煤层气在道路交通运输领域的开发利用
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摘要:专家点评  煤层气俗称瓦斯,主要成分是甲烷,是一种生成、储存于煤层并吸附于煤颗粒表面的气体,既是煤矿安全的第一杀手,又是一种清洁燃料。在开采煤炭时必须将其排出,如直接排放到大气中,不但对大气产生污染,而且浪费能源。充分采集、利用煤层气,将变废为宝..

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专家点评
  煤层气俗称瓦斯,主要成分是甲烷,是一种生成、储存于煤层并吸附于煤颗粒表面的气体,既是煤矿安全的第一杀手,又是一种清洁燃料。在开采煤炭时必须将其排出,如直接排放到大气中,不但对大气产生污染,而且浪费能源。充分采集、利用煤层气,将变废为宝、化害为利,对减少空气污染及温室气体排放、缓解能源危机等都具有非常重要的作用。
  山西晨光物流有限公司在晋城煤业集团及山西省交通厅的支持下,积极开展晋城煤业集团煤层气资源作为车用燃料的开发利用工作。2006年6月该公司与陕汽集团共同开展了重型燃气牵引车道路运行试验,改进了重型燃气牵引车的使用性能;2008年6月开展了山西省交通厅“煤层气替代汽(柴)油在道路交通运输领域的应用研究”项目,深入研究了煤层气作为车用燃料的技术关键。目前,该公司拥有320辆燃气牵引车,100辆煤层气运输槽罐车,合资建成22座煤层气加气站。公司在自有的运输车辆全部使用煤层气作燃料的基础上,大力引导社会车辆燃气化改造,搭建煤层气加气站点网络,已初步构建了煤层气供应体系,在形成自身产业特色的同时也为业内同行提供了宝贵的经验,使煤层气作为车用燃料得到了广泛的应用,取得了重大社会效益和经济效益。截至到2008年8月,该公司累计向车辆提供煤层气3800万立方米,替代燃油3040万升,为汽车节约燃料费用9200余万元,并有效减少了温室气体排放;公司自有运输车辆累计消费煤层气630万立方米,替代燃油504万升,节约燃料费用近1530万元。
  我国是煤炭储量大国,煤层气资源丰富,有效采集、开发利用对煤矿安全生产、节约资源、保护环境都具有深远意义,并将会为社会创造巨额财富。该公司充分发挥现代物流企业的作用,在以煤层气为代替汽、柴油作为汽车燃料方面取得了成功经验,示范效应明显,能有效促进道路运输行业的节能减排工作,具有广泛的推广应用前景和价值。


