国内外煤层气的转化利用技术综述

国内外煤层气的转化利用技术综述

专业：化学工程姓名：翟继博学号：201231460主要内容1.国内外煤层气开发利用现状2.煤层气的主要转化利用技术3.煤层气转化利用的新技术4.利用煤层气时的安全性问题1.国内外煤层气开发利用现状1.1世界煤层气资源分布

据国际能源机构(IEA)估计，全球陆上煤田埋深于2km的煤层气资源量约为26×1013m3，是常规天然气探明储量2倍多；全球可采煤层气储量已达13.78×1013m3。其中，俄罗斯、加拿大、中国、美国、澳大利亚等国煤层气储量均超过10×1012m3（见左表）。1.2国内外开发利用现状1.美国美国是世界上煤层气商业化开发最为成功、产量最高的国家。美国有完善的天然气管道系统，生产的煤层气大部分进入天然气管网销售给燃气公司，矿井抽放的煤层气有的直接供给坑口发电厂，或与煤混合燃烧作为锅炉燃料。2.加拿大加拿大的煤层气开发起步比较晚，2000年以后，在加拿大政府的支持下，一些研究机构根据本国以低变质煤为主的特点，开展了一系列的技术研究工作，多分支水平井、连续油管压裂等技术取得了重大进展，降低了煤层气开采成本。3.澳大利亚20世纪末，充分吸收美国煤层气资源评价和勘探、测试方面的成功经验，针对本国煤层含气量高、含水饱和度变化大、原地应力高等地质特点，成功开发和应用水平井高压水射流改造技术，使鲍恩盆地煤层气勘探开发取得了重大突破。

4.德国在煤层气发电利用上较为成功，主要技术特点是模块化燃气发电机组，采用集装箱式设计，便于拆装、运输，对30%浓度以上甚至略低于30%甲烷浓度的气体进行发电利用，实现了电热联产。5.中国2008年，我国煤矿井下煤层气抽采量53×108m3，地面煤层气开采量7.5×108m3；至2009年，我国已建成地面煤层气产能25×108m3。在煤层气地面开采利用方面，中国石油天然气集团公司已经率先在山西沁水将地面开采的煤层气送入西气东输主干线，年产能6×108m3，实现煤层气与天然气共输共用。

此外，近几年来，我国煤层气发电特别是用低浓度煤层气(CH4体积分数为6%~25%)发电技术进展较快，2009年全国瓦斯发电机组已超过1200台，总装机容量达到92×104kw，其中，国产发电机组占70%，进口机组占30%。世界最大规模、总装机容量12×104kw的山西晋城煤业集团公司寺河瓦斯发电厂，年利用煤层1.8×108m3(折纯)。

2.煤层气的主要转化利用技术

从资源利用的角度，煤层气用途非常广泛，可以用作民用、工业、发电、汽车燃料和化工原料等。1m3煤层气约相当于1kg燃油、1.3kg标准煤、9.5度电、3m3水煤气、1.1~1.3升汽油。而煤层气燃烧所产生的污染，大体上只有石油的1/40，煤炭的1/800，燃烧后生成二氧化碳和水，不产生一氧化碳等有毒气体。2.1用作民用及工业燃料

煤层气作为民用燃料，和煤炭比较具有热值高、污染小、使用安全等特点，不需庞大的净化处理装置，不腐蚀、不堵塞输气设备。煤层气允许进入天然气管道的条件是甲烷浓度要高于95%。

煤层气可以作为玻璃厂和冶炼厂的洁净燃料。用煤层气作燃料不仅低，热值高，而且有利于改善厂区环境，提高产品质量，大幅度提高玻璃厂、冶炼厂的经济效益。煤层气也可用作汽车燃料，汽车用压缩天然气的技术指标为甲烷浓度必须达到90%～100%，乙烷以上的烷烃含量不超过6.5%。煤层气中甲烷成分占绝对优势，浓缩后甲烷浓度可达95%以上，乙烷以上的烷烃含量极少，因此，煤层气非常适合于生产汽车用压缩天然气，还可以与柴油混合制成车用混合燃料。

2.2用于发电

煤层气发电是煤层气资源利用的最佳途径之一，发电设备主要有大中型燃气轮机、内燃机和微型燃气轮机，其中在燃气轮机技术的基础上可发展热电联产。(一)煤层气发电利用流程煤层气发电是指利用从矿井抽出的煤层气，采用瓦斯发电机组，实现煤层气发电、制热，变废为宝，开辟综合利用的新途径。煤层气发电利用过程各个环节的关系如下图所示。

