探析煤礦開采和煤制天然氣技術(shù)的探究

張慧鵬

摘 要：基于社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，生態(tài)環(huán)境也遭受破壞。因此，我國大力提倡有效使用清潔能源，從而代替高污染能源。從而在維持生態(tài)環(huán)境的前提下，推動我國經(jīng)濟(jì)整體向好的發(fā)展。于是，煤制天然氣技術(shù)引起了人們的關(guān)注。良好的煤制天然氣技術(shù)可以有效提高資源利用率，保證企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。使生態(tài)平衡與經(jīng)濟(jì)發(fā)展能夠達(dá)到供需平衡的狀態(tài)。因此，本文主要分析了煤制天然氣技術(shù)，希望能為相關(guān)人員提供一些參考和幫助。

關(guān)鍵詞：煤制天然氣;工藝技術(shù)

隨著人們生活水平的不斷提高，人們對清潔能源的需求也越來越大。我國天然氣儲量較少，在一定程度上促進(jìn)了煤制天然氣的快速發(fā)展。根據(jù)大量的研究資料，選擇合理的煤制天然氣技術(shù)，能夠使資源得到有效利用。鑒于此，本文主要分析了煤制天然氣技術(shù)，并對煤制天然氣技術(shù)中存在的一些問題和發(fā)展前景做出具體解釋，使人們對甲烷化過程和發(fā)展現(xiàn)狀有了初步了解。

1 我國煤制天然氣技術(shù)發(fā)展中存在的問題

1.1 資源生態(tài)問題

資源生態(tài)問題主要體現(xiàn)在煤制氣的排放上，包括生產(chǎn)用水巨大、天然氣供需矛盾得不到解決，都對我國能源結(jié)構(gòu)構(gòu)成一定威脅。從技術(shù)實(shí)現(xiàn)過程來看，煤制天然氣必然會產(chǎn)生大量的資源生態(tài)問題，帶來大量的二氧化碳，加劇全球變暖問題。結(jié)合我國煤炭的分布情況，西部多東部少，北部多南部少的特點(diǎn)明顯，決定了資源生態(tài)分布與區(qū)域的約束性。此外，水資源短缺和環(huán)境污染壓力是限制煤制天然氣技術(shù)應(yīng)用和推廣的重要原因。

1.2 價(jià)格與市場機(jī)制問題

為促進(jìn)能源宏觀調(diào)控，近年來我國多次調(diào)整天然氣價(jià)格，給煤制氣發(fā)展帶來很大阻力。也就是說，如果煤制天然氣本身的高成本得不到有效補(bǔ)充，往往會打擊企業(yè)的客觀發(fā)展積極性，甚至一些小企業(yè)也會蒙受損失。因此，市場機(jī)制的不完善和價(jià)格控制的不到位直接導(dǎo)致了技術(shù)推廣的困難。2015年，我國經(jīng)濟(jì)總體增速放緩后，替代資源價(jià)格持續(xù)下降，這在很大程度上導(dǎo)致了天然氣經(jīng)濟(jì)性質(zhì)的下降，形成了向穩(wěn)定增長快速發(fā)展的新常態(tài)。

2 我國煤制天然氣技術(shù)的發(fā)展前景

2.1 地方政策支持

煤制天然氣技術(shù)的應(yīng)用離不開地方政府的政策支持。作為地方政府，一方面要順應(yīng)國家政策和基本號召，做好區(qū)域內(nèi)的技術(shù)推廣和銜接工作，落實(shí)地方政策的管控任務(wù)，確保煤制天然氣技術(shù)能夠落到實(shí)處，提高技術(shù)的應(yīng)用和應(yīng)用效果，同時(shí)為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展帶來一定的動力。煤制氣項(xiàng)目本身是一個大型區(qū)域性化工項(xiàng)目，具有環(huán)境容量要求高、產(chǎn)業(yè)布局難度大的特點(diǎn)。同時(shí)對操作人員和技術(shù)人員也有一定的數(shù)量和質(zhì)量要求。在此背景下，我國相關(guān)政府需要妥善處理法律法規(guī)關(guān)系，加強(qiáng)對地方優(yōu)惠政策的支持和出臺，切實(shí)保護(hù)企業(yè)最基本權(quán)益，探索技術(shù)應(yīng)用和推廣條件。

