矿业工程系10煤层气抽采2班
煤层气综合利用
一煤层气的目的与意义
1．煤层气综合利用目的
多年来煤层气作为煤矿灾害气体，威胁着煤矿安全生产，同时，煤层气作为一种清洁能源，也是一种强烈的温室气体，如何变废为宝就成为摆在煤矿企业面前的难题。山西省大型煤矿企业已经开始借助CDM（清洁发展机制）运行机制的支持，引进资金和先进的环境友好型技术，重点发展利用煤层气发电项目，从而实现煤层气的资源化利用，减少煤矿煤炭安全生产隐患，解决井下瓦斯抽采受时间、空间等条件限制的问题，提高了煤炭开采能力。同时提供清洁的能源、减少温室气体排放、缓解全球温室效应、促进当地的可持续发展、使煤层气综合利用发挥最大效益化及环保经济化。
2. 煤层气技术应用的意义
在国际能源局势趋紧的情况下，作为一种优质高效清洁能源，煤层气的大规模开发利用前景诱人。煤层气的开发利用还具有一举多得的功效：提高瓦斯事故防范水平，具有安全效应；有效减排温室气体，产生良好的环保效应；作为一种高效、洁净能源，产生巨大的经济效益。如果把煤层气利用起来，用于发电燃料
、工业燃料和居民生活燃料；还可液化成汽车燃料，也可广泛用于生产合成氨、甲醛、甲醇、炭黑等方面，成为一种热值高的洁净能源和重要原料，开发利用的市场前景十分广阔。
煤层气是一种由煤层生成并主要以吸附状态储集于煤层中的非常规天然气，是近20年来崛起的优质洁净新能源。其开发与利用对弥补我国常规能源的不足，从根本上消除煤矿生产中造成的瓦斯爆炸、瓦斯突出等灾害，减少大量瓦斯排放造成的环境污染以及改善我国的能源结构，加速我国以煤为主的能源系统逐渐向环境无害化的可持续发展模式的转化过程，形成洁净能源新产业，均具有重要的战略意义。中国不仅是煤炭资源大国，而且煤层气资源也极为丰富，我国政府和有关工业部门高度重视煤层气的勘探开发，在引进、消化、吸收国外煤层气开发经验的基础上，煤层气勘探开发理论与技术等方面也取得了一定的进展。但迄今为止，从全国总的试验情况看，绝大多数煤层气试井产量低、产量递减快，难以形成稳定的工业性气源。其主要原因是我国煤层普遍渗透率低、吸附强、开采浅层煤层气的原始压力不高、解吸速度慢，使得煤层气解吸及其在煤层中的运移十分困难，而且低渗透煤层甲烷吸附、解吸、扩散、渗流运移过程表现出相互制约和非达西渗流以及煤层甲烷运移受排采降压引起的流固耦合作用较明显的突出特点。反映优良储层特性的国外煤层气开采理论和借用常规的油气开采理论，不能完全适应我国低渗透煤层气的开采。目前，煤层气的增产技术普遍沿用油气田开采中的水力压裂提高渗透率方式来提高煤层气的产量，而在促使煤层气产生解吸，使吸附在煤基质孔隙内表面的煤层甲烷尽可能由吸附状态转变为游离状态，
扩大煤层气由基质向微孔、向裂隙的扩散能力等增产措施方面研究较少。
二煤层气抽采技术国内外概况
1．煤层气的含义
煤层气，是指赋存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，是煤的伴生矿产资源，属非常规天然气，是近一二十年在国际上崛起的洁净、优质能源和化工原料。
煤层气俗称“瓦斯”，其主要成分是CH4（甲烷)，与煤炭伴生、以吸附状态储存于煤层内的非常规天然气，热值是通用煤的2-5倍，主要成分为甲烷。1立方米纯煤层气的热值相当于1.13kg汽油、1.21kg标准煤，其热值与天然气相当，可以与天然气混输混用，而且燃烧后很洁净，几乎不产生任何废气，是上好的工业、化工、发电和居民生活燃料。煤层气空气浓度达到5%-16%时，遇明火就会爆炸，这是煤矿瓦斯爆炸事故的根源。煤层气直接排放到大气中，其温室效应约为二氧化碳的21倍，对生态环境破坏性极强。在采煤之前如果先开采煤层气，煤矿瓦斯爆炸率将降低70%到85%。煤层气的开发利用具有一举多得的功效：提高瓦斯事故防范水平，具有安全效应；有效减排温室气体，产生良好的环保效应；作为一种高效、洁净能源，商业化能产生巨大的经济效益。
