煤礦開采和煤制天然氣技術(shù)的探究

程名

摘 要：本文結(jié)合煤礦開采現(xiàn)狀和煤制天然氣技術(shù)進(jìn)行分析探究，指出目前我國能源結(jié)構(gòu)的重要特點(diǎn)和煤制天然氣技術(shù)的研究進(jìn)展，基于“富煤貧氣”的特點(diǎn)指出該技術(shù)的重要性，以供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：煤礦開采;煤制天然氣技術(shù);應(yīng)用探究

近些年我國一直都在做能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，導(dǎo)致在所有能源消費(fèi)中煤炭消費(fèi)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(jié)合相關(guān)專業(yè)人士預(yù)測，在未來的幾十年發(fā)展中煤炭在中國能源中消費(fèi)比例仍然會(huì)在60%以上，這就需要對煤礦開采進(jìn)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(huì)對我國環(huán)境造成極大污染，因此基于環(huán)保和清潔理念，煤制天然氣技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。該技術(shù)可以有效緩解我國的天然氣危機(jī)，并且也能夠在一定程度上推進(jìn)煤炭行業(yè)的快速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)中國能源結(jié)構(gòu)的有效轉(zhuǎn)型。

1 我國煤炭開采現(xiàn)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(xiāng)鎮(zhèn)煤礦，各級主管單位的差異導(dǎo)致煤礦建設(shè)存在一定的差異性。一般鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦由于其規(guī)模較小，煤炭資源占據(jù)幾萬噸或者幾十萬噸，并且機(jī)械化水平較低，人工作業(yè)量和人工作業(yè)強(qiáng)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(jī)械化設(shè)備投入占據(jù)90%以上，鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦和地方煤礦占據(jù)60%左右，這樣導(dǎo)致基層煤礦企業(yè)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(fēng)險(xiǎn)。另外國有煤礦的生產(chǎn)規(guī)范也相對比較嚴(yán)格，可以保證施工作業(yè)的安全性，降低事故發(fā)生的概率。又由于為了促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展建設(shè)，不能夠關(guān)閉一些地方煤礦和鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦，這樣導(dǎo)致三種煤礦會(huì)出現(xiàn)長時(shí)間并存問題，無法創(chuàng)造出一種良好的煤礦生產(chǎn)環(huán)境。

同時(shí)由于煤礦生產(chǎn)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(jù)小部分，還需要一些先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)來維持煤礦生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。隨著環(huán)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(chǎn)業(yè)在開采過程中存在主要問題有以下四點(diǎn)：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(fēng)機(jī)的作用直接排放到大氣中，給當(dāng)?shù)氐目諝庠斐蓢?yán)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(huì)使巖層發(fā)生移動(dòng)，導(dǎo)致地表會(huì)出現(xiàn)不均勻的下降，很多區(qū)域會(huì)出現(xiàn)變形溝或者塌陷溝，嚴(yán)重影響周圍交通設(shè)施和建筑物的建設(shè)與應(yīng)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(huì)出現(xiàn)很多裂縫，地下水會(huì)通過這些裂縫向采空區(qū)深處流動(dòng)，進(jìn)而使地表植物大量減少，甚至?xí)绊懏?dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì);第四，煤礦開采之后礦山一般都會(huì)被擱置和遺留，這些礦山中會(huì)產(chǎn)生大量有毒氣體，不僅嚴(yán)重污染當(dāng)?shù)氐目諝夂退矗瑢τ谌嗣竦纳眢w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(huán)保和穩(wěn)定的技術(shù)來解決目前我國煤炭開采存在的問題，進(jìn)而煤制天然氣的應(yīng)用和研究，為我國的能源結(jié)構(gòu)改良做出了突出貢獻(xiàn)。

2 煤制天然氣技術(shù)特點(diǎn)

煤制天然氣是指利用氣化或者甲烷化等手段對已經(jīng)開采的原煤進(jìn)行制作、加工進(jìn)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(xiàn)階段的煤制天然氣都會(huì)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(diǎn)主要包含以下兩方面。

2.1 煤制天然氣是政府發(fā)展與企業(yè)發(fā)展的先決條件

通過調(diào)查分析目前對于4*109m3/a規(guī)模的煤制天然氣項(xiàng)目已經(jīng)達(dá)到3*1010元以上，這樣不僅可以帶動(dòng)當(dāng)?shù)谿DP快速增長，還能夠使周邊一些區(qū)域的經(jīng)濟(jì)得到有效發(fā)展，提升當(dāng)?shù)厝嗣竦木C合就業(yè)率，提升人均收入水平[3]。另外巨大數(shù)量的金額投資也是當(dāng)?shù)卣瓟n一些重要項(xiàng)目進(jìn)而促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的重要反噬，一些政府為了吸引更多的投資者，會(huì)在很多方面推出措施，例如土地、服務(wù)、稅收以及煤炭資源等，但是對于企業(yè)而言最具有吸引力的還是政府的煤炭資源配置。

