煤層氣(煤礦瓦斯)綜合利用途徑及現(xiàn)狀分析

羅申國(guó)

(煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030001)

煤層氣(煤礦瓦斯)是指賦存在煤層中以甲烷為主要成分，以吸附在煤基質(zhì)顆粒表面為主、部分游離于煤孔隙中或溶解于煤層水中的烴類氣體，是煤的伴生礦產(chǎn)資源，屬非常規(guī)天然氣，是近一二十年在國(guó)際上興起的潔凈、優(yōu)質(zhì)能源和化工原料。我國(guó)埋深2 000 m以內(nèi)淺煤層氣地質(zhì)資源量約36.81萬(wàn)億m3，居世界第3位，煤層氣資源相當(dāng)豐富。

1 煤層氣(煤礦瓦斯)利用現(xiàn)狀

1.1 煤層氣利用量和利用率顯著提高

近年來(lái)，政府部門制定了一系列有關(guān)煤層氣政策措施，強(qiáng)力推進(jìn)煤層氣開發(fā)利用，使煤層氣利用范圍不斷拓展，廣泛應(yīng)用于城市民用、汽車燃料、工業(yè)燃料、瓦斯發(fā)電等領(lǐng)域，抽采利用量逐年大幅度提升，大批瓦斯電廠、乏風(fēng)氧化供熱和發(fā)電試點(diǎn)項(xiàng)目、提純工廠、液化站、壓縮站和集輸管道建成投產(chǎn)。預(yù)計(jì)到“十二五”末，煤層氣利用量將達(dá)到84億m3/年，利用率達(dá)60%以上;民用超過(guò)320萬(wàn)戶，瓦斯發(fā)電廠總裝機(jī)容量超過(guò)285萬(wàn)kW，相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1 016萬(wàn)t，減排二氧化碳12 600萬(wàn)t，一年的利用量就與“十一五”期間的總利用量持平?？梢?，煤層氣利用量逐年增加，利用率顯著提高，節(jié)能減排效果明顯。

1.2 煤層氣(煤礦瓦斯)利用政策框架初步形成

國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于進(jìn)一步加快煤層氣抽采利用的意見》(國(guó)辦發(fā)〔2013〕93號(hào))，國(guó)家能源局印發(fā)了《煤層氣勘探開發(fā)行動(dòng)計(jì)劃》(國(guó)能煤炭〔2015〕34號(hào))，山西省人民政府出臺(tái)了《關(guān)于加快推進(jìn)煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干意見》(晉政發(fā)〔2013〕31號(hào))，有關(guān)部門出臺(tái)了煤炭生產(chǎn)安全費(fèi)用提取、煤層氣抽采利用企業(yè)稅費(fèi)減免、財(cái)政補(bǔ)貼、瓦斯發(fā)電上網(wǎng)及加價(jià)、人才培養(yǎng)等扶持政策，初步形成了煤層氣開發(fā)利用政策框架。各企業(yè)開發(fā)利用煤層氣，中央財(cái)政補(bǔ)貼0.2元/m3，煤層氣發(fā)電上網(wǎng)補(bǔ)貼后電價(jià)0.509元/kWh，初步建立了煤層氣勘探、開發(fā)、安全等標(biāo)準(zhǔn)體系，發(fā)布了低濃度瓦斯輸送和利用等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 CDM遭遇歷史低谷，乏風(fēng)氧化項(xiàng)目受挫

瓦斯發(fā)電項(xiàng)目符合清潔發(fā)展機(jī)制(CDM)要求，可以申報(bào)CDM項(xiàng)目，獲得碳減排收益。從2005年開始，CDM在我國(guó)迅速發(fā)展，截至2011年6月底，中國(guó)政府共批準(zhǔn)3 051個(gè)清潔發(fā)展機(jī)制項(xiàng)目，其中455個(gè)成功簽發(fā)，中國(guó)CDM項(xiàng)目的數(shù)量和年減排量居世界第一。當(dāng)初，國(guó)家發(fā)改委規(guī)定CDM碳減排量?jī)r(jià)格不低于8歐元/t，瓦斯發(fā)電項(xiàng)目的碳減排收益與發(fā)電上網(wǎng)收益相當(dāng);目前，受全球金融危機(jī)和歐債危機(jī)影響，CDM價(jià)格跌至不足1歐元/t，導(dǎo)致部分乏風(fēng)氧化減排項(xiàng)目停滯或取消。

