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1、目录第一章我国煤层气资源现状 第二章煤层气的处理1:煤层气的预处理1）煤层气预处理系统功能要求2）工艺流程及工作原理2:煤层气的液化1）装置的设计条件2）LNG产品技术性能3）装置的物料平衡4）工艺流程描述5）仪表控制系统第三章煤层气的应用1:煤层气的综合利用2:煤层气在生活及化工中的利用第一章我国煤层气资源现状山西省是我国煤层气资源大省。全省含气面积达3.9万平方公 里，2000米以浅的煤层气资源储量约10.39万亿立方米，约占全国 同类煤层气总资源量的三分之一。2004年12月国家发改委批复了中联煤在山西沁水盆地进行煤 层气的开发试验，由此，煤层气的开发便在全国拉开了帷幕。经过 多年的努力
2、，目前山西已经建成全国规模最大的煤层气开发利用基 地；在山西，集中了全国各类煤层气开发主体，从中央到地方，再 到港企、外企及其它民营企业，他们共同推动着山西煤层气开发即 将进入大规模商业化开发的快车道。然而，有发展必然会产生矛盾， 再加上煤层气赋存的特殊地质条件，一直以来，“盲目开发”、 “采煤采气的矿业权纷争”、“体制不顺、监管缺位”等问题在 山西省煤层气开发的过程中表现尤为突出。山西省的煤层气产业堪 称整个中国煤层气产业的缩影。山西煤层气资源：分布集中埋藏浅含气量高在山西省的六大煤田中，除大同煤田属贫甲烷区外，沁水、河 东、西山、霍西、宁武等煤田均有煤层气赋存。山西省煤层气资源赋存特点为：
3、分布集中，93.4%的资源集中分布于沁水煤田和河东 煤田；埋藏浅，易开发，70%的资源分布于埋深1500米以浅的地层;含气量高，94.1%的资源分布于含气量大于8立方米/吨煤的区域，其中甲烷含量的纯度达到98%以上，具有大规模商业化开发的资源条件。（详见图表1山西省煤层气资源分布情况）云康寺山A旧c 0 a 40006 所 E|遇BL用2369.5E，？-：. 1J知木8（后|实胡 jh a kt用4丁 虹立力强，.占 眄宙尊岭 &5 %,苞大爆层气府海璋分布Kt EH言日大亭8 立方诚拘页由福31为 3781 J7 #.廿月事、占RS* 54 5 方 压四爆JH凡,查JS M 4 A iSS
4、Sflfi息里K 1.5* 桔:点 4鼻巳2b* .占FJ笠事呈最朔1中iS M S ft 79数据集涯：山酉雀煤诲工翌-寸一玉肥发展统划十煤小平15CC李立民/剖阁从上世纪90年代以来，为了促进煤层气产业的发展，我国相 继制定颁布了一系列法规政策。如国务院颁布的关于加快煤层气 （煤矿瓦斯）抽采利用的若干意见，国家发改委、财政部和国家税 务总局、国土资源部四部委颁布的关于煤层气（煤矿瓦斯）发电工 作实施意见、关于加快煤层气抽采有关税收政策问题的通知和关于加强煤炭和煤层气资源综合勘查开采管理的通知等。与此 同时，国家还编制了首部煤层气（煤矿瓦斯）抽采利用“十一五” 规划。在2009年年初的全国能
5、源工作会议明确提出，要组织开展 包括煤层气产业发展“十二五”能源建设规划的前期研究与编制 工作，制定和完善相应的法律法规和产业政策。同时还把山西境内 的沁水盆地南部和柳林、河东等区域，确定为整装开发区，力争在 全国建成12个煤层气地面开发利用示范区。据业内权威人士介 绍，自我国从国家层面上关注煤层气开发以来，截至目前，国家已 在山西省境内设置煤层气探矿权29个，总面积约2.5万平方公里。 其中，中石油占14个，总面积约1.3万平方公里；中石化2个， 总面积约1000平方公里；中联煤占11个，总面积约1万平方公 里。煤层气采矿权共4个，总面积近400平方公里。其中，中石油 2个，总面积约250平
