1、关于加强煤层气和炼焦气资源科学回收和安全利用研究的建议箍薹牛篷关于加强煤层气和炼焦气资源科学回收和安全利用研究的建议水中国科学院学部(北京 100864)关键词煤层气,炼焦气,回收,安全利用近年来,能源及与之相关的环境成为全世界最为关注的热点,各国都从本国的国情出发来解决能源与环境问题.如何有效利用煤层气和炼焦气是最能集中体现能源(资源)和环境综合关联的问题:一方面,两气(煤层气和炼焦气) 是优质的资源(能源); 另一方面,如果不能有效地回收利用,两气又会造成严重的环境污染.与发达国家不同,煤炭一直是我国最主要的能源资源,冈此伴随煤炭生产和再加工的煤层气和炼焦气应成为我国的特色能源资源.目前我
2、国每年因煤炭生产直接排放的煤层气约有 200 亿立方米(折合为纯甲烷), 而因生产焦炭产生的富余炼焦气也在 200 亿立方米左右.一直以来,我国煤层气和炼焦气均未得到有效利用.本建议围绕煤层气和炼焦气资源回收利用的技术状况进行了调查和研讨,得出如下认识:(1) 煤层气数量巨大 ,产地分散,单井规模小,且井下抽采气浓度低并含氧,必须有安全,经济的分离储运技术才能充分合理利用;(2) 炼焦气同样存在产量巨大,产地分散,单元产量较小的特点,同时炼焦气另外一个重要的特点是富氢(50%一本文为咨询报告摘要.咨询研究组成员:中国科学院院士周远,过增元,徐建中,吴承康,陶文铨,谢克昌,研究员王洋,成雪清,金
3、红光,徐恒泳,杜铭华,吴剑峰,教授梁栋,张永发,张子敏,高级工程师张伟收稿日期:2007 年 1O 月 24 日60%),采取合理的分离纯化技术可得到世界上最廉价的氢源,对于我国氢能利用的发展具有重要的意义.对于煤层气和炼焦气的利用技术方案和手段有以下几种:(1) 气体分离后集中利用.采用合适的气体分离技术,从低浓度煤层气中获得甲烷及从炼焦气中获得氢气是两气获得充分和高效利用的有效技术手段.目前可以用于上述两气分离提纯的气体分离技术包括:低温液化分离,变压吸附分离和膜分离等.其中低温液化分离已获得长期的工业规模的应用,广泛应用于空气分离等工业场合:变压吸附在中小型空气分离装置上获得了应用:膜分
4、离技术在工业规模的气体分离应用尚在发展之中.随着技术的发展,新型混合工质节流制冷气体,低温液化分离技术气体分离效率更高,同时规模大小更为灵活,并且能够实现撬装布置,对于煤层气和炼焦气的液化分离十分有利.(2)直接化工转化利用.除采用气体分离技术来实现两气的回收利用外,化工转化利用也是一种技术措施,其中煤层气可以直接化工转化制合成气,生产化肥等;炼焦气可以通过化工转化制甲醇等化工产品.相关技术也在发展当中,并且有一些工程实例.(3)直接燃烧发电.对于炼焦气来讲,目前直接发电的经济效益并不很高;对于煤层气来讲,目前发cOlsllDoE0 口 e.sJ0DE0O口关-j=jj强煤层气和炼焦气资源科学
5、回收和安全利用研究建电机组能够接受的最小甲烷浓度在 30 左右.低于此浓度将无法直接利用.另外由于受各种发电上网条件的限制,现阶段两气直接发电的利用方案发展受限.(4)两种或多种技术手段组合方案.采取低温液化储运高浓度地面抽采煤层气,然后掺混入 20 左右的矿井煤层气,来获得高于 30 浓度的煤层气用于发电或民用燃料,可大大提高煤层气的综合利用率,具有非常好的经济和社会价值.采用非完全氧化转化合成气,在获得新产品的同时可以实现有效脱氧,剩余部分还可以采用低温液化分离方式获得高浓度甲烷,也是一种很好的技术途径.总之,煤层气和炼焦气的回收利用对安全生产和缓解我国日益紧张的环保和能源压力具有重要意义
6、.为加快我国煤层气和炼焦气的回收利用进程,变废为宝,建议:(1)建立煤层气和炼焦气回收利用技术的综合评价体系和标准,并集中力量进行技术攻关.从各技术方案的成熟性,适用性,安全性及经济性等关键技术经济指标来评判各种现有技术的综合性能.并在此基础上组织相关科研力量,进行技术攻关,对具有较强技术经济性(低能耗,低成本和高可靠性)的回收利用技术进行集中研发.(2)在多数情况下选用以小型撬装低温液化分离装置形成“分布式虚拟管网 “.以提高我国煤层气采收利用率.以目前成熟的新型高效低温液化装置形成“分布式虚拟管网“, 液化储运地面抽采高浓度煤层气.用于掺混入低浓度的矿井抽采煤层气.可大大提高煤层气的采收利
7、用率.同时由于高浓度煤层气不含氧气,彻底避免了含氧煤层气液化分离具有的安全隐患.这是目前易实现且具有很高技术经济性的煤层气利用方案.建议有关部门给予大力支持.(3)加强低温液化分离和化工转化相结合的煤层气利用技术的研究,既可实现煤层气的安全回收,又可以得到化工副产品.根据煤层气和炼焦气的分散特点,可移动的化学或物理的回收利用装置具有优势.采用低温液化分离和化工部分氧化转化工艺相结合的技术路线是回收利用煤层气具有较高技术经济性的途径,化工转化在生产化工产品的同时还可实现脱氧;剩余煤层气可通过低温液化分离提纯甲烷,并同时解决煤层气的储运问题.该方案可解决含氧煤层气液化分离的安全问题,具有明显优势,
8、建议政府有关部门大力支持.(4)针对新煤层气源,可因地制宜制定先采气后采煤的回收利用方案.结合具体煤矿条件研究煤层气回收方法和最佳回收产物或产品,针对新煤层气源可因地制宜制定先采气后采煤的回收利用方案:对现有矿井煤层气.可以探索研究直接在矿井下回收瓦斯气的安全,高效和低成本的技术和装置.(5)重视从炼焦气中分离提纯氢气以提升炼焦气综合利用价值.由于炼焦气内富含氢气,从炼焦气内分离提纯氢气,是目前最为廉价的制氢方式,可使我国成为最先获得廉价氢的国家,为我国未来大规模氢能利用提供一种稳定的低成本氢源,并且可以大大提升炼焦企业的产品结构和经济效益.(6)重视对煤层气,炼焦气回收利用技术中安全机理和煤层气低成本的脱氧技术研究.开展煤层气和炼焦气在复杂条件下的爆炸,爆轰以及动态燃爆特性研究.尤其是大温区和压力范围内的煤层气燃爆基础数据测量,例如低温条件下甲烷的燃爆特性.为安全起见,要开展低浓度含氧煤层气的有效回收和利用,低成本的脱氧技术成为关键课题之一,应该加强此方面的研究.