2．煤层气抽采技术国内概况
我国煤层气资源丰富。据煤层气资源评价，我国埋深2000m以浅煤层气地质资源量约36万亿立方米，主要分布在华北和西北地区。其中，华北地区、西北地区、南方地区和东北地区赋存的煤层气地质资源量分别占全国煤层气地质资源总量的56.3%、28.1%、14.3%、1.3%。1000m以浅、1000～1500m和1500～2000m 的煤层气地质资源量，分别占全国煤层气资源地质总量的38.8%、28.8%和32.4%。全国大于5000亿立方米的含煤层气盆地()共有14个，其中含气量在5000～10000亿立方米之间的有川南黔北、豫西、川渝、三塘湖、徐淮等盆地，含气量大于10000亿立方米的有鄂尔多斯盆地东缘、沁水盆地、准噶尔盆地、滇东黔西盆地、二连盆地、吐哈盆地、塔里木盆地、天山盆地、海拉尔盆地。
我国煤层气可采资源总量约10万亿立方米，其中大于1000亿立方米的盆地()有15个：二连、鄂尔多斯盆地东缘、滇东黔西、沁水、准噶尔、塔里木、天山、海拉尔、吐哈、川南黔北、四川、三塘湖、豫西、宁武等。二连盆地煤层气可采资源量最多，约2万亿立方米；鄂尔多斯盆地东缘、沁水盆地的可采资源量在1万亿立方米以上，准噶尔盆地可采资源量约为8000亿立方米。
2.1晋城煤层气开采先锋——沁水蓝焰
为我市带来了巨量的煤层气能源，有些已逐步代替了煤炭、汽油等常用燃料。其中以沁水蓝焰煤层气有限责任公司为主，沁水蓝焰煤层气有限责任公司成立于2003年8月16日，注册资本20188.96万元，是晋
城煤业集团下属的专门从事煤层气地面开发和煤田地质勘探的专业化子公司。公司下设漾泉蓝焰煤层气有限责任公司、山西蓝焰煤层气工程研究有限责任公司2个子公司，12个职能部室，15个生产区队。近年来，公司在煤层气地面预抽领域进行了大胆的探索和技术创新，打破了国际公认的无烟煤地面抽采的“禁区”，开发出一套适宜本地区的具有自主知识产权的煤层气地面抽采技术，创建了“采煤采气一体化”的矿井瓦斯治理新模式，为我国煤炭矿区瓦斯综合治理及矿井安全生产探索出了一条新的有效途径。公司牵头组织、实施的《煤矿区煤层气采前地面预抽》项目荣获国家煤炭工业科学技术一等奖，《煤层气规模开发与安全高效采煤一体化研究》项目获国家科学技术进步二等奖。由公编制完成煤层气地方标准（DB14/T167-2007）、车用压缩煤层气地方标准（DB14/T168-2007）已于2007年12月12日由山西省颁布实施。公司承担了《民用煤层气》和《车用压缩煤层气》国家标准的制订，并参与了国家安监总局牵头组织的相关煤层气安全标准制订。为进一步提高企业的自主创新能力，2006年4月10日，公司与中国地质大学、中国矿业大学、中国石油大学、河南理工大学、中国煤炭科学总院西安分院、重庆分院合作建成了煤层气开发工程产学研基地。2009年8月，公司出资组建了山西蓝焰煤层气工程研究有限责任公司，通过产学研联合优势，取得煤层气地面开发技术咨询资质、工程设计资质和工程监理资质，从事煤层气开发利用技术的科研、咨询服务等业务，有效促进科研成果向生产力的转化。公司拥有先进的煤田、煤层气钻探设备，具有固体矿井勘查乙级、气体矿产勘查乙级资质，建成了国内最大的地面煤层气抽采井网和煤层气压缩站，煤层气产量逐年递增。煤层气广泛用于发电、民用燃气与采暖、汽车燃料、工业燃料等领域，取得了良好的安全效益、环境效益、经济效益和社会效益。目前，蓝焰煤层气公
