煤层气的液化及应用

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摘要：煤层气开发一举多得。煤层气是一种优质洁净能源，是上好的工业、化工、发电和居民生活燃料；又是煤矿瓦斯爆炸事故的根源，其温室效应约为C02的21倍。煤层气的开发利用能提高煤矿生产安全的效应；有效减排温室气体；把煤层气用作发电燃料、工业燃料和生活燃料、汽车燃料、化工原料，能产生巨大的经济效益。

关键词：煤层气 液化 优点

煤层气，俗称煤矿瓦斯，即天然气。它是与煤伴生、共生的气体资源，其主要成分为甲烷，甲烷含量一般为90%~99%。每吨褐煤能生成38~50立方米煤层气，无烟煤可生成346~422立方米煤层气。按热值计算,甲烷的热值为33.5~33.7kJ(8000~9000kcal/m3)，比1公斤标准煤的发热量还要高。1000Nm3甲烷相当于1吨标准煤。

一、我国煤层气产业化发展条件优厚，前景广阔

我国煤层气资源储量全球第二。国际能源机构(IEA)统计，我国煤层气资源量位列俄罗斯、加拿大之后，居世界第二。据新一轮全国煤层气资源评价，我国埋深2000m以浅煤层气地质资源量约36.81万亿方，与国内陆上常规天然气资源量38万亿方相当，煤层气可采资源总量约10万亿方，累计探明地质储量1023亿方，可采储量约470亿方。

我国煤层气产业发展潜力大，是化解“气荒”突破口。据测算，目前煤炭开采、加工、运输过程中每年释放瓦斯约150-200亿方，经人工抽放的只有30亿方，而得到利用的史只有其中的1/3，煤层气抽采利用潜力巨大。煤层气与天然气组成成分一致，随着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提高。

国内煤层气产业具备规模化技术条件。经过多年攻关，我下地而煤层气钻探、测试、排采等技术取得长足进步，奠定了产业化开发利用煤层气的技术、经济基础。截至09年底，我国煤层气探明储量达到1700亿方，全国共施工各类煤层气井近4000口，建成煤层气地而开发产能25亿方/年，年产量达7亿方，煤层气抽采率约30%，外输能力达40亿方/年。

二、液化流程

液化天然气（包括液化煤层气，简称LNG）的流程主要有：①利用天然气自身压力膨胀制冷的液化循环；②利用外部气体膨胀制冷的液化循环；③混合制冷剂制冷的液化循环。我国的气体制冷和液化的研究工作，从建国初期就开始了。空气分离和液化装置的生产早已实现了产业化。从二十世纪九十年代起，又开展了液化天然气的工作。曾采用前两种液化循环的方法，分别建成了两台小型的天然气液化装置。此后，在上海浦东又委托法国索菲公司，采用混合制冷剂制冷的液化循环进行设计，建成了一套每天液化10万标方天然气的LNG调峰装置。在中原油田，又与法国合作，建成了一套带预冷的天然气节流膨胀制冷的LNG装置，液化能力为每天15万标方天然气。因此，目前国内对各种LNG的循环已基本掌握，具有了自主开发液化天然气和煤层气装置的能力。对于那种在采煤的同时从坑下矿井中强风抽采的煤层气（阳泉模式），由于其燃气含量低（仅在50%左右，其余主要是氮和氧），需要在流程中增加分馏装置，把氮和氧分离出来，这在技术上也是成熟的，并不存在困难，只须注意由于有氧的存在所带来的安全性问题。

三、液化煤层气的多种优势

液化煤层气的主要优势，不是和天然气液化技术搞规模比赛，不是和天然气管道、煤层气管道开展竞争，也不是和天然气市场竞争用户，而是与液化天然气、管道天然气和管道煤层气的发展相衔接、相促进、相依托。

液化煤层气具有明显的比较优势。煤层气液化项目由于规模相对较小，选址条件要灵活得多。国际上以大规模液化天然气（LNG）生产基地为源头的LNG进口，需要配套建设大规模的LNG终端项目。目前，我国已经在深圳、湄州、上海、宁波、青岛等地建立了LNG项目，规模都在300万吨/年左右。这需要巨大的码头等诸多条件，而液化煤层气在这些方面要求较少，成本要低得多。

煤层气管道到哪里，液化煤层气产品的市场就到哪里。一方面管道天然气和管道煤层气到达之后，液化煤层气就会遇到很大的竞争。但另一方面，管道燃气越来越离不开液化煤层气。首先，液化煤层气可以在管道燃气调峰上发挥积极作用。应对2009年“气荒”时，液化煤层气就发挥了积极的作用。其次，管道燃气的发展，很好地宣传了天然气和煤层气。在管道附近而又是管道尚未覆盖的区域，就是液化煤层气进军的首选市场。

此外，液化煤层气生产过程中释放出的冷量可回收利用。例如可将液化煤层气汽化时产生的冷量，用作冷藏、冷冻、低温粉碎等。因此，有的调峰装置就和冷冻厂进行联合建设。按目前液化煤层气生产的工艺技术水平，可将煤层气液化生产所耗能量的50%加以回收利用。

液化煤层气也是优质的车用燃料。与汽油相比，它具有热值高、抗爆性好、燃烧完全、排放污染少、延长发动机寿命、降低运输成本等优点。

液化煤层气生产使用比较安全。它的燃点为650℃，比汽油高230℃左右；爆炸极限为4.7%~15%，比汽油高出2.5~4.7倍；液化煤层气密度为0.47左右，汽油为0.7左右。它比空气更轻，所以稍有泄漏会立即飞散并迅速吸热，不致引起自燃爆炸。

四、结束语

丰富的资源储量、国家政策的有力扶持、当地政府的支持、生产企业的做大做强、相关配套产业的迅速发展都将为煤层气液化产业的发展壮大提供强大的推动力和有力地保障。煤层气产业正逐步发展成为我国能源工业的新热点，它创造的经济价值和社会价值将会进一步体现。

参考资料：

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[2]王连刚、李俊乾，我国煤层气开发模式与开发技术问题探讨[J]，煤炭科学技术，2010.

[3]李相臣、康毅力，煤层气储层微观结构特征及研究方法进展[J]，中国煤层气，2010.

[4]王晓琳、苏莹莹，煤炭伴生资源煤层气的开发和利用[J]，价值工程，2010.