(二)煤层气发电技术及设备1.大中型燃气轮机。简单的大中型燃气轮机装置由空气压缩机、燃烧室、动力透平和一个发电机组成。

特点：(1)装机容量范围宽，从500kW～25MW均可；(2)工作效率为30%左右；(3)可采用热电联产技术；(4)十分适合矿井煤层气，可利用中等质量的煤层气(5)技术成熟(6)需要配置压缩机，会消耗一部分电力

2.微型燃气轮机。微型燃气轮机技术由航空技术发展而来。微型燃气轮机系统由一个空冷的小型燃气轮机连接到高速发电机和单轴压缩机上组成。

特点：(1)装机容量为30～2000kW；(2)简单的结构使其有较高的输出能力，噪音小，效率高；(3)紧凑的结构使其可以放在窄小的地方，但维护费用较高；(4)产生电力主要用于提供地区用电，不并入电网。

在20世纪80年代后期，美国、英国、澳大利亚等国家开始利用煤矿瓦斯发电。发电设备主要为燃气轮机，瓦斯体积分数一般在40%以上。我国第1个煤层气发电示范项目是辽宁抚顺矿物局的老虎台电站，采用引进的功率为1500kW的KGZ—3C燃气轮机,瓦斯体积分数为40.4%。晋城矿业集团的寺河矿区采用2台功率为2000kW的燃气轮机，瓦斯体积分数为55%～65%。我国第1个内燃机瓦斯发电项目是在山西五里庙煤矿电站，采用的是胜动集团的功率为400kW的瓦斯发电机组,瓦斯体积分数在30%以上。瓦斯沾发电赖机组义工艺自流程伏图在中弓国低定浓度泥瓦斯营发电该机组殊生厂它家——胜田隐动力之机械建集团害公司腰，可驶以生罢产利夺用低躁浓度瓦营斯(6训%~25保%)发电耕机组有。20接05年淮钞南矿果业集滚团与滥胜利扮油田蓝动力档机械蒸集团涨在淮口南矿哗区谢虫一矿鸦建设章了低传浓度积瓦斯疫发电远进行雷低浓碰度瓦坊斯细挣水雾去输送燃机发堡电技爹术工挪业性蛋试验勇。改阴变了填瓦斯肯浓度泉在30罪%以上饼才能属利用,煤矿架大量咳的低灾于30惰%的瓦辽斯都炊排放油到大励气中饭的现醉状。2.侄3用作阻工业押原料(1错)生产昼甲醇煤层姜气中CH4转化悉制合帅成气文工艺妻有催峡化氧田化或却非催北化部眠分氧卧化两寺种工遭艺.催化子氧化疑法对银转化购前的片煤层毒气净奖化要像求很泪高。头一般学需脱诵除H2S。有疏机硫妈化物惹须达捞到0.蜻1r塔g/猛g以下眉，才妨能满何足在夺镍催扭化剂屋下将CH4转化困成CO也+H2，而妇且工挤艺流柱程长除、投想资大.非催糊化部扣分氧导化法析，煤乡丰层气导不需庙净化疯，在楼常压元下直旨接进授行转枕化，遍同时顿昂贵痛的Zn圾O脱硫亚剂用告量少晌，工归艺技曾术成挥熟可征靠。根据丝式国内政有关奖单位耻对利袜用鄂固尔多脊斯煤艘层气禾生产镜甲醇(2套50万t/辞a装置)设计佣结果乱，采艘用煤义层气步非催庄化部糠分氧季化合山成甲婆醇工镰艺，昏每t甲醇柿消耗爪煤层每气17走50残m3(折纯)，计脑入各停项费罩用，福若煤隔层气哑价格死按0.千5元/m3，则兽甲醇枪生产堡成本众为10堂20元/t。按细照目什前甲亩醇23吵00元/t计，奏具有孔一定薄的赢琴利空柱间。以煤恐层气职为原史料生陈产甲猛醇具投有以窑天然浅气为稀原料栽生产糖甲醇确的低寻投资希、高绕利润董的优晚点，哑又具剑有以漫煤为推原料却制甲引醇的辛低成丢本、闹大规骂模的套优势巷。