与高浓度瓦斯发电相比： 1、低浓度瓦斯发电对瓦斯泵站的出口压力要求比较高，在20KPa以上； 淮南矿业集团瓦斯利用发展规划低浓度瓦斯发电项目2、瓦斯输送系统采用了细水雾阻火输送技术设施，即将刚抽上来的低浓度瓦斯通过细水雾装置将高压水通过环形软管喷到钢板上变成水雾，再将水雾和瓦斯一起通过管路送到发电机组前进行脱水，然后送入发电机组。水雾起到了阻火的作用，另外整个低浓系统增加了瓦斯专用阻火器，改进了发电机组的电控混合器，采用了特殊结构的燃烧室，保证瓦斯浓度为6%以上可以燃烧做功，目前6台发电机组经

53、过运转试验，基本浓度都保持在7%-16%之间，发电、上网正常，能够满足低浓度瓦斯发电机组的性能要求。淮南矿业集团CDM项目开发 CDM即清洁发展机制， 1、定义 是指由发达国家（京都议定书公约附件一国家）提供资金或技术给发展中国家（京都议定书公约非附件一国家），该投资或技术将用于温室气体减排。 2、意义通过这种方式，发达国家可以得到二氧化碳减排量，来满足其减排承诺，而发展中国家也可通过发达国家提供的投资或技术实现可持续发展。清洁发展机制的核心是允许发达国家通过与发展中国家进行项目级的合作，获得由项目产生的“核证的温室气体减排量”。 淮南矿业集团CDM项目开发 CDM即清洁发展机制，3、淮南矿业

54、集团CDM项目包括潘三矿、谢桥、张集矿、张北矿井和新庄孜矿五个CDM项目，为递交煤层气方法学的项目，国家发改委气候办已出具了“无反对意见函”，与审定机构“挪威船级社”等签订了审定协议，其基准线和监测方法学以及项目设计文件（PDD）已递交联合国执行理事会，已和买方签署了正式购买协议。 铁法矿区瓦斯利用 煤层气产量、利用量及打钻进尺表年份煤层气产量（万m3） 煤层气利用量（万m3）利用率（%）打钻进尺(m) 1992174621312.2167001993169922113.0157191994167928116.7391501995221128312.8593071996262240815.66

55、40221997329440812.4769771998360042411.7992511999359344012.2894192000444852811.91124302001620671511.51870232002634699515.723650720037363116915.924997420048004108613.623143120057331117616.026205820068006262432.8300694铁法矿区煤层气产量由1991年的1506万m3增至2006年的8006万m3，煤层气利用混量（浓度41%）也由该项目实施前的388万m3增长到2006年底的6400万m3

56、。向铁岭市日供气量已达10万m3d，供气浓度为41%。 铁法矿区瓦斯利用2007年2月14日与日本三井物产株式会社签定了清洁发展机制CDM碳减排指标买卖合同。该项目实施到2012年，铁煤集团将有485万吨CO2减排量指标出售给日本三井物产株式会社，每吨售价11美元,折合人民币收益将达到4亿元。阳泉矿区瓦斯利用 到2005年底，阳煤集团瓦斯开发利用刷新纪录：全市民用瓦斯总户数由2000年前的6万户增加到11万户，年利用瓦斯总量达到5000万m3。同时，阳煤集团将瓦斯开发利用的视角转向了工业用气在京宇磁材铁氧体生产线每年用气146万m3的基础上，投资建设了五矿5万m3干式柜储配站，向平定县的一些地方企业供气，仅里社一家地板砖厂，每天供气就达78万m3 ，年供气量可达2555万m3 。阳煤集团拟投资建设的27万KW瓦斯发电项目已进入初步设计阶段，建成投用后，年用气量可达17亿m3 ，加上民用和其他企业用气，全部利用瓦斯的总量将达到近3亿m3。阳泉矿区瓦斯利用 上世纪70年代中期，阳煤集团的工程技术人员发现了“瓦斯藏于煤层上方的猴石与钱石之间”这一规律，以顶板钻孔的方法来抽放