司正以科学发展观统领全局，以“不怕榜上无名，坚信脚下有路”的企业精神为指引，全力为晋城煤业集团“亿吨基地、千亿规模、百年企业、能源旗舰”的战略愿景贡献力量。
2.2 晋城煤层气的利用情况
2.2.1 煤层气发电
晋城市还有全世界最大的煤层气发电站。与火力发电厂不同，煤层气发电厂没有高大的冷却塔，没有面积广阔的储煤场，没有堆积如山的灰渣，占地面积远小于火力发电厂。这是我了解到的一些有关数据：与燃煤火力发电相比，相当于节约标煤32.3万吨，减少二氧化碳排放1617吨，减少灰渣及粉尘排放12.6万吨。我市的一些现代化工厂已经采用了煤层气发电这项技术。
2.2.2 煤层气作燃料
农民家里的灶台革命
这是我走访的一户农户，刘积厚今年已经60多岁了，住在晋城市嘉峰镇李庄村。这个村子紧挨着一座煤层气抽采集束站。7月24日中午，我来到他家。
整洁的院子，并没有山西农村家庭常见的煤堆，取而代之的是一根细细的输气管道。
刘积厚的老伴告诉我：“我们这里虽然是农村，可其实比城里还要方便，做饭时不用再像以前那样生火、捣炭。如今用上了煤层气，拧开阀门，一点火就行。”
事实上，在整个晋城市有超过15万户的居民用上了管道煤层气。在晋城市区，煤层气使用的普及率已经达到了90%。
除了做饭，刘积厚家里的供暖也是依靠煤层气。“你看，这上下两层楼全部是暖气，买一台几百块钱的燃气锅炉，就什么问题都解决了。不用再像以前一样把火炉蹲在家里，还省去了倒炉灰、砸炭块的工夫。”为了减轻村民的负担，刘积厚所在的李家庄已经负担了全村居民的所有燃气使用费。
2.2.3出租车司机的燃料账本
在晋城，煤层气另一个广泛的应用是在交通领域。据我调查，目前晋城市以煤层气为动力的汽车有9000余辆。市区具备条件的公共汽车和出租车已经全部实现了气化。下一步，所有公交车将全部由燃油改为燃气。
7月21日下午，一辆车牌为ET0521的出租车正在晋城市泽州公园附近一家加气站加气。与加油数百元一次的花费不同，这辆车加满一次气只需要30元左右。司机对我说：“晋城市出租车5元/2公里的起步价和1.2元/公里的运营单价可能是全省最低的。这全依赖出租车是燃气而非燃油。”经过改装，这辆出租车一次可加注10立方米的煤层气，加满后可行驶100公里。而目前晋城市的车用煤层气价格为3.4元/立方米。
以目前93#汽油7.48元/升的价格计算，加注煤层气比使用汽油要便宜一半。“如果是在市区行驶，汽车的起步性能和持续动力都没有问题。如果我一年跑10万公里，光用气这一项就可以省下4万元的运营成本。”晋ET0521的出租车司机说。
在晋城，许多私家车主也改装了自己的汽车，同时许多原装的油气两用车在销售和使用。一位热情的晋ERP001的车主领我观看了他的油气两用车。与普通燃油车相比，油气两用车是在后备厢加装了一个储气罐。点火起步时使用燃油，行驶途中使用燃气。“能省一半的费用，一个月200元左右的汽车燃料费。”这位车主说：“改装费用为3000-4000元，原装油气两用车，一般较燃油车贵3000元左右。”“晋城许多载重卡车也是以煤层气为燃料。”
目前，晋城市周边的长治、焦作、郑州等市都已经有了煤层气加气站。煤层气加气的辐射半径也已经能够达到300公里以上。”
晋城市未来将在沁水县和晋城市区建设全覆盖的煤层气加气站。届时，在晋城市加气将和加油一样方便。