  一、概况
  山西晨光物流有限公司是由晋城煤业集团控股,山西日报报业集团、第四方物流(北京)有限公司、四方教育集团和铭基房地产有限公司共同投资组建,旨在打造山西物流行业的航母,构建覆盖全省11个地市、100多个县区,集运输、仓储、商品流通、金融服务于一体的综合性物流企业。十一五期间,该公司计划投资20亿元建设省内12小时到县、24小时到乡镇的“一票到底”的晨光物流网,整合各地物流资源,进行生产资料、农副产品、快速消费品的网络运输和分销,为工商企业提供准确高效、多元化、低成本的物流服务。目前,该公司在太原已建设并投入使用的物流中心占地500亩,包括钢材市场、机电市场、建材市场等;在晋城已建成占地250亩的信息中心、培训中心,已投入使用;在长治等地区通过独资或合资的形式筹备物流中心占地115亩。
  山西省是我国的产煤大省,省内沁水盆地煤层气资源具有资源分布集中、埋深浅、可采性好、甲烷纯度高(大于95%)等特点,是目前全国第一个勘探程度最高、煤层气储量条件稳定、开发潜力最好的煤层气气田。晋城市地处沁水煤田腹地,探明储量达6.85万亿立方米,而且由于地表覆盖较深,顶板坚硬致密,透气性极差,煤体的瓦斯含量达17.5~50立方米/吨,瓦斯压力1.1-13.7兆帕。晋城煤业集团2007年煤层气地面抽采量达2.0838亿立方米,井下瓦斯抽采量达3.3042亿立方米。在开采煤炭时,瓦斯气是煤矿安全第一杀手,以前是排放到大气中,对空气产生巨大的污染。因此采集、加工、利用开发煤层气,对于减少温室气体排放、改善大气环境质量、有效利用资源培育新的经济增长点,都具有十分重要的现实意义和战略意义,具有广阔的市场发展前景。2007年,山西省召开了“争取环保专项资金,加速污染物减排安排部署会议”和全省经济工作会议,大力促进了煤层气能源的开发利用工作。
  公司承担着晋城煤业集团煤层气销售、配送业务,并依托晋城煤业集团强大的煤层气资源,在煤层气的开发和利用上进行了不断探索、研究。公司在晋城煤业集团的总体规划下,通过与汽车制造企业共同开展重型燃气牵引车运行试验、开展煤层气替代汽(柴)油在道路交通运输领域的应用等项目研究、引导社会车辆进行燃气化改造、建设煤层气供应网络等一系列工作,建成了从煤层气的生产、销售、储运到最终的使用的系统的煤层气产业链。公司从2005年至今,购入320辆燃气牵引车及100辆煤层气专用槽罐车;建成加气站22个,主动出资为太原市改造1000余辆公交车使用煤层气,引导太原、晋城、长治,河南济源市等地5000余辆出租车改为燃气车。
  公司以太原为中心,以煤炭运输物流为切入点,将逐步建设一个覆盖山西省,辐射周边省市的重型煤层气牵引车煤炭骨干运输网络,同时建立一个能够适应10000辆重型燃气牵引车的煤层气供应服务网络。

  二、项目原理
  煤层气是成煤过程中经过生物化学热解作用以吸附或游离状态赋存于煤层及固岩的自储式非常规天然气,也称“煤矿瓦斯”,其主要成分是甲烷、二氧化碳、氮气和少量的乙烷、乙烯、氢、一氧化碳、硫化氢和二氧化硫等。当煤层气在空气中的浓度达到5%~16%时,遇明火就会爆炸,是煤矿瓦斯爆炸事故的根源。如果将煤层气直接排放到大气中,其温室效应约为二氧化碳的21倍,对生态环境破坏性极强。
  在煤炭开采前及开采过程中,对煤层气开采和抽取利用,不仅可以大大减少煤矿风排瓦斯的数量,改善煤矿的安全生产条件,还可以获得数量相当可观而且热值高的洁净能源和重要的化工原料,对煤矿安全生产、节约资源和保护环境都具有深远意义。
  晋城煤业集团从煤田中抽采出的富甲烷的煤层气经过处理和压缩,可以达到车用压缩天然气的质量标准(表1),可以作为压缩天然气汽车的燃料。

 

表1  晋城压缩煤层气与车用压缩天然气国家标准的技术指标对比表

项目

车用压缩天然气标准(GB18047-2000

晋城压缩煤层气指标

高位发热量,MJ/m3

>31. 4

38.7

总硫(以硫计),mg/m3

200

0

硫化氢,mg/m3

15

0

二氧化碳,CO2,%

3.0

0.4

氧气,O2,%

0.5

0.4

水露点,

在汽车驾驶的特定地理区域内,在最高操作压力下,水露点不应高于-13℃;当最低气温低于-8℃,水露点应比最低气温低5℃

含水量为0


  天然气汽车的燃料方式有单燃料、双燃料和两用燃料之分,其中以天然气单燃料使用方式最为理想,能够最为充分地发挥天然气的特性。公司在充分论证的基础上,在所有重型牵引车上全部采用以单燃料的方式使用压缩煤层气作为燃料。
  公司的重型燃气牵引车装备了功率达184千瓦的纯天然气发动机,针对燃料辛烷值高的特点,采用了较高的压缩比,具有较高的热效率;通过对发动机和汽车底盘的合理匹配,重型燃气牵引车具有良好的动力性能,噪声更低,运转平稳;与普通柴油车相比,重型燃气牵引车一氧化碳排放量降低90%,碳氢化合物排放量降低70%,氮氧化合物排放量降低35%,满足国Ⅲ排放标准;由于气体燃料的燃烧性能好,对润滑油的稀释作用小,减少了发动机气缸的积碳,延长了润滑油和火花塞的更换周期,降低了汽车的维修费用;重型燃气牵引车装配12个耐压25兆帕的专用耐高压气瓶,续驶里程可达400公里。

