煤矿甲烷气体的回收方法

2005/1/5 16:00:44

[作者:徐新华/朱可杰]
[发布时间:20010703]

摘要：甲烷是一种比较重要的温室气体，而且是一种重要的环境污染物。它是天然气的基本成分，是一种很有价值的能源资源。由于甲烷气体是一种常规的温室气体，对全球气候变暖的作用仅次于二氧化碳；大气中甲烷气体的浓度正在急剧上升；甲烷减排具有见效快的特点；甲烷气体和其它温室气体相比，在大气中的寿命比较短，大约为11年，而二氧化碳为120年。正因为甲烷气体的强温室效应和短大气寿命，其减排对减缓气候变化具有很明显的作用；甲烷气体同时是一种能源，所以许多减排控制措施同时具有经济价值，因此甲烷减排策略在目前阻止全球气候变暖中占据相当重要的地位。从煤矿中回收及生产甲烷气体的方法很多，主要包括竖式井、短型平式钻井、长型平式钻井、矿渣井、斜式钻井等。煤矿甲烷气体回收系统因其各种回收方法不同而有不同的应用前景以及不同的回收气体的用途。从煤层收集甲烷气体的技术已较为成熟，被各国广泛使用。利用这些技术回收的甲烷气体可作为能源使用，包括就地作为气体燃料使用，就地发电，或者出售给附近居民，或者供商界或产业界使用，所以煤矿甲烷气体的回收具有较广的发展前途。
    甲烷是一种比较重要的温室气体，而且是一种重要的环境污染物。它是天然气的基本成分，是一种很有价值的能源资源。甲烷减排策略由于以下几个因素而在目前阻止全球气候变暖中占据相当重要的地位：
    ①甲烷气体是一种常规的温室气体，对全球气候变暖的作用仅次于二氧化碳。事实上，目前甲烷气体对温室效应的贡献已占18%左右，而且在等质量的情况下它的温室效应是二氧化碳的21倍。
    ②大气中甲烷气体的浓度正在急剧上升。大气中甲烷气体每年以0.6%的速度增加，在过去的200年时间里浓度增加了一倍，而CO2的浓度每年以大约0.4%的速度增加。
    ③甲烷减排具有见效快的特点。甲烷气体和其它温室气体相比，在大气中的寿命比较短，大约为11年，而二氧化碳在大气中的寿命为120年。正因为甲烷气体的强温室效应和短大气寿命，其减排对减缓气候变化具有很明显的作用。
    ④因为甲烷气体同时是一种能源，所以许多减排控制措施同时具有经济价值。对煤矿甲烷气体的减排措施投资低，但收益较大。
    ⑤已被论证为较好的甲烷减排技术在商业上也是切实可行的。

    从煤矿中回收及生产甲烷气体的方法很多，主要包括竖式井、短型平式钻井、长型平式钻井、矿渣井、斜式钻井等。其中竖式井和矿渣井从地表挖掘到煤层，而其它类型的钻井是在煤层中挖掘的。竖式井、水平式钻井回收甲烷气体是在煤矿开采以前进行的，而且可以生产出比较纯的甲烷气体。而矿渣井及斜式钻井回收甲烷的过程往往是在煤炭开采以后，所以回收的甲烷气体中往往含有其它杂质气体，不可能收集到纯度比较高的甲烷气体。
    1 竖式井：回收甲烷气体的竖式井与常规的油井及天然气井相似，从地表一直挖掘到煤层之中，挖掘一般安排在煤矿开采以前。在美国，根据煤矿的深度，竖井的深度一般在300-600米之间，井的间隔主要根据地质条件、蓄水情况及地面条件决定，可以从几公顷一口井到上百公顷一口井不等。
    从竖式井排放出来的甲烷气体，浓度一般在95%以上，这是由于没有被空气所稀释的缘故（只有在煤炭开采过程中才有可能被空气所稀释）。从竖式井回收甲烷气体的量主要取决于特殊的地质条件及在煤矿开采之前所收集的时间。在煤炭开采以前10年中可以收集大约50-70%的甲烷气体（对应于没有回收系统时煤炭开采过程中所释放出来的甲烷气体）。
    竖式井虽然目前在煤矿开采中还没有大量使用，但确实有其独特的优越性：它可以从煤层中回收纯度较高的甲烷气体，可以通过天然气管道直接转化为商品形式。这种方法目前在发达国家煤矿开采中发展比较快。
    2 短型平式钻井：短型平式钻井是在煤层内部挖掘的甲烷气体回收井（与从地表挖掘的方法完全不同），是回收煤层中还没有开采的区域或者开采以前的大断面中排放出的甲烷气体。钻井的长度从10米到300米不等。在一口矿井中可以挖掘好几百口这种钻井，再与矿用的真空泵系统连接，把甲烷气体从矿中转移到地面。在通常情况下，平式钻井被用于煤炭开采过程中短期的甲烷气体控制（因为在煤炭开采过程中产生的甲烷气体容易发生爆炸）。
    由于使用该技术时，甲烷气体的排放只发生在煤炭开采过程中（而不是从周围的煤层中渗透过来的），所以甲烷的回收率比较低，大约10%-18%的甲烷气体在排放过程气体在排放过程中被收集。但是该方法所收集的甲烷气体的纯度可达到95%，可以适用于对气体质量要求较高的情况。当煤层的渗透性相对较好时，这种钻井需要更为先进的挖掘技术。由于回收是在煤矿开采以前进行，平式钻井技术可以与所有的开采方法联合使用。但是当煤层位于陡峭的斜坡上，甲烷气体的回收就需要很高的技术，这一方法就

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