煤矿开采和煤制天然气技术的探究

程名

摘 要：本文结合煤矿开采现状和煤制天然气技术进行分析探究，指出目前我国能源结构的重要特点和煤制天然气技术的研究进展，基于“富煤贫气”的特点指出该技术的重要性，以供相关人员参考。

关键词：煤矿开采;煤制天然气技术;应用探究

近些年我国一直都在做能源结构调整，导致在所有能源消费中煤炭消费的比例在逐渐下降，即使是这样也不能将煤炭能源的主题地位改变。结合相关专业人士预测，在未来的几十年发展中煤炭在中国能源中消费比例仍然会在60%以上，这就需要对煤矿开采进行有效管理，合理控制开采量和能源使用量。但是大量的煤矿开采会对我国环境造成极大污染，因此基于环保和清洁理念，煤制天然气技术应运而生。该技术可以有效缓解我国的天然气危机，并且也能够在一定程度上推进煤炭行业的快速发展，实现中国能源结构的有效转型。

1 我国煤炭开采现状分析

目前我国的煤矿如果按照主管单位分析可以分为国有煤矿、地方煤矿和乡镇煤矿，各级主管单位的差异导致煤矿建设存在一定的差异性。一般乡镇煤矿由于其规模较小，煤炭资源占据几万吨或者几十万吨，并且机械化水平较低，人工作业量和人工作业强度较大，造成该问题的主要原因就是缺少充足的资金投入[1]。而国有煤矿的机械化设备投入占据90%以上，乡镇煤矿和地方煤矿占据60%左右，这样导致基层煤矿企业的开采效率较低，并且人力成本无法降低，具有较大的安全风险。另外国有煤矿的生产规范也相对比较严格，可以保证施工作业的安全性，降低事故发生的概率。又由于为了促进地方经济发展建设，不能够关闭一些地方煤矿和乡镇煤矿，这样导致三种煤矿会出现长时间并存问题，无法创造出一种良好的煤矿生产环境。

同时由于煤矿生产水平的差异性较大，虽然可以投入资金解决问题，但是资金的使用只是占据小部分，还需要一些先进的科学技术来维持煤矿生产的经济效益。随着环保理念的提升，煤矿开采也被赋予了一定的要求。目前我国煤矿产业在开采过程中存在主要问题有以下四点：第一，粉尘量在空气中的含量逐渐增加，这些粉尘都是由于矿井下的空气收到通风机的作用直接排放到大气中，给当地的空气造成严重的粉尘污染，影响人民的身体健康[2];第二，在煤层被开采之后会使岩层发生移动，导致地表会出现不均匀的下降，很多区域会出现变形沟或者塌陷沟，严重影响周围交通设施和建筑物的建设与应用;第三，一般煤矿开采都在地下几百米左右，在开采之后地下覆岩层会出现很多裂缝，地下水会通过这些裂缝向采空区深处流动，进而使地表植物大量减少，甚至会影响当地的农业产业经济;第四，煤矿开采之后矿山一般都会被搁置和遗留，这些矿山中会产生大量有毒气体，不仅严重污染当地的空气和水源，对于人民的身体健康也有着不良影响。因此在此问题的背景下，急需一种高效、安全、环保和稳定的技术来解决目前我国煤炭开采存在的问题，进而煤制天然气的应用和研究，为我国的能源结构改良做出了突出贡献。

2 煤制天然气技术特点

煤制天然气是指利用气化或者甲烷化等手段对已经开采的原煤进行制作、加工进而形成一种合成天然气的工作过程。对于制作手段不同的煤制天然气而言，其主要的工艺流程也相对不同，但是一般都具有五道工序，备煤、气化、变换、气化以及甲烷化。我国现阶段的煤制天然气都会采取一定的组合方式，例如水煤浆气化、粉煤加压气化以及碎煤加压气化等。其具体的特点主要包含以下两方面。

2.1 煤制天然气是政府发展与企业发展的先决条件

通过调查分析目前对于4*109m3/a规模的煤制天然气项目已经达到3*1010元以上，这样不仅可以带动当地GDP快速增长，还能够使周边一些区域的经济得到有效发展，提升当地人民的综合就业率，提升人均收入水平[3]。另外巨大数量的金额投资也是当地政府拉拢一些重要项目进而促进当地经济发展的重要反噬，一些政府为了吸引更多的投资者，会在很多方面推出措施，例如土地、服务、税收以及煤炭资源等，但是对于企业而言最具有吸引力的还是政府的煤炭资源配置。