 

  三、主要做法
  1、科技先导,率先示范
  2006年6月公司针对运输车辆的应用要求与陕汽集团等汽车制造企业共同进行重型燃气牵引车道路运行试验,改进了重型燃气牵引车的使用性能。
  2008年6月公司承担山西省交通厅科技项目“煤层气替代汽(柴)油在道路交通运输领域的应用研究”,深入开展了煤层气替代汽油作汽车燃料用于城市公共交通车辆和出租车辆的实用性、替代柴油作汽车燃料用于大(中)型道路运输车辆的实用性、煤层气压缩及充装设备实用性、煤层气液化和长距离储运等方面的研究,有效解决了煤层气作为车用燃料在运用中的技术关键。
  在深入进行煤层气作为车用燃料实用化研究的基础上,公司率先应用煤层气车辆。目前所有运营的320辆重型牵引车全部使用了单燃料天然气发动机,车辆运行性能稳定,在社会上起到很好的示范作用。
  2、积极引导,大力推广
  公司通过自身对煤层气重型牵引车的使用,企业的经济效益、社会效益显著。为了实现煤层气使用的社会化和经营的规模化,公司积极引导公交车、出租车等社会车辆进行煤层气车辆改造。
  从2006年开始,公司为了在全省推广煤层气在车辆中的应用,出资为太原市公交系统改装煤层气公交车1000余辆,形成了大面积煤层气作为车用燃料应用的局面。在此项目的引导下,太原改造出租车800余辆、长治1800余辆、河南济源市500余辆,晋城所有出租车完成了煤层气车辆改造。公司通过在全省乃至周边省份大力推广煤层气的使用,使车辆对煤层气需求量得到迅速提升。
  3、健全网络,保障供给
  公司从2005年至今,为了保障煤层气的供应,逐步构建了以太原市为中心的煤层气供应网络,在已建成的22个加气站中,太原市有加气站7个、晋城市4个、长治市3个,孝义1个、屯留3个、榆社1个、河南省济源市3个。目前在太原尚有两个加气站在建,不久将投入使用。2008年8月在临汾市政府积极倡导下,公司联合临汾市金达丰燃气有限公司共同投资成立了临汾晨丰燃气有限责任公司,开辟了临汾市煤层气绿色能源开发利用市场,在临汾市已立项启动了6个加气站建设工程。其中有两个加气站点位于临汾市中心,主要为市内公交、出租和环卫车加气;另外四个加气站分别位于临汾市区四周,除了为市内公交、出租、环卫车加气外,也为过往车辆提供加气服务。
  目前公司已规划在2008~2010年间,将在山西及周边30余个城市建设200个加气站,形成山西及周边地区最大的车用煤层气加气站网络。届时完全可以满足山西省及周边省市煤层气的供应。
  4、统筹规划,服务于能源运输新干线
  公司经过孕育探索,提出了能源运输新干线发展战略,构建以山西省为中心,覆盖整个华北地区电煤运输新干线,主要有:汾阳——榆社(约230公里)、汾阳——吕梁(约100公里)、汾阳——河北邢台(约500公里)、汾阳——孝义(约50公里)、神木——榆林——横山——绥德——太原(约630公里)、韩城——河津——侯马——运城——洛阳偃师(约350公里)。围绕能源运输新干线发展战略,公司开展了在新干线沿线建设煤层气加气站的工作,同时提出了重型煤层气牵引车发展计划,到2008底公司将拥有重型煤层气牵引车500辆。
  5、技术升级,提高配送效率
  为了降低煤层气运输成本,提高煤层气长距离运输的效率,扩大煤层气应用覆盖范围,公司于2008年5月与韩国SKGas株式会社正式签约成立了晋煤爱思开燃气有限公司,进行煤层气液化开发。目前5+25万立方米的液化工厂项目已进入前期建设阶段,预计一期工程日产5万立方米在年底前建成投产。这一项目的投产运营,将为煤层气能源新干线运输网络向更广阔的领域发展,提供了更加强有力的保障。

