山西煤层气资源综合开发利用研究.doc

山西煤层气综合开发利用研究 目 录 一、煤层气的成因及逸散规律 1 1、煤层气的成因 1 2、煤层气藏的条件 4 3、煤层气逸散规律 4 二、山西省煤层气资源情况 8 1、山西煤层气资源量概况 8 2、煤层气资源的分布特征 8 三、煤层气（煤矿瓦斯）是一把双刃剑 10 1、温室效应的罪魁祸首 10 2、煤矿安全的最大隐患 10 3、清洁能源的重要组成 11 4、市场前景的巨大潜力 12 四、山西省主要矿区乏风排放煤层气情况 13 1、晋煤集团 14 2、阳煤集团 16 3、焦煤集团 18 五.国际国内乏风气利用情况 19 1、国外乏风利用情况 19 2、国内乏风利用情况 21 2.1 胜动集团通风瓦斯氧化技术 21 2.2 告成煤矿通风瓦斯发电项目 22 六、矿井乏风（VAM）技术开发 22 1、VAM的物理化学性能 22 2、反向流反应器原理 24 3、研究进展 25 七、山西省煤层气开发利用 30 山西煤层气资源综合开发利用研究 一、煤层气的成因及逸散规律 1、煤层气的成因 煤层气是赋存在煤层中以甲烷（CH4）为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，是煤层本身自生自储式非常规天然气。它是由 植物体埋藏后，在成煤过程中，经过高温、高压、缺氧条件下，部分有机物质发生化学分解而产生的。经过微生物的生物化学作用转化为泥炭（泥炭化作用阶段），泥炭又经历以物理化学作用为主的地质作用，向褐煤、烟煤和无烟煤转化（煤化作用阶段），在煤化作用过程中，成煤物质发生了复杂的物理化学变化，挥发份含量和含水量减少，发热量和固定碳含量增加，同时也生成了以甲烷为主的气体。 广义地讲煤层气包括甲烷（CH4）、二氧化碳（CO2）、氮（N2），还有少量的硫化氢（H2S）、一氧化碳（CO）、氢（H2）、二氧化硫（SO2）以及其他碳氢化合物和稀有气体。其成因据化学分析，植物的有机物主要有纤维、淀粉、单糖类。其中纤维、淀粉的化学分子式相同，均为（C6H10O5）X，在高温高压缺氧的条件下发生下列反应： 4C6H10O5 7CH4 + 8CO2 + 3H2O + C9H6O (烟煤类) 2C6H10O5 5CH4 + 5CO2 + 2C (无烟煤类) C6H10O5 + H2O 3CH4 + 3CO2 (有机物在沼泽地区) 因植物组成中还有S、N等杂原子，因而在成煤过程中也会有硫化氢、氮和氨溢出。 植物变成煤，经历很长的地质年代。随着变质程度的不同，煤的牌号也不同，煤层气的含量也不一样。煤的变质程度越高，煤层气的含量也越大。而变质程度越低的煤，因煤本身含有大量的官能团，如羟基、羧基、羰基、甲氧基等，因而煤层气含量就少。 俄学者克帕捷斯基根据煤的变质过程中有机质氧化转变成二氧化碳和水、氢气以及甲烷，计算确定了瓦斯形成过程。根据他的计算，每生成1吨无烟煤，将放出278m3甲烷和123m3二氧化碳。表1-1为计算结果。 表1-1： CO2/ CH4 原煤（t） 变质作用产物 煤（t） 水（kg） CO2（m3） CH4（m3） 2/1 褐煤（1.135） 亮褐煤（1） 40 83（86） 12（21） 亮褐煤（1.145） 气焰煤（1） 43 66（36） 36（55） 长焰煤（1.2） 贫煤（1） 8.2 69（38） 69（105） 5/10 长焰煤（1.3） 贫煤（1） 1.0 170（94） 120（181） 贫煤（1.08） 无烟煤（1） 8.1 62（34） 67（97） 俄学者波.莫脱根据3000多个试样的分析资料，编制了在成煤过程中发生的煤质结构变化和化学反应（表1-2），并查明了化学反应可能产生的产物和煤化作用过程中的重量损失。他用实验方法证明了在成煤过程中，1吨木质转化成无烟煤阶段能产生324m3甲烷。在未计木质转化成褐煤的过程中放出甲烷的情况下，形成1吨无烟煤将产生272m3的甲烷。此结果正与克.帕捷斯基的数据吻合。 表1-2： 变质阶段 含碳量% 反应产物 以木质初始数量为100%的剩余量 含碳量增加1%时损失的重量% 形成瓦斯的数量（m3/t） CH4 CO2 木质-泥煤-褐煤 50-65 64H2O + 8CH4 + CO 73.5 1.77 38.2 4.2 褐煤-弱煤化作用 65.79 CO2 53.4 1.93 - 46.7 弱煤化作用的烟煤—— 中等程度煤化作用的烟煤 79.85 1.42H2O+0.43CH4+ CO2 47.4 1.59 13.5 34.5 中等煤化作用的煤 85.88 5H2O + 3CH4 + CO2 45.1 1.63 14.4 2.9 半无烟煤 8