2.2 国产技术与相关设备成本减少

目前我国的煤炭行业生产和加工都需要关键的技术和设备，并且对于项目的投资相对较多，其本身的产品财务成本占据的比例较大，如果这些技术和设备都要依靠进口引进的方式，没有国产化设备和技术支持，那么投资方很难接受目前的投资形式。目前中國政府对于先进技术和设备的引进逐渐加大关注力度，随着各个工业行业发展和各项技术的不断提升，各种煤炭行业所使用的进口设备与技术的价格会有所降低，有效的保证了成本的总体经济性[4]。另外由于煤气化是煤炭工业发展的重要产业，同时也是煤制天然气中投资规模最大的核心部分，因此导致气化单元的投资比例占据总装置投资比例的绝大部分。同时还有一种核心技术就是甲烷化技术，但是该技术已经被国外少数企业进行垄断，现阶段我国很多可研人员在研究所和高校也在加大对该技术的研究，并已经取得一定的成绩，有效促进煤制天然气技术的广泛应用。

3 煤制天然气技术分析

3.1 气化煤制天然气技术

我国气化煤制天然气技术已经逐渐向着工业规模化发展，其中包括赛鼎碎煤加压气化技术、西北院多元料浆加压气化和多喷嘴对置式水煤浆气化三种技术：第一，赛鼎工程有限公司开发研制的赛鼎碎煤加压气化技术，在1986年该公司已经将2.8m直径的汽化炉投入到生产使用。现如今已经开发出多种汽化炉设备。其适用于灰熔点较高的褐煤和其他品种煤，采用固态排渣的形式，气化温度低800℃到900℃，但是所产生的废水相对较多，处理成本较高;第二，西北华工研究院开发研制的西北院多元料浆加压气化技术，主要是一种试法气流床加压气化技术，工艺要求较高，包含料浆的制备和气化、灰水处理以及粗煤气的净化等。其重要的经济指标为冷煤气效率约为75%，碳转化率约为98%，有效气（CO+H2）约83%;第三，多喷嘴对置式水煤浆气化技术主要是由华东理工大学、兖矿鲁南化肥厂和中国天辰化学工程公司共同开发，是一种一种多烧嘴下行制气技术，其单炉负荷较大，并且有效气（CO+H2）高大84.9%，热效率达到85%，碳转化率达到98.8%。

3.2 甲烷化技术

目前我国研制煤制天然气甲烷化技术的主要由中科院大连化物所、西南化工研究设计院、中石油和中石化等单位进行自主研究实现的，其中中科院大连化物所在河南进行连续运行了1000h的4800m3/d的煤制天然气甲烷化中试;2012年新疆建成了合成气完全甲烷化系统集成及模式试验系统，全规模为9000m3/d的。现阶段正在研究天然气的甲烷化工艺软件包，规模为13.5亿m3/d。

煤制天然气甲烷化技术在西南化工研究设计院的研制中，其中试规模为48000m3/d，2000h的稳定运行，同时已经完成了天然气的家化工艺软件包，规模为13.3亿m3/a。低温甲烷化催化剂是由中国石化南化集团研究院研究的项目，已经完成其重要的中试试验，规模为150m3/h，3200h的运行时间，同时也已经完成了天然气甲烷化工艺包，规模为13亿m3/a。中国石油在2018年采用甲烷化技术的自主研究，在乌鲁木齐地区的石化公司试验合成气制甲烷化实验装置成功，规模为5000m3/h。

4 结语

结合上文分析，相关政府和煤炭企业应当结合目前国家对于能源的需求和发展规划，明确煤制天然气的重要位置和作用，合理开采煤炭资源，利用先进的煤制天然气气化技术和甲烷化技术解决目前煤炭能源管理中存在的各种问题，进而为中国的能源结构改革和环境改善作出巨大贡献，实现国家对于能源和环境的需求，促进能源的有效利用和环保事业的稳定发展。

参考文献：

[1]赵永昌.煤矿开采技术研究[J].能源与节能，2020（02）：103-104.

[2]伍赛特.煤制天然气技术应用前景展望[J].能源与节能，2019（09）：37-38+44.

[3]马立莉，牟玉强，张志翔，张忠涛，李玉龙，徐显明.煤制天然气技术研究进展[J].精细石油化工进展，2019，20 （04）：23-25.

[4]马超.基于煤制天然气技术发展现状的研究[J].科技风，2019（13）：158.