2.2 國產(chǎn)技術(shù)與相關(guān)設(shè)備成本減少

目前我國的煤炭行業(yè)生產(chǎn)和加工都需要關(guān)鍵的技術(shù)和設(shè)備，并且對于項(xiàng)目的投資相對較多，其本身的產(chǎn)品財(cái)務(wù)成本占據(jù)的比例較大，如果這些技術(shù)和設(shè)備都要依靠進(jìn)口引進(jìn)的方式，沒有國產(chǎn)化設(shè)備和技術(shù)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(jìn)技術(shù)和設(shè)備的引進(jìn)逐漸加大關(guān)注力度，隨著各個(gè)工業(yè)行業(yè)發(fā)展和各項(xiàng)技術(shù)的不斷提升，各種煤炭行業(yè)所使用的進(jìn)口設(shè)備與技術(shù)的價(jià)格會(huì)有所降低，有效的保證了成本的總體經(jīng)濟(jì)性[4]。另外由于煤氣化是煤炭工業(yè)發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)，同時(shí)也是煤制天然氣中投資規(guī)模最大的核心部分，因此導(dǎo)致氣化單元的投資比例占據(jù)總裝置投資比例的絕大部分。同時(shí)還有一種核心技術(shù)就是甲烷化技術(shù)，但是該技術(shù)已經(jīng)被國外少數(shù)企業(yè)進(jìn)行壟斷，現(xiàn)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(shù)的研究，并已經(jīng)取得一定的成績，有效促進(jìn)煤制天然氣技術(shù)的廣泛應(yīng)用。

3 煤制天然氣技術(shù)分析

3.1 氣化煤制天然氣技術(shù)

我國氣化煤制天然氣技術(shù)已經(jīng)逐漸向著工業(yè)規(guī)模化發(fā)展，其中包括賽鼎碎煤加壓氣化技術(shù)、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(shù)：第一，賽鼎工程有限公司開發(fā)研制的賽鼎碎煤加壓氣化技術(shù)，在1986年該公司已經(jīng)將2.8m直徑的汽化爐投入到生產(chǎn)使用。現(xiàn)如今已經(jīng)開發(fā)出多種汽化爐設(shè)備。其適用于灰熔點(diǎn)較高的褐煤和其他品種煤，采用固態(tài)排渣的形式，氣化溫度低800℃到900℃，但是所產(chǎn)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(fā)研制的西北院多元料漿加壓氣化技術(shù)，主要是一種試法氣流床加壓氣化技術(shù)，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(jīng)濟(jì)指標(biāo)為冷煤氣效率約為75%，碳轉(zhuǎn)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(shù)主要是由華東理工大學(xué)、兗礦魯南化肥廠和中國天辰化學(xué)工程公司共同開發(fā)，是一種一種多燒嘴下行制氣技術(shù)，其單爐負(fù)荷較大，并且有效氣（CO+H2）高大84.9%，熱效率達(dá)到85%，碳轉(zhuǎn)化率達(dá)到98.8%。

3.2 甲烷化技術(shù)

目前我國研制煤制天然氣甲烷化技術(shù)的主要由中科院大連化物所、西南化工研究設(shè)計(jì)院、中石油和中石化等單位進(jìn)行自主研究實(shí)現(xiàn)的，其中中科院大連化物所在河南進(jìn)行連續(xù)運(yùn)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(tǒng)集成及模式試驗(yàn)系統(tǒng)，全規(guī)模為9000m3/d的。現(xiàn)階段正在研究天然氣的甲烷化工藝軟件包，規(guī)模為13.5億m3/d。

煤制天然氣甲烷化技術(shù)在西南化工研究設(shè)計(jì)院的研制中，其中試規(guī)模為48000m3/d，2000h的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)已經(jīng)完成了天然氣的家化工藝軟件包，規(guī)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(tuán)研究院研究的項(xiàng)目，已經(jīng)完成其重要的中試試驗(yàn)，規(guī)模為150m3/h，3200h的運(yùn)行時(shí)間，同時(shí)也已經(jīng)完成了天然氣甲烷化工藝包，規(guī)模為13億m3/a。中國石油在2018年采用甲烷化技術(shù)的自主研究，在烏魯木齊地區(qū)的石化公司試驗(yàn)合成氣制甲烷化實(shí)驗(yàn)裝置成功，規(guī)模為5000m3/h。

4 結(jié)語

結(jié)合上文分析，相關(guān)政府和煤炭企業(yè)應(yīng)當(dāng)結(jié)合目前國家對于能源的需求和發(fā)展規(guī)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(jìn)的煤制天然氣氣化技術(shù)和甲烷化技術(shù)解決目前煤炭能源管理中存在的各種問題，進(jìn)而為中國的能源結(jié)構(gòu)改革和環(huán)境改善作出巨大貢獻(xiàn)，實(shí)現(xiàn)國家對于能源和環(huán)境的需求，促進(jìn)能源的有效利用和環(huán)保事業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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

[4]馬超.基于煤制天然氣技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀的研究[J].科技風(fēng)，2019（13）：158.