浅谈煤矿低浓度瓦斯脱氧提浓生产CNG/LNG工艺

傅 强

（淮浙煤电公司顾北煤矿，安徽 凤台 232000）

煤矿低浓度瓦斯脱氧提浓生产CNG或LNG工艺主要利用专用吸附剂DKT-612（脱氧）、DKT-611（脱氮）以及一整套工艺安全保障装置，提纯工艺已在山西省昔阳县寺家庄成功应用。

一、提纯工艺的安全保障

工艺装置和吸附剂安全保障:整个工艺存在安全隐患的装置主要有吸附塔、输送管道、缓冲罐以及压缩机。对于吸附塔的安全保障，采用具有静电良导体、导热性的无尘化专用吸附剂，防止静电的产生，并及时将塔内可能意外因素产生的热量转移，使之能力完全低于甲烷的点火能，消除可燃气体燃烧与爆炸三要素之一，从而防止并抑制爆炸发生，同时因专用吸附剂可转移外部气体局部燃爆所产生的热量，使气体燃爆链式传递中断，起到隔爆的功能。对于输送管道和缓冲罐的安全保障，采用了具有良好导电、导热性的特殊多孔材料充满管道和缓冲罐，并在管道上间隔一定距离加装专用抑爆材料，在管道上还增加泄爆设施，利用此多重保险保证该部分装置的安全。对于压缩机的安全保障，采用无摩擦生热及金属碰击不产生火花的特殊专用压缩机，并在工艺设计上使被压缩煤层气中的甲烷及氧气浓度尽量远离其爆炸限范围，从而使压缩机工作于安全条件下。

二、提纯工艺技术特点

本技术采用具有自主知识产权的专用吸附剂DKT-612、DKT-611以及一整套工艺安全保障措施，具有瓦斯甲烷浓度和流量波动适应性强、甲烷收率高、能耗低、流程简单、自动化程度高、投资低、经济效益好、竞争力强的特点，适合大规模工业化推广应用。目前该技术处于国际领先地位，在我国的大规模推广应用将有利于加快“气化中国”目标的实现，推动煤炭城市的生态转型。

三、提纯工艺的前景

利用本技术建成工业装置投产后的产品为CNG（压缩天然气）和LNG（液化天然气），其对应的市场主要为城镇居民燃气、交通运输燃料（公交车、出租车等）、工业燃料和化工原料等，完全符合国家能源结构优化战略要求。在城镇居民燃气市场方面，常规天然气的供需矛盾突出，全国范围内冬季连年出现“气荒现象”。在交通运输燃料市场方面，全国范围内主要城市已形成了一定规模的天然气汽车用气市场，但受限于CNG和LNG供给量严重不足，其规模仍很小，目前还仅是公交车和出租车在使用，而本技术提供的产品CNG/LNG将极大推动清洁能源汽车市场的繁荣发展。在工业燃料和化工原料市场方面，我国工业能源消费结构极不合理，较多地区仍以传统的煤炭消费为主，在国家生态转型战略要求的强烈驱使下，对于天然气这种安全可靠、绿色环保、经济高效的清洁能源需求量必将猛增。因此，本技术应用生产的产品CNG/LNG具有十分广阔的市场前景。

四、提纯工艺的效益分析

根据国家能源局发布的煤层气（煤矿瓦斯）开发利用“十二五”规划，2015年煤层气（煤矿瓦斯）产量将达到300亿m3。本效益分析的基础是假设50%的煤矿瓦斯（150亿m3）采用本技术加以回收利用，其中单套CNG装置的规模以1500万Nm3/年计，总投资0.6亿元，单套LNG装置的规模以5万吨/年（折合纯甲烷量7500万Nm3）计，总投资3.3亿元，该投资以煤矿瓦斯气中甲烷浓度为20vol%计。

1、社会效益：本技术通过利用我国丰富的煤矿低浓度瓦斯资源生产制得优质高效清洁的CNG和LNG产品，不但可从根本上预防和避免煤矿瓦斯事故，而且实现变废为宝的双重目的。将此技术工业化应用的投资建设将极大带动相关产业经济（包括生产、制造、技术服务业等）的发展，同时建成后将直接带动4万人以上的就业。另一方面，本技术为居民生产生活、交通运输、工业生产提供CNG和LNG产品，可极大缓解天然气“气荒”现象，而且减少我国天然气进口量，节约外汇369～382.5亿元（以2012年1～11月管道气进口到岸均价2.46元/ m3和LNG到岸均价2.55元/m3计），150亿的天然气相当于1350万吨油当量（根据BP世界能源统计计算公式：10亿m3天然气×0.9=100万吨油当量），从而一定程度上降低我国石油对外依存度，同时利用该产品对我国能源结构优化起到重要推动作用，必然将加快“气化中国”的建设，实现煤炭城市的生态转型，具有重要的现实意义和战略意义。

2、经济效益：山西瑞阳建成了世界上首套煤矿低浓度瓦斯提浓生产CNG工业装置，对该装置的实际成本核算结果表明，在原料气甲烷浓度为25～35vol%的条件下，CNG生产成本为1.0元/Nm3，LNG生产成本预计约为1.5元/Nm3，若原料气甲烷浓度为20vol%或10vol%的条件下，相应的CNG和LNG生产成本增加0.2～0.4元/Nm3。以原料气甲烷浓度20vol%为例，CNG平均出厂价格以2.5元/ Nm3计，LNG平均出厂价以3.5元/ Nm3计，则对于CNG可实现利税1.5元/Nm3，LNG可实现利税2.0元/Nm3。按有关政策利用150亿m3煤矿低浓度瓦斯计算，提浓生产CNG或LNG产品可分别实现利税225亿元和300亿元，经济效益好，赢利能力强，投资回收期短。

结语：煤矿低浓度瓦斯脱氧提纯制CNG/LNG技术采用专用吸附剂DKT-612（脱氧）、DKT-611（脱氮）以及一整套工艺安全保障措施，利用我国丰富的低浓度煤矿瓦斯提浓生产CNG或LNG，可实现煤矿安全和社会经济生态效益的双赢。如能利用本技术建成工业化装置，将为居民生产生活、交通运输、工业生产提供优质高效清洁能源，缓解我国能源紧张，降低石油和天然气对外依存度，推动能源结构的优化，促进“气化中国的建设，实现国内煤炭城市的生态转型和发展。

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