表2为以尖天然培气、石眉脑油园、渣掏油和劫煤4种原添料制组甲醇禽的成秀本比责较。表2部4种原肿料制武甲醇属的成回本比狭较(2租)生产绑合成鞠油天然僻气合恒成油(G宽TL掉)技术勤完全扎适用碧于煤桐层气党。以舟生产闭中间垮馏分膜油为唇主要芹产品膀的GT流L转化且技术金，包漫括天撑然气辰转化少制合屡成气欧，通剥过费夕托反赖应将雹合成叼气转洗化为颤液体眼烃，烤产品阁改质婚三部烛分。其中店以Ha盗ld劝orTo视ps厌oe公司艺的自煮热转突化技欢术为秘主，乐由于艇反应怨温度俯低、获耗氧肥少，鸭生成慨的H2/C恼O比为2，适泄合合例成油道反应探的需掩要，考水碳热比为0.态6，比知其他胆自热声转化爱技术羊低得阔多，脑因而崖装置龄投资格低、箩效率歪高，塘是目诉前首窜推的塑合成捆气生蛋产技贞术，炒也是急未来溉大型GT薯L厂合裕成气贫生产柏的基排础技元术.GT叉L技术拌最根确本的花问题花是其万经济词性，醉技术徐的可针行性钟依赖台于成佳本低斤廉的附天然恩气作绝原料猫；另砌外合带成气森生成和从后续夕转化福之间宜能源贞整合驶的优幕化，裙也是飞提高冤经济尤性的违关键辽之一遇。因娘此使欠用廉完价煤妙层气甚制合饲成油兰比天补然气激具有餐成本饺上的足优势米。(3仍)生产展炭黑甲烷逢在高宋温下泻燃烧垄热分灿解后芒可产茅生粉钉状碳流颗粒榆，即效炭黑厌。它璃是橡杯胶、盼涂料琴等工游业不垮可缺油少的起填加佛剂。饼甲烷封浓度40划%～90穗%时均殃可烧贞制炭监黑。柳一般渠每立格方米豪纯甲唯烷可芦生产塔炭黑12佣0g～15叉0g。2.傻4煤层戚气的事液化满利用低温厉液化苏后的纵煤层雀气体中积缩喉小62阳5倍，1台35域m3的标叙准液殖化气座槽车揪可运暮输21胀00自0睛Nm杯3煤层辰气。遣美国丹近两房诚年已盛经研天制成裹功液策化气慨量在10拍00～10谋00敬0加仑/d的天斑然气惑液化卡系统猪，并妖大力智推广替这项难新技摩术。日前勇，阳森泉煤阳业集铲团在陡液化慌技术歪上与剑中国带科学理院理风化技羞术研酬究所手低温螺系统房诚关键音技术比组提史出了1个采宣用低排温分采离的分方法判，将枪煤层敬气中音的甲茄烷等认可燃舍性气奖体从钟混合搜气中慨分离素并液捷化的培方案鸡，设愁计了2种具悦体的揉分离傲、液泪化流糠程。拼阳泉午煤业各集团优于20努07年7月建撒成双其塔实紫验装屡置，园可使膛液体繁甲烷构的浓构度稳隐定地塌达到99差%以上墙。3.煤层充气转庸化利意用的粥新技糠术3.滤1三重竞整工冻艺制议合成掘气三重北整工直艺，订即CH4水蒸电气O2混合矿转化鸡反应(指在兵同一做个反蹲应器颤内同怒时进抓行CO2转化奶、CH4水蒸锄气转痒化以滚及CH4部分帜氧化3种反绒应，爪即三云重整近反应)，具蜜有过脸程能遇效高代、合垫成气H2/C灿O值适奴宜、术缓解恋催化载剂积街炭的省优点晒。由于伯井下徐抽放驰煤层纠气中伤含有梳大量箩的CH4、空后气以摩及少巴量的CO2，因龟此，衡可直列接以屠煤层胸气为荷原料担，辅技以少闷量的纹水蒸冷气进菌行CH精4三重弊整反教应,以实乐现廉骂价合肃成气附的生绵产。乌但由慕于该啄反应权是在柔较高锄的温弹度(8牛50住℃)下进悟行，裙反应龙过程坝中涉勇及复下杂的瞧氧化雾与还江原反盒应，幅催化晴剂本贸身在槐高温演反应素时会搬逐渐辨发生宽变化逆，因租此要焰实现滔工业糕化应反用还仔有很诉多工夕作要鹊做。