试论煤层气(CBM)的化工利用

*孙敏：山西北威新能源煤化工技术有限公司副总经理*1试论煤层气（CBM）的化工利用孙敏*？*一、前言煤层气是煤的伴生矿产资源，它以吸附或游离状态储存于煤层中。我国煤层气资源丰富，埋深2000米以浅煤层气地质资源量约36.81万亿立方米，居世界第三位。全国95%的煤层气资源分布在晋陕内蒙、新疆、冀豫皖和云贵川渝等四个含气区，其中晋陕内蒙含气区煤层气资源量最大，占全国煤层气总资源量的50%左右。煤层气的开采一般有两种方式：一是地面钻井开采；二是井下瓦斯抽放系统抽出。国际上将从地面打井抽采的煤层气惯称CoalbedMethane（CBM）,将从煤矿井下抽采的煤层气称为CoalmineMethane（CMM），与常规天然气相对应，煤层气是煤层本身自生自储式的非常规天然气。目前煤层气主要做为民用燃料、工业燃料、发电燃料、汽车燃料使用，做为化工原料使用则刚刚起步。本文主要针对从地面打井抽采的煤层气（CBM）的化工利用进行探讨。二、煤层气（CBM）的化工应用地面抽采的煤层气（CBM）甲烷含量约为90～95%（V），与天然气基本相同。1、煤层气（CBM）化工加工利用主要产品链煤层气（CBM）因其甲烷含量约为90～95%（V），因而它的化*孙敏：山西北威新能源煤化工技术有限公司副总经理*2工加工利用产品链与天然气加工利用基本相同，见图一。图一硝酸深加工系列产品（N2+H2）合成气合成氨尿素深加工系列产品煤层气合成气二甲醚醇醚燃料甲醇深加工系列产品(CO+H2)合成气F-T合成（油品和化学品）合成乙二醇深加工系列产品煤层气制合成气化工的产品链示意图2、与煤化工相比较，煤层气（天然气）化工的优势（相同产品）①、工艺技术流程相对简单；②、工厂占地较少，投资较低；③、能源利用率较高，能耗较低；④、工艺过程中三废较少，环境友好。由于我国政策规定天然气化工属限制类，且天然气价格逐渐调高，使得天然气化工失去了优势。但煤层气化工利用政策未受限制，其价格可选择就地加工转化方式确定，同时选择附加值相对较高的产品项目进行建设，还是可以有好的社会、环境和经济效益的。三、煤层气化工产业的选择煤层气化工产业的选择要遵循经济、环保、安全、节能“四效合一”的原则，以高附加值的精细化工产品为目标，真正做到资源的高效利用。1、煤层气（CBM）制甲醇目前甲醇原料主要有两种：一是煤气化合成气生产甲醇，其原料生产成本较低，但投资高，环境较差，需要有一定的规模才能产生较*孙敏：山西北威新能源煤化工技术有限公司副总经理*3好的效益；二是以天然气为原料生产甲醇，总投资低，环境友好，但其生产成本受天然气价格影响较大。p8甲醇合成要求原料合成气中H2／CO比率(体积比，下同)为2.0～2.1，而煤层气转化后的气体中H2／CO比率为2.66，显然气体中富H2，为使调配原料气中H2／CO比率达到甲醇合成的要求，必须进行配气。采用煤层气与煤气化耦合重整的新技术，一可以使合成气碳氢比调节的更合理；二是当煤层气量不足时，用煤制气来补充，灵活主动；三是可减少CO2的排放量。以煤层气为原料生产甲醇既具有以天然气为原料生产甲醇的低投资、环境友好的优点，又具有以煤为原料制甲醇成本较低、规模可调的优势。甲醇做为C1化学的基石产品，其下游产品的开发和应用前景广阔。