2.2 內(nèi)部研發(fā)

內(nèi)部研發(fā)是企業(yè)實(shí)現(xiàn)技術(shù)改造的重要途徑，我國煤制天然氣技術(shù)推廣效率低下的一個重要原因，是許多化工企業(yè)在技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域非常保守。由于過于注重生產(chǎn)的安全性和適應(yīng)性，往往忽視了技術(shù)創(chuàng)新的效果和影響，降低了技術(shù)的可行性。在進(jìn)行內(nèi)部研發(fā)的過程中，既要考慮到經(jīng)濟(jì)因素、技術(shù)可行性等方面，也要考慮到現(xiàn)階段企業(yè)的技術(shù)研發(fā)實(shí)力。如果企業(yè)自身的研發(fā)力量不足，可以考慮借助外部力量進(jìn)行聯(lián)合研發(fā)，不僅可以提高技術(shù)研發(fā)的效率，而且可以更快地完成技術(shù)研發(fā)的成果和實(shí)際效果，為我國煤制天然氣技術(shù)的應(yīng)用和推廣創(chuàng)造條件。

2.3 產(chǎn)學(xué)研究相結(jié)合

產(chǎn)學(xué)研究相結(jié)合是提高煤制天然氣技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展水平的重要途徑。由于高校擁有大量的技術(shù)研發(fā)資源，同時(shí)也有高水平的實(shí)驗(yàn)室可以進(jìn)行配套和實(shí)驗(yàn)，而企業(yè)本身具有較大的生產(chǎn)規(guī)模和雄厚的資金。通過產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，促進(jìn)技術(shù)改造，同時(shí)促進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步。以高校為平臺進(jìn)行技術(shù)評價(jià)，有效降低財(cái)務(wù)管理風(fēng)險(xiǎn)，提高經(jīng)濟(jì)回報(bào)率。由此可見，產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合是煤制天然氣技術(shù)升級和推廣的重要途徑之一[1]。

3 煤制天然氣技術(shù)總體特征

煤制天然氣是通過利用已經(jīng)完成開采的原煤進(jìn)行氣化處理后獲取天然氣的技術(shù)模式。這種技術(shù)在實(shí)踐過程中能夠?qū)崿F(xiàn)地下氣化，可以對煤進(jìn)行就地處理，所以其應(yīng)用面十分廣泛。當(dāng)前，全球真正投產(chǎn)并能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的煤制天然氣裝置的并不多。我國在這個方面無論是產(chǎn)能還是技術(shù)的先進(jìn)性等方面都具有一定的技術(shù)優(yōu)勢。因此，筆者將從煤制天然氣兩大工藝入手，對煤制天然氣技術(shù)給予說明：

3.1 煤制天然氣工藝

煤制天然氣技術(shù)如今已十分成熟?，F(xiàn)向已投入工業(yè)生產(chǎn)的天然氣生產(chǎn)企業(yè)引進(jìn)國內(nèi)幾種成熟煤技術(shù)和先進(jìn)的氣化技術(shù)。

固定床甲烷化。甲烷化反應(yīng)是一個強(qiáng)放熱反應(yīng)，固定床反應(yīng)器中增加一排管。即使換熱器放出反應(yīng)熱，仍需分步驟進(jìn)行甲烷化，深化多反應(yīng)器反應(yīng)程度，分步放熱，采用多步氣體循環(huán)。這個環(huán)節(jié)是逐步冷卻的。

3.1.1 魯奇煤制天然氣技術(shù)

這是一項(xiàng)成熟的煤制天然氣技術(shù)，已經(jīng)投入工業(yè)生產(chǎn)，采用兩個易失活的絕緣固定床反應(yīng)器，具有理想活性壽命的高鎳催化劑參與反應(yīng)。當(dāng)然，這項(xiàng)技術(shù)已在天然氣項(xiàng)目中得到應(yīng)用。該技術(shù)還用于奧地利維也納石化工業(yè)天然氣試驗(yàn)項(xiàng)目半工業(yè)設(shè)備也已投入試運(yùn)行，多臺設(shè)備已投入長期運(yùn)行表現(xiàn)很理想[2]。