2.2.4 工业企业的环保效应
除去民用领域，煤层气在工业领域有更为广泛的应用。
15万左右的车排行榜
据了解，煤层气作为燃料在玻璃和陶瓷器皿的烧制工艺中，有着得天独厚的优势。所以7月22日上午我和朋友特地实地调查了解了晋城市九州玻璃厂。厂里的一位热情的部门负责人和我介绍说:“早在2007年，晋城市九州玻璃厂就将自己烧制玻璃的燃煤窑炉改为燃气窑炉。由于煤层气热值高、燃烧稳定，所以它能够满足制作玻璃器皿最重要的条件——恒定温度。”
在经过窑炉改造后，九州玻璃厂不仅解决了温度恒定的问题，而且一下子成了污染排放的“环保标兵”。
近些年，随着煤价不断上涨，九州玻璃厂的煤层气燃料显出了低成本的优势。
总结：近年来，煤层气在我市的利用情况越来越好，有些地区已经实现了全覆盖，这一重大的能源燃料变革，不仅给广大众带来了益处，为本土的工厂企业带来了更可观的收益，更为晋城的可持续发展以及构建节约型社会做出了巨大
的贡献。然而在这些显而易见的良性变化背后，城市居民生活环境的优化，空气质量的提高，才是真正值得我们欣慰的事。
3．煤层气抽采技术国外概况
煤层气作为气体能源家族三大成员之一，与天然气、天然气水合物的勘探开发一样，日益受到世界各国的重视。全球埋深浅于2000米的煤层气资源约为240万亿立方米。美国是目前世界上煤层气商业化开发
最成功的国家，从1983年到1995年的12年间，煤层气年产量从1.7亿立方米猛增至250亿立方米，2005年煤层气产量达到500亿立方米。预计2020年至2030年前后，燃气在世界能源结构中的比重将赶上和超过煤炭和石油。专家预测，2010年我国燃气缺口将达300亿立方米；2020年将达到1000亿立方米。在中国目前的一次性能源消费结构中，煤炭约占74.6%，石油占17.6%，天然气仅占2%，远低于23%的世界平均水平。随着终端能源需求逐步向优质高效洁净能源转化，天然气的需求迅速增长。开发利用煤层气可将燃气在能源消费构成中的比重在2010年提高到10%。
三煤层气开采利用方法
3.1 煤层气的用途
煤层气用于发电燃料、工业燃料和居民生活燃料；还可液化成汽车燃料，也可广泛用于生产合成氨、甲醛、甲醇、炭黑等方面，成为一种热值高的洁净能源和重要原料，开发利用的市场前景十分广阔。每标方煤层气大约相当于9.5度电、3m水煤气、1L柴油、接近0.8㎏液化石油气、1.1~1.3L汽油，另外，煤层气燃烧后几乎没有污染物，因此它是相当便宜的清洁型能源。在国际能源局势趋紧的情况下，作为一种优质高效清洁能源，煤层气的大规模开发利用前景诱人。煤层气的开发利用还具有一举多得的功效：提高瓦斯事故防范水平，具有安全效应；有效减排温室气体，产生良好的环保效应；作为一种高效、洁净能源，产生巨大的经济效益。
煤层气的化工应用
煤层气与天然气的利用途径基本相同，大多用在民用燃气和燃气发电，而煤层气的化工利用途径也和天然气相仿，用作化工原料开发天然气化工、一碳化工系列产品：合成氨及其相关产品，合成油及有机化学品，合成甲醇及其下游产品(乙烯、丙烯、二甲醚MTBE、碳酸二甲酯、醋酸等)。
煤层气制氢
目前我国大量煤层气是井下抽放的，主要保证煤矿的安全生产。由于井下抽放技术落后，得到的煤层气甲烷体积分数不高，仅为30％～60％，且随开采环境的变化而发生波动，对于大量中等甲烷体积分数(30％～60％)的煤层气通常可以用作民用燃料、公用事业用气和发电。由于民用量有限，发电效率较低，所以
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