甲醇主要下游产品链见图二：图二MTG93#(R)汽油+LPG、副产均四甲苯MTP丙烯聚丙烯（PP）环氧丙烷、丁辛醇等乙烯聚乙烯（PE）MTO环氧乙烷等丙烯聚丙烯（PP）丁辛醇等MTD二甲醚（DME）PTAPET甲基叔丁基醚（MTBE）甲醛、聚甲醛醋酸、醋酐二甲基甲酰胺（DMF）碳酸二甲酯（DMC）甲胺类产品、氯化烷烃类产品、单细胞蛋白质等醇醚燃料甲醇燃料电池甲醇化工的主要产品链示意图甲醇*孙敏：山西北威新能源煤化工技术有限公司副总经理*42、煤层气（CBM）制合成氨-尿素产品煤层气（CBM）净化后采用部分氧化、转化、变换工艺制成氮氢（N2+H2）合成气，由氮氢合成气生产合成氨，合成氨再加工主要有两大产品方向：一是硝酸及深加工产品；二是尿素及深加工产品。见图三：图三多孔硝铵硝铵硝基复合肥硝酸硝酸磷肥煤层气合成气（N2+H2）合成气合成氨硝酸农用化肥（含尿基复合肥）尿素三聚氰胺脲醛树脂酚醛树脂煤层气制合成氨产品链示意图尿素产品主要用于农用化肥，也可用于工业生产，是一种市场容量大、运输方便、安全的产品。由于化肥是国家限价的支农产品，价格幅度和利润幅度不会有太大的波动，是一种市场广阔且稳定的产品。3、煤层气（CBM）裂解制乙炔及其深加工产品（见图四）目前乙炔的生产原料主要为电石和天然气。电石法制乙炔是我国应用最多的工艺方法，但因其能耗高、环境污染较重，发达国家已基本淘汰，我国也限制其生产规模的扩大。C+CaO→CaC2+CO2CaC2+H2O→C2H2+Ca(OH)2而天然气制乙炔工业化生产国际上已成熟，被广为采用，是一种清洁生产工艺。煤层气（CBM）制乙炔工艺与天然气制乙炔工艺基*孙敏：山西北威新能源煤化工技术有限公司副总经理*5本相同，没有大的技术障碍。天然气（煤层气）制乙炔目前世界上有三种工艺：①、部分氧化法：是目前世界上采用最多的生产方法；②、电弧法：只进行了中试，尚没有工业化先例；③、等离子法：国际上已有工业化生产装置运行。聚合+HCL醇解聚合聚合+H2净化乙炔（CBM）HC≡CH（BYD）图四乙炔+氯化氢氯乙烯聚氯乙烯（PVC）乙炔乙烯基乙炔2-氯丁二烯氯丁橡胶（CR）煤层气裂解乙炔+醋酸醋酸乙烯聚醋酸乙烯聚乙烯醇（PVA）乙炔+甲醛1,4-丁炔二醇1,4-丁二醇(BDO)其它乙炔加工化工产品煤层气（CBM）裂解制乙炔及其重点深加工产品示意图4、其它高附加值产品①、煤层气制氰化物系列产品由氰氢酸可以加工单干宁等多种精细化工产品。②、煤层气制取乙醇等低碳醇产品采用不同的催化剂，可以得到乙醇、丙醇、丁醇或戊醇等精细化工原料及系列产品，可节约粮食和石油资源。③、煤层气氧化耦联制取乙烯及系列产品这是甲烷制乙烯更合理的技术路线，但术难度较大，尚在开发研究阶段。四、结论与建议*孙敏：山西北威新能源煤化工技术有限公司副总经理*6①、煤层气的化学加工利用是一个技术密集型的新型产业，其商业化应用刚刚起步。我国政府对煤层气化工利用政策尚未明确，基础研究工作虽可借鉴天然气化工的一些成果，但仍有许多难题尚待克服，其经济性也需进一步评估，因此煤层气化工利用产业的发展需慎重前行；②、煤层气化工利用应立足于气源地就地转化，以减少输送成本。但要选择市场好的、附加值高的项目进行建设，同时要做好技术、经济、环境、安全、节能等方面的评估分析。参考文献：1、《现代煤化工手册》…….化学工业出版社贺永德主编2011.32、《国家煤层气十二五规划》………国家发展和改革委员会国家能源局2011.123、《煤层气资源开发利用的若干问题》………中联煤层气有限公司总经理孙茂达4、《煤层气利用的难得机遇》……全国煤层气勘探与煤层气开发利用技术研讨会江苏煤化工程研究设计院院长冯孝庭5、《煤层气化工利用进展》……《现代化工》2007.8中国石油大庆化工研究中心张志翔等