6、方公里，中联煤公司1个，面积约51平方公 里。山西煤层气资源已登记的区块基本覆盖了全省所有煤炭规划矿 区。截止目前，山西境内已建成地面煤层气抽采井3000余口，形 成地面抽采能力24亿立方米，钻井和抽采量分别占全国的90%和 40%，是全国最大的煤层气气源地。在井下抽采方面，全省约有170 座矿井均已建成瓦斯抽放系统，其中，地面固定抽放系统120多套， 井下移动抽放系统约为50套，井下瓦斯抽放量达到20亿立方米。 在大规模开发煤层气的同时，诸如瓦斯发电、压缩、液化以及管网 输送等也取得了很大进展。晋城、阳泉两市大部分居民生活用上了 煤层气；经压缩、液化处理的煤层气也已远销于河南、河北等地。 随
7、着各种配套设施的逐步建成和投入使用，煤层气利用率也在逐步 提高，2009年全省煤层气利用率可达40%左右，利用水平在全国处 于领先地位。煤层气俗称“瓦斯”，主要成分是甲烷，是煤层伴生气体。一 种以吸附状态赋存于煤层中的非常规天然气，甲烷含量大于90%,它 是天然气最现实的接替能源.自从20世纪30年代美国在比格郎气 田的匹兹堡煤层先后打出3 口煤层气自流。当矿井内空气甲烷浓度 达到5%至15%时，遇明火便发生爆炸。煤层气爆炸是井下事故 主要原因之一.第二章煤层气的处理一煤层气的预处理为确保燃气内燃机燃料的供应要求，必须对煤层气进行净化预 处理，选择合理预处理系统，以满足内燃发电机组使用要求，保
8、障 机组安全运行。煤层气属于易燃易爆的气体，设计应采用安全第一， 兼顾可靠性、经济性的原则。根据内燃发动机的状态提供合适的流 量、压力，温度，湿度的气体。预处理系统应具备以下功能：1）除湿脱水功能，降低气体水分含量，自动排水。2）过滤功能，降低气体粉尘杂质含量。3）自动增压和超压保护功能，稳定系统气体的出口压力、温度 和流量。4）在线监测、报警功能，保证系统安全可靠的长期运行。5）全自动运行，具备自身数据采集、显示和远程通讯的功能。2工艺流程及工作原理煤层气预处理系统的主要作用是将储气柜来的煤层气进行脱水、除湿、除尘、加压使之满足燃气内燃机进口对瓦斯品质的要求， 同时对煤层气的流量、温度、压力
9、、浓度进行控制，使其适应机组 在各工况下运行的要求。工程实例中机组额定燃气耗量为：8000Nm /h,预处理系统应留有15%富裕能力，则预处理系统设计最大能 力确定为92 Nm /h。煤层气预处理系统主要由过滤分离器、制冷 机组、水泵、冷凝除湿设备、升压风机、精密过滤器、阻火器等组 成，系统工艺流程见图1。各环节工作原理如下：2. 1煤层气的脱水、除湿进入预处理系统的煤层气气体为过饱和状态，相对湿度超过 100%RH，系统采用冷凝脱水、回温降湿的方法进行脱水处理。设计选用风冷式冷水机组，首先制备氟利昂冷冻水，再采用列 管式水一煤层气换热器，将进口温度为常温的煤层气降低到较低的 温度，再通过风机
10、回温，使系统出口温度不大于6OC时，相对湿 度小于60%RH，并在管路出口段取温度信号反馈控制制冷压缩机， 以控制冷冻水在冷凝器中的流量以及换热量，保证供气相对湿度小 于60%RH且温度在10C6OC之间，满足发电机组对进气温度、 湿度的要求。饱和状态的煤层气在水一气换热器中经冷却，从常温降到10% 以下，将有大量的冷凝水析出。经过液气分离器，将液态水与瓦斯 气分离开来，经除湿后的干气进入后续设备；而经分离出的冷凝水 依靠自身的重量汇集在旋风分离器的底部，通过自动疏水器进行自 动排水。2. 2增压、稳压经过脱水、除湿后的煤层气体要求采用罗茨风机进行增压处 理，考虑管路损失，风机出口压力应满足发
11、电机组进口 2535kPa 的压力要求，风机的升压能力达到50kPa即可。系统在管路出口段 取压力信号反馈给风机变频器控制风机转速，以保证供气压力均匀 稳定。罗茨风机采用防爆型电机，为了降低噪声，在风机的出口处 加装消音器，罗茨风机采用独立闭式水冷却系统直接冷却风机，在 风机轴端安装轴温探头用来监测轴温，监测装置具有轴温报警功 能。2. 3除尘、过滤过滤系统包括初效过滤、中效过滤和精密过滤（凝聚过滤）在内 的三级过滤器，逐级过滤煤层气中不同粒径的颗粒物。初效过滤器 主要是将大颗粒的灰尘除去，精度达到101. m；中效过滤与液气分 离器合为一体，内置不锈钢丝网板，对液气分离时产生的泡沫进行 拦截
