煤层气在生活及化工中的利用

赋存特点为：分布集中，93.4%的资源集中分布于沁水煤田和河东煤田；埋藏浅，易开发，70%的资源分布于埋深1500米以浅的地层；含气量高，94.1%的资源分布于含气量大于8立方米/吨煤的区域，其中甲烷含量的纯度达到98%以上，具有大规模商业化开发的资源条件。（详见图表1——山西省煤层气资源分布情况）

从上世纪90年代以来，为了促进煤层气产业的发展，我国相继制定颁布了一系列法规政策。如国务院颁布的《关于加快煤层气

源的切换时间小于5ms(保证控制器不能初始化)。系统电源故障在控制室内设有独立于DCS 之外的声光报警。

4）主系统及与主系统连接的所有相关系统(包括专用装置)的通信负荷率不大于50%，其接口设备(板件)稳定可靠。

5）DCS 的系统接地严格遵守技术要求，有良好的单端接地。

8）操作站3 台，其中1 台兼做工程师站，打印机1 台。

5.2.1.2 技术要求

1）设计原则

提供的控制、互锁和保护系统的安全性和整体性符合以下原则：

单个组件故障不给整个系统造成损失。

单个组件故障不给整个系统造成直接风险或系统跳闸。

单个组件故障不造成整个系统完全瘫痪。

当单个组件故障时，操作员有足够的时间和信息，通过手动干预，能够避免系统跳闸或系统运行构成风险。

2）故障安全

控制系统和有关设备的接口的设计依据在各个系统级别故障安全运行原则。故障安全运行是指失去信号，失去动力来源及任何组件故障时不应造成危险情况，同时阻止故障跳闸的发生。

3）系统监测和自我诊断

系统设计有自我诊断和监测功能以确保系统的健康状态被报道，保障信号和控制安全，避免任何隐藏的故障。

4）通讯

工厂另有其他控制设备PLC 系统的重要工艺参数通过通讯送和容器方面的环保意识和环保措施。

有关设计应符合环保的原则，即节约能源和资源保护。

设计系统时避免或减少对环境的大气污染、噪音污染和土壤污染。

6）温升要求

冷却系统的设计是指：在所有门关闭，所有盖子盖上，所有内部设备正确安装且正常运转的情况下，温度不应升高到环境温度以

上10°C。否则，需征得业主同意。所选的控制仪表设备在采暖通风与空调故障的情况下，其任何组件的运行温度超过制造商的限定温度的运行时间为至少2 个小时。适用于外部环境温度为25°C，整个工厂正常运转，门和柜关闭的情况。

对于装有风扇冷却的设备，提供超温设备和风扇故障报警。当强迫制冷系统与空气过滤器相连时，在过滤器需要更换时提供指示。

7）供电通用条款：

关键控制回路中所采用的所有控制仪表设备由一个冗余的直流电源供电或UPS 供电。任何控制仪表设备没有冗余的直流电源供电或UPS 供电的，需征得业主同意。

所有控制仪表设备分别由单独的保险丝保护。如果出现任何设备直流或UPS 电源保险故障时，提供报警接触器，用以指示特殊供电故障。

供电不采用并联。如果设备需要双电源供电，提供带供电指示模式转换装置。

优先采用110V.AC 供电原则，如供货厂家不支持，则采用

220V.AC 供电。

供电电压变化：

为了满足所有供电的可能，所有电力和电子设备，其中电机除外，在实际服役条件下应能连续运行，实际服役条件即为频率为48～51Hz，供电电压与正常电压的偏差为-10%～+6%，频率为47～48Hz 的持续时间15 分钟内，当供电电源的总谐波失真小于等于3%时，控制仪表设备能运行。

8）电磁干扰(EMI)，射频干扰(RFI)和雷电干扰DCS 控制系统设计免受存在强电和强电磁区域的影响。

第三章煤层气的应用

一．煤层气的综合利用途径（见图1所示）

总体看，我国煤矿瓦斯抽采利用迈入了一个新的发展阶段，井下瓦斯抽采技术已经形成体系，并在高瓦斯矿井全面应用。2005年，全国煤矿抽采瓦斯23亿m3，利用瓦斯超过10亿m3。阳泉、淮南、水城、盘江、松藻、晋城、抚顺等7个矿区年抽采瓦斯量超过1亿m3。地面煤层气开发已通过示范工程建设，进入商业化开发阶段。2005年，全国施工煤层气井328口，超过历史累计施工井数(截至2004年施工煤层气井287口)总和。2005年12月底。淮南煤

附纯氢产品(工艺4)

以上工艺均为成熟工艺，表1给出了以上4种组合工艺的产氢量对比。H: W$ R, }( b( X5 R9 \$ V1 V

M# @四．煤层气制甲醇

作为一个新的研究方向，以煤层气为原料制甲醇正引起各国科学家的兴趣。甲醇合成一般由造气、净化、合成及精馏4个主要工艺构成。为了克服传统工艺CO单程转化率低、循环比高、能耗较大的特点，近年来国内外一些大公司一直致力于新工艺的开发。

世界上甲醇生产技术主要有中压法和低压法2种，以低压法为主。低压气相法甲醇合成工艺主要有英国ICI、德国Lurgi、丹麦Topsφe、日本三菱(Mit—subishi)等公司的工艺，以前2种工艺为主。Lurgi低压气相法的具体工艺流程为：首先对煤层气进行压缩和变压吸附处理，进一步压缩后进行甲烷转化，之后与水煤气混

五．利用使用煤层气的燃料电池发电; f7 Q: H: f- R: K 众所周知，传统的燃煤发电过程中，燃料燃烧只有一部分能量(低于40％)转换成电能，其余的能源则以不可避免的方式损耗。燃料电池由于没有机械和热的中间媒介，具有效率高、污染低、系统运行噪音低等特点；根据用途的不同，其利用率可达90％以上，而NOx的排放量不足4mg／m3。

从本质上说，燃料电池是一个固态发电机，能把经过处理的燃料(煤层气)的化学能转化成电能和热能，主要包括3个单元：燃料处理单元、发电单元和电流转换单元。燃料处理单元主要用于将含高浓度甲烷的煤层气转化成富氢燃料，然后和来自空气中的氧在催化剂作用下在发电单元中发生电化学反应，产生直流电；未反应的燃料连同回热中的水蒸气重新循环到燃料处理单元。电流转换单元是把燃料电池产生的直流电转换成交流电，连同发电单元中产生的热量提供给用户。然而，燃料电池面临的主要问题是使用寿命短、造价高。目前认为，只要燃料电池的寿命达到4万h，造价在1 500～2 000美元／kW(对于500k～2MW)，即比常规发电费用高出5倍左右就可走向工业化。在达到大规模商业化之前，还必须克服一些技术上的障碍。在此过程中，只有不断地深化基础研究，才能克服燃料电池工业化过程中遇到的障碍。