煤礦開采和煤制天然氣技術的探究

程名

摘 要：本文結合煤礦開采現狀和煤制天然氣技術進行分析探究，指出目前我國能源結構的重要特點和煤制天然氣技術的研究進展，基于“富煤貧氣”的特點指出該技術的重要性，以供相關人員參考。

關鍵詞：煤礦開采;煤制天然氣技術;應用探究

近些年我國一直都在做能源結構調整，導致在所有能源消費中煤炭消費的比例在逐漸下降，即使是這樣也不能將煤炭能源的主題地位改變。結合相關專業人士預測，在未來的幾十年發展中煤炭在中國能源中消費比例仍然會在60%以上，這就需要對煤礦開采進行有效管理，合理控制開采量和能源使用量。但是大量的煤礦開采會對我國環境造成極大污染，因此基于環保和清潔理念，煤制天然氣技術應運而生。該技術可以有效緩解我國的天然氣危機，并且也能夠在一定程度上推進煤炭行業的快速發展，實現中國能源結構的有效轉型。

1 我國煤炭開采現狀分析

目前我國的煤礦如果按照主管單位分析可以分為國有煤礦、地方煤礦和鄉鎮煤礦，各級主管單位的差異導致煤礦建設存在一定的差異性。一般鄉鎮煤礦由于其規模較小，煤炭資源占據幾萬噸或者幾十萬噸，并且機械化水平較低，人工作業量和人工作業強度較大，造成該問題的主要原因就是缺少充足的資金投入[1]。而國有煤礦的機械化設備投入占據90%以上，鄉鎮煤礦和地方煤礦占據60%左右，這樣導致基層煤礦企業的開采效率較低，并且人力成本無法降低，具有較大的安全風險。另外國有煤礦的生產規范也相對比較嚴格，可以保證施工作業的安全性，降低事故發生的概率。又由于為了促進地方經濟發展建設，不能夠關閉一些地方煤礦和鄉鎮煤礦，這樣導致三種煤礦會出現長時間并存問題，無法創造出一種良好的煤礦生產環境。

同時由于煤礦生產水平的差異性較大，雖然可以投入資金解決問題，但是資金的使用只是占據小部分，還需要一些先進的科學技術來維持煤礦生產的經濟效益。隨著環保理念的提升，煤礦開采也被賦予了一定的要求。目前我國煤礦產業在開采過程中存在主要問題有以下四點：第一，粉塵量在空氣中的含量逐漸增加，這些粉塵都是由于礦井下的空氣收到通風機的作用直接排放到大氣中，給當地的空氣造成嚴重的粉塵污染，影響人民的身體健康[2];第二，在煤層被開采之后會使巖層發生移動，導致地表會出現不均勻的下降，很多區域會出現變形溝或者塌陷溝，嚴重影響周圍交通設施和建筑物的建設與應用;第三，一般煤礦開采都在地下幾百米左右，在開采之后地下覆巖層會出現很多裂縫，地下水會通過這些裂縫向采空區深處流動，進而使地表植物大量減少，甚至會影響當地的農業產業經濟;第四，煤礦開采之后礦山一般都會被擱置和遺留，這些礦山中會產生大量有毒氣體，不僅嚴重污染當地的空氣和水源，對于人民的身體健康也有著不良影響。因此在此問題的背景下，急需一種高效、安全、環保和穩定的技術來解決目前我國煤炭開采存在的問題，進而煤制天然氣的應用和研究，為我國的能源結構改良做出了突出貢獻。

2 煤制天然氣技術特點

煤制天然氣是指利用氣化或者甲烷化等手段對已經開采的原煤進行制作、加工進而形成一種合成天然氣的工作過程。對于制作手段不同的煤制天然氣而言，其主要的工藝流程也相對不同，但是一般都具有五道工序，備煤、氣化、變換、氣化以及甲烷化。我國現階段的煤制天然氣都會采取一定的組合方式，例如水煤漿氣化、粉煤加壓氣化以及碎煤加壓氣化等。其具體的特點主要包含以下兩方面。

2.1 煤制天然氣是政府發展與企業發展的先決條件

通過調查分析目前對于4*109m3/a規模的煤制天然氣項目已經達到3*1010元以上，這樣不僅可以帶動當地GDP快速增長，還能夠使周邊一些區域的經濟得到有效發展，提升當地人民的綜合就業率，提升人均收入水平[3]。另外巨大數量的金額投資也是當地政府拉攏一些重要項目進而促進當地經濟發展的重要反噬，一些政府為了吸引更多的投資者，會在很多方面推出措施，例如土地、服務、稅收以及煤炭資源等，但是對于企業而言最具有吸引力的還是政府的煤炭資源配置。