12、，提高分离效果；精密过滤器（凝聚过滤）可将较小粒径的杂质 除去，精度可达到1I-tm。在三级过滤装置旁均设有旁路系统，以 便故障检修时不影响系统供气。经三级过滤后的含尘粒度和浓度完 全满足发电机组的进气要求。2. 4流量调节罗茨风机作为输送气体风机，选用两用一备，拖动采用变频控 制技术，改变风机转速，以满足在要求的供气压力下发电机组用气 量随发电量变化的要求。正常情况下，两台风机并联运行，一台风 机备用，每台风机的设计出为4000Nm / h，最大出力为4600Nm / h， 适配的电动机功率为150kW。2. 5自动排水系统内的煤层气在管道和设备中遇冷后会产生凝结水，因此在 整个系统的管路和
13、设备中都有汇集凝结水的可能，需要及时予以排 除。系统采用自动疏水器实现自动排水，可实现在线连续排水且无 瓦斯泄漏的功能。整个系统的排水被集中收集，然后排往厂区的排水系统。四工艺流程描述氨压缩撬 块混合冷齐蛭 缩撬块原料气压缩 撬快醇胺脱酸 撬块分子筛脱水 脱汞撬块即气入口液化撬块LNG傩律整个工艺主要分为进口计量系统、原料气压缩系统、醇胺脱酸 系统、分子筛干燥系统、液化冷箱系统、混合冷剂压缩系统及氨压 缩系统。原料气经过进口计量系统以保证恒定的入口气体压力及流量， 通过原料气过滤分离器以脱除原料气中含有的较大颗粒和液体。原 料气压缩系统提高原料气压力，以利于后续的制冷进行。醇胺脱酸 系统和分子
14、筛脱水系统分别将原料气中CO2含量脱除至50ppm、水 含量减小至小于0.5ppm，此时的天然气可进行液化。天然气进入冷 箱前将经过氨预冷，预冷至-21C左右的天然气进入冷箱，利用冷 箱内混合制冷剂释放的大量冷量被液化至LNG，利用压差进入LNG 储罐。氨和混合制冷剂压缩系统进行压缩、制冷循环。4.2进口计量分离系统装置的入口处有一个紧急切断阀，在紧急情况下可以中止向整 个装置供应原料气。原料气将流经一个入口压力控制阀，原料气压 力由该阀门调节至恒定。接着原料气流入过滤分离器以分离所携带 的液体和颗粒。之后是一个压力/温度补偿流量变送器，用于测量 和记录装置的入口气体流量。为了利用原料气的低温
15、，在分离和过 滤后原料气被送入气-气换热器冷却胺洗塔出口气体，由于酸气与 胺液反应生热，该出口气体温度有39C，并且其中含有饱和水。脱 酸气体在进入分子筛脱水系统之前通过原料气冷却会冷凝出45%的 饱和水，并将此部分冷凝水作为胺系统的补充水。4.3原料气压缩系统原料气经过原料气初分离器和精细过滤分离器脱除天然气中 较大液滴和颗粒；经过原料气压缩机的三级压缩，原料气压力增至 约5.9MPa,温度43C。每一级的原料气压缩机前置入口分离器和后 置冷却器，前置入口分离器分离出压缩产生的液滴，后置冷却器降 低压缩后的天然气温度。4.4醇胺脱碳系统CO2最大含量为3.0% （摩尔百分比）原料气首先被送入胺洗塔 的底部，胺洗塔是一个浮阀塔盘式蒸馏塔，气体向上流动与塔内向 下流动的浓度为40% （质量百分比）的CS-2020 MDEA胺溶液直接反 应。气体从胺洗塔的顶部出来，CO2浓度将减至小于50ppm （体积 百分数），同时利用特殊的胺溶液设计，可以把H2S脱除到Wlppm, 满足装置对总硫的要求，出醇胺装置的气体水分为饱和态。对于不同的装置处理量和原料气中CO2不同含量，胺液循环量 有所不同。本套装置中安装有两台100%胺液循环泵。富胺液经由一 个水位调节阀离开胺洗塔底部，经过调节阀时压力会降低，然后进