3.1.2 topo煤制天然氣技術(shù)

在這個過程中使用了三個絕熱固定床反應(yīng)器。反應(yīng)器的反應(yīng)溫度有一定的差異，反應(yīng)壓力維持在3MPa。

3.1.3 漿態(tài)床甲烷化工藝

該工藝采用導(dǎo)熱系數(shù)大、熱容大的液體惰性介質(zhì)甲烷化反應(yīng)的熱量迅速釋放，創(chuàng)造了類似于恒溫的反應(yīng)條件，將合成反應(yīng)保持在最佳的動態(tài)化學(xué)平衡狀態(tài)可減少甲烷化反應(yīng)臨界溫度避免了催化劑在高溫反應(yīng)中的失活。本工藝所用反應(yīng)設(shè)備為攪拌槽式反應(yīng)器，反應(yīng)器外部設(shè)有加熱和保護(hù)裝置溫度裝置、內(nèi)冷盤管及配氣裝置、氣液分離器裝置、原料氣體進(jìn)入液體反應(yīng)床后，在液相和全混合流中與催化劑充分接觸溫度控制簡單有效，催化劑選擇性強(qiáng)。

3.2 氣化技術(shù)

煤氣化仍然是煤制天然氣工藝的關(guān)鍵技術(shù)?？梢詼p少煤制天然氣的產(chǎn)量，在一定程度上減少生產(chǎn)成本，緩解生產(chǎn)壓力。同樣，對氣體反應(yīng)的成本和反應(yīng)效率的提高具有重要意義?，F(xiàn)階段氣化技術(shù)相對來說比較成熟。氣化技術(shù)如下：

3.2.1 魯奇粉煤加壓氣化技術(shù)

它是20世紀(jì)30年代出現(xiàn)并采用的第一代煤制天然氣氣化技術(shù)。自上而下以氧氣水蒸氣為氧化劑的自加熱逆流移動床生產(chǎn)方式。料倉送至煤塊，煤塊加入氣化爐干燥、干餾、氣化、燃燒。之后，用刮刀清除爐渣，血氧計(jì)通過噴嘴進(jìn)入氣化爐底部。爐排與逆流煤充分反應(yīng)生成粗煤氣，粗煤氣經(jīng)氣化爐頂排出并連通，通過進(jìn)一步清洗冷卻。

3.2.2 BGL粉煤灰渣氣化技術(shù)

這項(xiàng)技術(shù)是英國天然氣公司和德國Lurgi公司生產(chǎn)的Lurgi的原始4型。該爐的改造是一種固定床加壓氣化技術(shù)，與固態(tài)排渣相比，具有液態(tài)排渣的優(yōu)點(diǎn)。爐渣，反應(yīng)設(shè)備更簡單，爐排由渣池代替，煤從頂部加入，面朝下行過程中，氣流分別干燥、干餾、氣化燃燒，氣化爐通過在氣化爐底部的噴嘴被注入，以保持氣化爐底部處于攪拌和燃燒狀態(tài)爐渣高溫直接熔化，自動流向爐底收集罐，粗煤氣從上部排出。

綜上所述，國家在煤制天然氣方面始終堅(jiān)持科學(xué)規(guī)劃、有序發(fā)展的基本思路和發(fā)展目標(biāo)。國家通過資源和環(huán)境保護(hù)的基本原則，高度重視煤化工高效節(jié)能生產(chǎn)，同時(shí)也要做好污染防治工作，避免農(nóng)業(yè)用水和生活用水出現(xiàn)問題和弊端。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，要注意改善能源短缺問題，注意生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。同時(shí)要放眼未來，做好設(shè)備開發(fā)、能源消耗管理，確保投資利潤分配等方面，最大限度地發(fā)揮技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢和價(jià)值。相信隨著技術(shù)升級和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)改革，未來煤制天然氣產(chǎn)業(yè)也將進(jìn)入快速發(fā)展階段，為我國能源供應(yīng)的發(fā)展創(chuàng)造新的條件。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊波.煤礦采礦工程中的采礦工藝與技術(shù)分析[J].化學(xué)工程與裝備，2019，87（5）：67-68.

[2]王繼新.煤礦采煤技術(shù)與方法的選擇[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2019，34（13）：225-226.