1.4 構(gòu)建國(guó)內(nèi)碳交易政策框架形成碳交易市場(chǎng)

中國(guó)作為全球“賣碳”大國(guó)，由于缺乏國(guó)內(nèi)政策體系，碳交易市場(chǎng)一直都依賴國(guó)外市場(chǎng)，國(guó)際買家往往到歐洲BlueNext市場(chǎng)及美國(guó)證券交易所進(jìn)行碳交易，這使得中國(guó)對(duì)碳交易的價(jià)格完全沒(méi)有話語(yǔ)權(quán)。中國(guó)政府已經(jīng)充分意識(shí)到這一問(wèn)題，從2011年開始，正在有序搭建自己的交易體系和政策框架。2011年11月9日，國(guó)務(wù)院通過(guò)《“十二五”控制溫室氣體排放工作方案》，方案要求十二五期間將探索建立碳排放交易市場(chǎng);11月17日我國(guó)出臺(tái)了《國(guó)務(wù)院關(guān)于加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)工作的意見》，提出推進(jìn)環(huán)境稅費(fèi)改革，開展排污權(quán)交易試點(diǎn);11月14日，國(guó)家發(fā)改委在北京召開了國(guó)家碳排放交易試點(diǎn)工作啟動(dòng)會(huì)議，北京、廣東、上海、天津、重慶、湖北和深圳七省市被確定為首批碳排放交易試點(diǎn)省市，并提出2013年中國(guó)將全面啟動(dòng)以上區(qū)域的總量限制碳排放交易。

2012年9月11日，廣東省碳排放權(quán)交易試點(diǎn)正式啟動(dòng)，中國(guó)首例碳排放權(quán)配額交易在廣州碳排放交易所完成，這標(biāo)志著廣東引入市場(chǎng)機(jī)制倒逼節(jié)能減碳實(shí)現(xiàn)新突破。

2 煤層氣利用途徑

在煤炭開采過(guò)程中，根據(jù)開發(fā)的形式不同，煤層氣可以分成3類:地面鉆井抽采煤層氣、煤礦井下抽放瓦斯和礦井通風(fēng)中排出的風(fēng)排瓦斯。

地面鉆井抽采的高濃度煤層氣，甲烷濃度大于90%，熱值與天然氣相當(dāng)，可以長(zhǎng)距離管道輸送、壓縮(CNG)和液化(LNG)運(yùn)輸?shù)榷喾N輸送形式，例如山西晉城、陽(yáng)泉等地已建成多座煤層氣液化站、壓縮站及長(zhǎng)距離輸送管網(wǎng)。

煤礦井下抽采的瓦斯，甲烷濃度一般在5% ～55%，不適宜長(zhǎng)距離輸送，主要有以下幾種利用途徑:

途徑一:直接燃燒供熱，用于民用和礦井瓦斯鍋爐等。

途徑二:提純液化，用于汽車燃料、化工生產(chǎn)原料等。

途徑三:建設(shè)坑口瓦斯電站發(fā)電。

上述3種瓦斯利用途徑中，途徑一是直接燃燒供熱，要求瓦斯?jié)舛龋?0%，不含液態(tài)水，供氣壓力10～30 kPa，需要設(shè)置加壓風(fēng)機(jī)，由于礦井瓦斯鍋爐耗氣量較小，民用具有時(shí)段性，該利用途徑不能作為瓦斯的主要利用途徑，通常與其他利用方式相結(jié)合，如晉煤集團(tuán)建有瓦斯輸送管網(wǎng)，供礦井瓦斯鍋爐、民用和瓦斯發(fā)電使用，便于協(xié)調(diào)供氣平衡。途徑二是提純液化，由于煤礦井下抽采的瓦斯?jié)舛纫话阍?%～55%，液化前需要進(jìn)行提純，工藝系統(tǒng)復(fù)雜，安全性差，成本較高，經(jīng)濟(jì)效益不好，在國(guó)內(nèi)應(yīng)用不多，目前陽(yáng)煤和晉煤集團(tuán)已建有瓦斯提純液化項(xiàng)目。途徑三是建設(shè)坑口瓦斯電站發(fā)電，是目前國(guó)內(nèi)瓦斯利用較為普遍的方式，若礦井抽放的瓦斯?jié)舛龋?0%，則通常選用發(fā)電效率高、年運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、維修量少的進(jìn)口機(jī)組，若抽放瓦斯?jié)舛冉橛?% ～30%，則選用價(jià)格便宜、訂貨周期短、對(duì)瓦斯品質(zhì)要求低的國(guó)產(chǎn)低濃度瓦斯發(fā)電機(jī)組，無(wú)論是進(jìn)口機(jī)組還是國(guó)產(chǎn)機(jī)組，技術(shù)都比較成熟，在全國(guó)各地都有成功使用用戶。

礦井通風(fēng)中的風(fēng)排瓦斯量雖巨大，但濃度極低，煤礦安全規(guī)程規(guī)定甲烷濃度＜0.75%，一般排放濃度均不超過(guò)0.50%，目前，主要有直接氧化供熱、作為輔助燃料和與低濃度瓦斯混合后氧化余熱發(fā)電3種利用方式。風(fēng)排瓦斯氧化機(jī)組維持自身熱反應(yīng)的甲烷濃度為0.25% ～0.30%，大于0.30%才能供熱，再加上目前沒(méi)有CDM碳減排收益，單純的乏風(fēng)氧化項(xiàng)目只能為礦井供熱，存在投資大、收益小的問(wèn)題，很難大面積實(shí)施，目前，已建成的只有重慶松藻、山西焦煤東曲礦羊圈港風(fēng)井和屯蘭礦石家河風(fēng)井等幾個(gè)乏風(fēng)氧化供熱項(xiàng)目。乏風(fēng)用作輔助燃料，國(guó)外有乏風(fēng)用作內(nèi)燃機(jī)發(fā)電燃燒空氣的項(xiàng)目，國(guó)內(nèi)還正在開展研究工作，未有投產(chǎn)項(xiàng)目。風(fēng)排瓦斯與井下抽放的低濃度瓦斯混合后氧化余熱發(fā)電利用方式是近年來(lái)乏風(fēng)利用的新趨勢(shì)，通過(guò)低濃度瓦斯與乏風(fēng)混合，將瓦斯?jié)舛忍嵘?.0% ～1.2%，再經(jīng)風(fēng)排瓦斯氧化機(jī)組氧化，回收余熱產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽，拖動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電，輸出電力和熱力，獲得經(jīng)濟(jì)收入，解決了風(fēng)排瓦斯?jié)舛鹊碗y利用、沒(méi)有經(jīng)濟(jì)效益及井下抽放8%以下濃度瓦斯不能發(fā)電的問(wèn)題，目前，已建成了陜西彬長(zhǎng)和山西高河煤礦乏風(fēng)氧化發(fā)電項(xiàng)目。