2.2 國產技術與相關設備成本減少

目前我國的煤炭行業生產和加工都需要關鍵的技術和設備，并且對于項目的投資相對較多，其本身的產品財務成本占據的比例較大，如果這些技術和設備都要依靠進口引進的方式，沒有國產化設備和技術支持，那么投資方很難接受目前的投資形式。目前中國政府對于先進技術和設備的引進逐漸加大關注力度，隨著各個工業行業發展和各項技術的不斷提升，各種煤炭行業所使用的進口設備與技術的價格會有所降低，有效的保證了成本的總體經濟性[4]。另外由于煤氣化是煤炭工業發展的重要產業，同時也是煤制天然氣中投資規模最大的核心部分，因此導致氣化單元的投資比例占據總裝置投資比例的絕大部分。同時還有一種核心技術就是甲烷化技術，但是該技術已經被國外少數企業進行壟斷，現階段我國很多可研人員在研究所和高校也在加大對該技術的研究，并已經取得一定的成績，有效促進煤制天然氣技術的廣泛應用。

3 煤制天然氣技術分析

3.1 氣化煤制天然氣技術

我國氣化煤制天然氣技術已經逐漸向著工業規模化發展，其中包括賽鼎碎煤加壓氣化技術、西北院多元料漿加壓氣化和多噴嘴對置式水煤漿氣化三種技術：第一，賽鼎工程有限公司開發研制的賽鼎碎煤加壓氣化技術，在1986年該公司已經將2.8m直徑的汽化爐投入到生產使用。現如今已經開發出多種汽化爐設備。其適用于灰熔點較高的褐煤和其他品種煤，采用固態排渣的形式，氣化溫度低800℃到900℃，但是所產生的廢水相對較多，處理成本較高;第二，西北華工研究院開發研制的西北院多元料漿加壓氣化技術，主要是一種試法氣流床加壓氣化技術，工藝要求較高，包含料漿的制備和氣化、灰水處理以及粗煤氣的凈化等。其重要的經濟指標為冷煤氣效率約為75%，碳轉化率約為98%，有效氣（CO+H2）約83%;第三，多噴嘴對置式水煤漿氣化技術主要是由華東理工大學、兗礦魯南化肥廠和中國天辰化學工程公司共同開發，是一種一種多燒嘴下行制氣技術，其單爐負荷較大，并且有效氣（CO+H2）高大84.9%，熱效率達到85%，碳轉化率達到98.8%。

3.2 甲烷化技術

目前我國研制煤制天然氣甲烷化技術的主要由中科院大連化物所、西南化工研究設計院、中石油和中石化等單位進行自主研究實現的，其中中科院大連化物所在河南進行連續運行了1000h的4800m3/d的煤制天然氣甲烷化中試;2012年新疆建成了合成氣完全甲烷化系統集成及模式試驗系統，全規模為9000m3/d的。現階段正在研究天然氣的甲烷化工藝軟件包，規模為13.5億m3/d。

煤制天然氣甲烷化技術在西南化工研究設計院的研制中，其中試規模為48000m3/d，2000h的穩定運行，同時已經完成了天然氣的家化工藝軟件包，規模為13.3億m3/a。低溫甲烷化催化劑是由中國石化南化集團研究院研究的項目，已經完成其重要的中試試驗，規模為150m3/h，3200h的運行時間，同時也已經完成了天然氣甲烷化工藝包，規模為13億m3/a。中國石油在2018年采用甲烷化技術的自主研究，在烏魯木齊地區的石化公司試驗合成氣制甲烷化實驗裝置成功，規模為5000m3/h。

4 結語

結合上文分析，相關政府和煤炭企業應當結合目前國家對于能源的需求和發展規劃，明確煤制天然氣的重要位置和作用，合理開采煤炭資源，利用先進的煤制天然氣氣化技術和甲烷化技術解決目前煤炭能源管理中存在的各種問題，進而為中國的能源結構改革和環境改善作出巨大貢獻，實現國家對于能源和環境的需求，促進能源的有效利用和環保事業的穩定發展。

參考文獻：

[1]趙永昌.煤礦開采技術研究[J].能源與節能，2020（02）：103-104.

[2]伍賽特.煤制天然氣技術應用前景展望[J].能源與節能，2019（09）：37-38+44.

[3]馬立莉，牟玉強，張志翔，張忠濤，李玉龍，徐顯明.煤制天然氣技術研究進展[J].精細石油化工進展，2019，20 （04）：23-25.

[4]馬超.基于煤制天然氣技術發展現狀的研究[J].科技風，2019（13）：158.