煤層氣(煤礦瓦斯)綜合利用途徑及現狀分析

羅申國

(煤炭工業太原設計研究院，山西 太原 030001)

煤層氣(煤礦瓦斯)是指賦存在煤層中以甲烷為主要成分，以吸附在煤基質顆粒表面為主、部分游離于煤孔隙中或溶解于煤層水中的烴類氣體，是煤的伴生礦產資源，屬非常規天然氣，是近一二十年在國際上興起的潔凈、優質能源和化工原料。我國埋深2 000 m以內淺煤層氣地質資源量約36.81萬億m3，居世界第3位，煤層氣資源相當豐富。

1 煤層氣(煤礦瓦斯)利用現狀

1.1 煤層氣利用量和利用率顯著提高

近年來，政府部門制定了一系列有關煤層氣政策措施，強力推進煤層氣開發利用，使煤層氣利用范圍不斷拓展，廣泛應用于城市民用、汽車燃料、工業燃料、瓦斯發電等領域，抽采利用量逐年大幅度提升，大批瓦斯電廠、乏風氧化供熱和發電試點項目、提純工廠、液化站、壓縮站和集輸管道建成投產。預計到“十二五”末，煤層氣利用量將達到84億m3/年，利用率達60%以上;民用超過320萬戶，瓦斯發電廠總裝機容量超過285萬kW，相當于節約標準煤1 016萬t，減排二氧化碳12 600萬t，一年的利用量就與“十一五”期間的總利用量持平?？梢?，煤層氣利用量逐年增加，利用率顯著提高，節能減排效果明顯。

1.2 煤層氣(煤礦瓦斯)利用政策框架初步形成

國務院辦公廳印發了《關于進一步加快煤層氣抽采利用的意見》(國辦發〔2013〕93號)，國家能源局印發了《煤層氣勘探開發行動計劃》(國能煤炭〔2015〕34號)，山西省人民政府出臺了《關于加快推進煤層氣產業發展的若干意見》(晉政發〔2013〕31號)，有關部門出臺了煤炭生產安全費用提取、煤層氣抽采利用企業稅費減免、財政補貼、瓦斯發電上網及加價、人才培養等扶持政策，初步形成了煤層氣開發利用政策框架。各企業開發利用煤層氣，中央財政補貼0.2元/m3，煤層氣發電上網補貼后電價0.509元/kWh，初步建立了煤層氣勘探、開發、安全等標準體系，發布了低濃度瓦斯輸送和利用等行業標準。

1.3 CDM遭遇歷史低谷，乏風氧化項目受挫

瓦斯發電項目符合清潔發展機制(CDM)要求，可以申報CDM項目，獲得碳減排收益。從2005年開始，CDM在我國迅速發展，截至2011年6月底，中國政府共批準3 051個清潔發展機制項目，其中455個成功簽發，中國CDM項目的數量和年減排量居世界第一。當初，國家發改委規定CDM碳減排量價格不低于8歐元/t，瓦斯發電項目的碳減排收益與發電上網收益相當;目前，受全球金融危機和歐債危機影響，CDM價格跌至不足1歐元/t，導致部分乏風氧化減排項目停滯或取消。

1.4 構建國內碳交易政策框架形成碳交易市場

中國作為全球“賣碳”大國，由于缺乏國內政策體系，碳交易市場一直都依賴國外市場，國際買家往往到歐洲BlueNext市場及美國證券交易所進行碳交易，這使得中國對碳交易的價格完全沒有話語權。中國政府已經充分意識到這一問題，從2011年開始，正在有序搭建自己的交易體系和政策框架。2011年11月9日，國務院通過《“十二五”控制溫室氣體排放工作方案》，方案要求十二五期間將探索建立碳排放交易市場;11月17日我國出臺了《國務院關于加強環境保護重點工作的意見》，提出推進環境稅費改革，開展排污權交易試點;11月14日，國家發改委在北京召開了國家碳排放交易試點工作啟動會議，北京、廣東、上海、天津、重慶、湖北和深圳七省市被確定為首批碳排放交易試點省市，并提出2013年中國將全面啟動以上區域的總量限制碳排放交易。

2012年9月11日，廣東省碳排放權交易試點正式啟動，中國首例碳排放權配額交易在廣州碳排放交易所完成，這標志著廣東引入市場機制倒逼節能減碳實現新突破。

2 煤層氣利用途徑

在煤炭開采過程中，根據開發的形式不同，煤層氣可以分成3類:地面鉆井抽采煤層氣、煤礦井下抽放瓦斯和礦井通風中排出的風排瓦斯。

地面鉆井抽采的高濃度煤層氣，甲烷濃度大于90%，熱值與天然氣相當，可以長距離管道輸送、壓縮(CNG)和液化(LNG)運輸等多種輸送形式，例如山西晉城、陽泉等地已建成多座煤層氣液化站、壓縮站及長距離輸送管網。

煤礦井下抽采的瓦斯，甲烷濃度一般在5% ～55%，不適宜長距離輸送，主要有以下幾種利用途徑:

途徑一:直接燃燒供熱，用于民用和礦井瓦斯鍋爐等。

途徑二:提純液化，用于汽車燃料、化工生產原料等。

途徑三:建設坑口瓦斯電站發電。

上述3種瓦斯利用途徑中，途徑一是直接燃燒供熱，要求瓦斯濃度＞30%，不含液態水，供氣壓力10～30 kPa，需要設置加壓風機，由于礦井瓦斯鍋爐耗氣量較小，民用具有時段性，該利用途徑不能作為瓦斯的主要利用途徑，通常與其他利用方式相結合，如晉煤集團建有瓦斯輸送管網，供礦井瓦斯鍋爐、民用和瓦斯發電使用，便于協調供氣平衡。途徑二是提純液化，由于煤礦井下抽采的瓦斯濃度一般在5%～55%，液化前需要進行提純，工藝系統復雜，安全性差，成本較高，經濟效益不好，在國內應用不多，目前陽煤和晉煤集團已建有瓦斯提純液化項目。途徑三是建設坑口瓦斯電站發電，是目前國內瓦斯利用較為普遍的方式，若礦井抽放的瓦斯濃度＞30%，則通常選用發電效率高、年運行時間長、維修量少的進口機組，若抽放瓦斯濃度介于8% ～30%，則選用價格便宜、訂貨周期短、對瓦斯品質要求低的國產低濃度瓦斯發電機組，無論是進口機組還是國產機組，技術都比較成熟，在全國各地都有成功使用用戶。

礦井通風中的風排瓦斯量雖巨大，但濃度極低，煤礦安全規程規定甲烷濃度＜0.75%，一般排放濃度均不超過0.50%，目前，主要有直接氧化供熱、作為輔助燃料和與低濃度瓦斯混合后氧化余熱發電3種利用方式。風排瓦斯氧化機組維持自身熱反應的甲烷濃度為0.25% ～0.30%，大于0.30%才能供熱，再加上目前沒有CDM碳減排收益，單純的乏風氧化項目只能為礦井供熱，存在投資大、收益小的問題，很難大面積實施，目前，已建成的只有重慶松藻、山西焦煤東曲礦羊圈港風井和屯蘭礦石家河風井等幾個乏風氧化供熱項目。乏風用作輔助燃料，國外有乏風用作內燃機發電燃燒空氣的項目，國內還正在開展研究工作，未有投產項目。風排瓦斯與井下抽放的低濃度瓦斯混合后氧化余熱發電利用方式是近年來乏風利用的新趨勢，通過低濃度瓦斯與乏風混合，將瓦斯濃度提升至1.0% ～1.2%，再經風排瓦斯氧化機組氧化，回收余熱產生過熱蒸汽，拖動蒸汽輪機發電，輸出電力和熱力，獲得經濟收入，解決了風排瓦斯濃度低難利用、沒有經濟效益及井下抽放8%以下濃度瓦斯不能發電的問題，目前，已建成了陜西彬長和山西高河煤礦乏風氧化發電項目。

由此可見，煤礦抽放的各種濃度瓦斯均可加以利用，技術上能實現煤礦瓦斯零排放。

3 煤層氣利用過程中存在的問題

目前，礦氣產權分離、煤礦建設與瓦斯利用脫離、項目審批手續繁瑣和煤層氣利用相關政策不完善等諸多因素制約瓦斯開發利用。絕大部分煤炭資源采礦區的煤層氣資源礦業權屬于非煤炭企業，礦井井田的煤炭采礦權與煤層氣采氣權分置，嚴重制約煤炭企業“先抽后采”及煤層氣利用的自主性和積極性。大多數煤礦在前期設計、規劃的過程中并未充分考慮配套瓦斯利用項目的實施，后期部分煤層氣項目管道建設等配套工程滯后，下游市場不完善，區域煤礦抽放瓦斯管網未形成，使得瓦斯利用項目受到限制，再加上建設項目審批需編制項目申請報告、可研報告、節能、環保、安全、職業衛生等專篇，并經相關部門審查通過，取得專篇批復意見后，才能通過項目核準。項目審批過程中，由于煤層氣開發利用項目的審批和立項政策暫無統一的標準，各級政府之間、政府各部門之間缺乏有效的協調溝通機制，在項目各種行政許可的辦理政策上尚未統一，審批環節繁瑣。煤層氣產業具有高投入、高風險的特征，國家及地方政府對煤層氣開發利用的補貼偏低，不能激發煤層氣開發利用企業積極性，給煤層氣利用工程項目的立項、審批和實施造成了很大困難，大多數煤礦對抽出的煤層氣利用積極性不高，使得大量瓦斯直接排空，造成資源浪費和環境污染。

4 提高煤層氣利用率的建議

為了充分利用煤層氣這一清潔能源充分利用，一是需要政府部分優化資源配置，深化礦權管理改革，對登記面積大、勘探開發緩慢區塊，建議參照建設用地開發期限規定，予以約束和規范，并結合央企的資源量優勢，促進和鼓勵行業內企業優勢互補、合作共贏，引導采煤和采氣主體間信息溝通和資料共享，協調好同一區域氣、煤項目建設時序銜接和無害化開發。二是加大政策扶持力度，建立健全煤層氣開發利用法規體系，簡化行政審批環節，開辟“綠色通道”，對綜合利用項目在用地、環評等環節上予以便利。三是鼓勵國內外企業及風險投資主體參與煤層氣開發，與大型煤炭企業優先合作開發煤礦生產區及規劃區煤層氣資源。四是整合煤層氣產業的人才資源并吸收、引進高層次人才，構建統一管理、統一配置的煤層氣勘探開發和利用的專業技術團隊。五是鼓勵區域聯網、加大低濃度瓦斯和風排瓦斯利用扶持力度。六是煤礦在前期設計、規劃的過程中，統一考慮瓦斯利用項目用地、電源、水源、生活福利設施等，便于后期瓦斯利用項目的實施，將抽放瓦斯盡早利用，減少資源浪費和環境污染，以提高煤層氣綜合利用率。

5 結語

煤層氣對煤礦安全生產是重大威脅，但加以利用又是優質清潔能源。大力開展煤層氣綜合利用對實現煤礦轉型跨越發展戰略、優化能源結構、發展清潔能源、保障煤礦安全生產、節能減排和保護生態環境具有十分重要的意義。