3.殖2甲烷伟氧化迷菌降切解瓦剖斯制颠甲醇甲烷棕在甲循烷氧议化菌确内存违在的政甲烷才单加着氧酶(M家MO边)的催粪化作卵用下晨转化马为甲葱醇，业生成仓的甲竟醇在禽醇脱观氢酶额的作辩用下各转化鸽为甲椅醛，据甲醛极在醛迅脱氢局酶作民用下拨转化蛙为甲般酸，而甲酸仰在酸共脱氢距酶作铅用下壮转化凝为CO2和H2O，即CH4→C蒸H3OH颠→H嫩CH公O→关HC成OO乘H→约CO2。如果候提高MM家O活性倾，并迟抑制搅甲醇惰脱氢俱酶的宅活性腹就可丽以控超制反膜应进溪度、桶提高彩甲醇自的积微累，攻研究差表明ED赢TA、邻跳二氮灶杂菲喜和双元毗啶网等可厅以防涂止甲厘醇的收继续钢氧化亦。因申此，踏该方糖法为移由煤获层气困制甲旱醇提废供了寻另一嫩新思蝴路。3.墓3煤层坟用作叛燃料片电池弃燃料燃料侦电池朴大体恰分为水以下5类：渗碱性膝燃料摇电池(A邮FC计)、磷的酸盐沙燃料店电池(P腿AF纵C)、熔盗融碳纽奉酸盐弃燃料殖电池(M肌CF猫C)、高耻温固枯体燃溪料电宾池(S末OF与C)和聚修合物选电解室质燃毕料电擦池(P算EF测C)，其PA载FC和SO景FC特别笼适合候以煤团层气荡作为蜓燃料眯。利用虾煤层链气开庸发燃蜂料电区池的握关键应问题象就是却要对俘煤层些气进枕行预这处理呜，清除除掉承其中川少量千的污脸染物阵质，僵主要虾是硫贿及其脏他卤手素元沸素，石使其徒进入秩燃料声电池津之前思体积括分数纺小于0.遇00舒03％，士但目跪前存巩在包怒括阳刊极积惯炭、沿反应连机理称、阳附极材猛料(催化联剂)、反晨应热旧效应起匹配汉和热祝平衡刊等许觉多难雹题有餐待解连决。4.利用毯煤层气时购的安伸全性忠问题甲烷阶的爆瓜炸极易限为5％～16％，危由于教在开散采煤刺层气劳时，产难免滴混入膜部分牵空气颜，且划部分傲地区愿开采衣的煤穴层气倦甲烷摆浓度误较低独，有喉些甚阔至处缘瑞于其熟爆炸虎极限饼范围梨之内犁，因蛮此，沉在运份输利串用煤夜层气将时，缠必须塔考虑辟其安忠全性泉问题巩。研究灾表明销，压挪力宅温度裹对煤娱层气铃爆炸键极限葛范围焰影响系较大央，因跌此泰要使挤煤层丹气达门到安者全要斑求齐可以火从以纷下几深点考公虑：(1闹)降低意煤层门气的勺压力丽、温架度盯通另压力与对煤燥层气叹爆炸罗极限揉范围庄的影芽响情风况可星知：缺压力甩降低，爆晒炸极京限范许围减它小；虏温度黑降低港，爆齿炸极件限范悬围亦炒减小辟。在宽有其饲它可奔行方区案来炕确保践安全炼的前印提下亲，为胳了保器证输粱送工塑艺要兆求，披一般晓不建正议采炎取降湾低压顽力的睬方法解来降穷低爆延炸极掌限范鬼围。(2栏)煤层盘气提搭纯伶采营用煤菠层气完提纯姻技术寄也可向以提碎高煤箱层气铃的安慕全性冰，使开煤层乞气中岔甲烷准含量竖高于葛的爆指炸上欲限，钻并且程留有骆一定匙的安质全裕暴量。劫变压交吸附筋工艺仇目前饺是煤坑层气肺提纯潜的首蚊选技睡术，匙它可山将N2、O2与甲透烷分衡离，捡处理野能力革可达5.财7万m3/d～28垒.3万m3/d，根宿据中饭科院则山西姨煤化降所提俗供的痒资料汉采用辫成熟翻的变党压吸否附技买术可羞以使名煤层并气中害甲烷摊含量铜达到90～95％。(3签)煤层员气掺流混刘我朝国大震部分论矿区笑同时瞎具有籍井下思抽放燃和地灿面抽句放两偶种抽鲜放系易统，沫井下滨抽放