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国内外煤层气的转化利用技术综述

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

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。

瓦斯发电机组工艺流程图

在中国低浓度瓦斯发电机组生厂家——胜田动力机械集团公司，可以生产利用低浓度瓦斯(6%~25%)发电机组。2005年淮南矿业集团与胜利油田动力机械集团在淮南矿区谢一矿建设了低浓度瓦斯发电进行低浓度瓦斯细水雾输送机发电技术工业性试验。改变了瓦斯浓度在30%以上才能利用,煤矿大量的低于30%的瓦斯都排放到大气中的现状。

2.3用作工业原料(1)生产甲醇煤层气中CH4转化制合成气工艺有催化氧化或非催化部分氧化两种工艺.催化氧化法对转化前的煤层气净化要求很高。一般需脱除H2S。有机硫化物须达到0.1rg/g以下，才能满足在镍催化剂下将CH4转化成CO+H2，而且工艺流程长、投资大.非催化部分氧化法，煤层气不需净化，在常压下直接进行转化，同时昂贵的ZnO脱硫剂用量少，工艺技术成熟可靠。根据国内有关单位对利用鄂尔多斯煤层气生产甲醇(2套50万t/a装置)设计结果，采用煤层气非催化部分氧化合成甲醇工艺，每t甲醇消耗煤层气1750m3(折纯)，计入各项费用，若煤层气价格按0.5元/m3，则甲醇生产成本为1020元/t。按照目前甲醇2300元/t计，具有一定的赢利空间。

以煤层气为原料生产甲醇具有以天然气为原料生产甲醇的低投资、高利润的优点，又具有以煤为原料制甲醇的低成本、大规模的优势。表2为以天然气、石脑油、渣油和煤4种原料制甲醇的成本比较。表24种原料制甲醇的成本比较

(2)生产合成油天然气合成油(GTL)技术完全适用于煤层气。以生产中间馏分油为主要产品的GTL转化技术，包括天然气转化制合成气，通过费托反应将合成气转化为液体烃，产品改质三部分。其中以HaldorTopsoe公司的自热转化技术为主，由于反应温度低、耗氧少，生成的H2/CO比为2，适合合成油反应的需要，水碳比为0.6，比其他自热转化技术低得多，因而装置投资低、效率高，是目前首推的合成气生产技术，也是未来大型GTL厂合成气生产的基础技术.GTL技术最根本的问题是其经济性，技术的可行性依赖于成本低廉的天然气作原料；另外合成气生成和后续转化之间能源整合的优化，也是提高经济性的关键之一。因此使用廉价煤层气制合成油比天然气具有成本上的优势。

(3)生产炭黑甲烷在高温下燃烧热分解后可产生粉状碳颗粒，即炭黑。它是橡胶、涂料等工业不可缺少的填加剂。甲烷浓度40%～90%时均可烧制炭黑。一般每立方米纯甲烷可生产炭黑120g～150g。2.4煤层气的液化利用低温液化后的煤层气体积缩小625倍，1台35m3的标准液化气槽车可运输21000Nm3煤层气。美国近两年已经研制成功液化气量在1000～100