由此可見，煤礦抽放的各種濃度瓦斯均可加以利用，技術(shù)上能實(shí)現(xiàn)煤礦瓦斯零排放。

3 煤層氣利用過(guò)程中存在的問(wèn)題

目前，礦氣產(chǎn)權(quán)分離、煤礦建設(shè)與瓦斯利用脫離、項(xiàng)目審批手續(xù)繁瑣和煤層氣利用相關(guān)政策不完善等諸多因素制約瓦斯開發(fā)利用。絕大部分煤炭資源采礦區(qū)的煤層氣資源礦業(yè)權(quán)屬于非煤炭企業(yè)，礦井井田的煤炭采礦權(quán)與煤層氣采氣權(quán)分置，嚴(yán)重制約煤炭企業(yè)“先抽后采”及煤層氣利用的自主性和積極性。大多數(shù)煤礦在前期設(shè)計(jì)、規(guī)劃的過(guò)程中并未充分考慮配套瓦斯利用項(xiàng)目的實(shí)施，后期部分煤層氣項(xiàng)目管道建設(shè)等配套工程滯后，下游市場(chǎng)不完善，區(qū)域煤礦抽放瓦斯管網(wǎng)未形成，使得瓦斯利用項(xiàng)目受到限制，再加上建設(shè)項(xiàng)目審批需編制項(xiàng)目申請(qǐng)報(bào)告、可研報(bào)告、節(jié)能、環(huán)保、安全、職業(yè)衛(wèi)生等專篇，并經(jīng)相關(guān)部門審查通過(guò)，取得專篇批復(fù)意見后，才能通過(guò)項(xiàng)目核準(zhǔn)。項(xiàng)目審批過(guò)程中，由于煤層氣開發(fā)利用項(xiàng)目的審批和立項(xiàng)政策暫無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各級(jí)政府之間、政府各部門之間缺乏有效的協(xié)調(diào)溝通機(jī)制，在項(xiàng)目各種行政許可的辦理政策上尚未統(tǒng)一，審批環(huán)節(jié)繁瑣。煤層氣產(chǎn)業(yè)具有高投入、高風(fēng)險(xiǎn)的特征，國(guó)家及地方政府對(duì)煤層氣開發(fā)利用的補(bǔ)貼偏低，不能激發(fā)煤層氣開發(fā)利用企業(yè)積極性，給煤層氣利用工程項(xiàng)目的立項(xiàng)、審批和實(shí)施造成了很大困難，大多數(shù)煤礦對(duì)抽出的煤層氣利用積極性不高，使得大量瓦斯直接排空，造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。

4 提高煤層氣利用率的建議

為了充分利用煤層氣這一清潔能源充分利用，一是需要政府部分優(yōu)化資源配置，深化礦權(quán)管理改革，對(duì)登記面積大、勘探開發(fā)緩慢區(qū)塊，建議參照建設(shè)用地開發(fā)期限規(guī)定，予以約束和規(guī)范，并結(jié)合央企的資源量?jī)?yōu)勢(shì)，促進(jìn)和鼓勵(lì)行業(yè)內(nèi)企業(yè)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、合作共贏，引導(dǎo)采煤和采氣主體間信息溝通和資料共享，協(xié)調(diào)好同一區(qū)域氣、煤項(xiàng)目建設(shè)時(shí)序銜接和無(wú)害化開發(fā)。二是加大政策扶持力度，建立健全煤層氣開發(fā)利用法規(guī)體系，簡(jiǎn)化行政審批環(huán)節(jié)，開辟“綠色通道”，對(duì)綜合利用項(xiàng)目在用地、環(huán)評(píng)等環(huán)節(jié)上予以便利。三是鼓勵(lì)國(guó)內(nèi)外企業(yè)及風(fēng)險(xiǎn)投資主體參與煤層氣開發(fā)，與大型煤炭企業(yè)優(yōu)先合作開發(fā)煤礦生產(chǎn)區(qū)及規(guī)劃區(qū)煤層氣資源。四是整合煤層氣產(chǎn)業(yè)的人才資源并吸收、引進(jìn)高層次人才，構(gòu)建統(tǒng)一管理、統(tǒng)一配置的煤層氣勘探開發(fā)和利用的專業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)。五是鼓勵(lì)區(qū)域聯(lián)網(wǎng)、加大低濃度瓦斯和風(fēng)排瓦斯利用扶持力度。六是煤礦在前期設(shè)計(jì)、規(guī)劃的過(guò)程中，統(tǒng)一考慮瓦斯利用項(xiàng)目用地、電源、水源、生活福利設(shè)施等，便于后期瓦斯利用項(xiàng)目的實(shí)施，將抽放瓦斯盡早利用，減少資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，以提高煤層氣綜合利用率。

5 結(jié)語(yǔ)

煤層氣對(duì)煤礦安全生產(chǎn)是重大威脅，但加以利用又是優(yōu)質(zhì)清潔能源。大力開展煤層氣綜合利用對(duì)實(shí)現(xiàn)煤礦轉(zhuǎn)型跨越發(fā)展戰(zhàn)略、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、發(fā)展清潔能源、保障煤礦安全生產(chǎn)、節(jié)能減排和保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有十分重要的意義。