 

  四、采取的措施
  1、政府引导,政策支持
  推广应用新型节能环保的能源是国家的一项重要举措,各级政府和行业管理部门给予了极大的政策支持。山西省、市交通主管部门及运管机构自项目开展以来,多次到公司实地考察、协调,为煤层气使用、加气站建设、煤层气配送等创造了条件。
  2、领导重视,积极推进
  公司领导高度重视煤层气配送网络建设工作,制定了项目规划,成立了煤层气运输事业部,科学分工、明确职责,为煤层气配送网络建设及推广应用提供组织保障。同时积极筹措资金,为煤层气配送网络的顺利建设提供资金保障。
  3、严格程序,确保安全
  公司制定了详细的规章制度,设有专门部门负责煤层气汽车的使用、维修,详细记录煤层气运输情况、煤层气重型牵引车的运行情况、车辆故障等情况,为公司进一步完善管理、优化车辆、规划线路等积累了宝贵的资料。
  煤层气汽车驾驶员上岗前都经过相应的运输知识培训,取得道路运输从业资格证,并针对煤层气的特点进行专项培训。安全责任落实到车队、个人。定期举行由主管经理、主管部长、驾驶员、押运员参加的安全例会,及时通报、交流车辆运营情况、煤层气运输情况,发现问题及时处理、解决。
  严格按照有关法规、规章、技术标准对加气站实施管理。对加气员进行了严格的消防知识、操作技术、应急处理等培训,经考核合格持证上岗。
  4、全面合作,促进发展
  煤层气作为车用燃料推广涉及到生产、储存、配送、供应、使用等环节,各个环节间必须保证相互配合、衔接。公司作为一个现代物流企业,积极努力地与各环节的相关单位开展密切合作,在各环节中充分发挥了协调作用。公司与晋煤集团蓝焰煤层气公司合作,保证了煤层气的质量和充足气源;与汽车制造企业合作,使车辆技术有了充分保障;与太原市公交系统合作,为车辆使用煤层气产生了巨大的示范效应;与各地合作、合资建设加气站,加快了加气站网络完善速度,为煤层气车辆提供了方便、快捷的服务;与韩国SKGas株式会社的煤层气液化合作项目,将为有效扩大煤层气使用的区域提供强有力的保障。公司通过上述全面合作,不但促进了煤层气作为车用燃料的使用,而且使公司建成了从煤层气的生产、销售、储运到最终的使用的煤层气产业链,充分体现了现代物流的特点,发挥了现代物流企业的作用。

 

  五、项目成效
  节能减排已成为我国社会关注的热点和焦点,而将煤矿的第一杀手煤层气回收并在道路交通运输行业加以利用,无疑为煤层气的开发利用找到了新的突破口,同时也为节能减排工作开辟了一条新途径,取得了良好的经济、环境和社会效益。
  1、减少燃油消费,降低车辆运营成本
  (1)该公司统计数据结果表明,截至到2008年8月,该公司煤层气车辆已消费煤层气燃料630万立方米,已实现替代燃油504万升。若每立方米燃气价格为3.00元、柴油每升按6.78元计算,已节约的燃料费近1530万元,费用降低44.7%。
  (2)若每辆燃油重型牵引车的平均耗油量按40升/百公里,煤层气耗气量为50立方米/百公里,以年行驶里程15万公里计,重型煤层气牵引车单车年均消耗煤层气7.5万立方米,相当于每辆重型煤层气牵引车每年替代燃油6万升,并节省燃料费用18万元。
  (3)如果山西省晋城煤业集团2亿立方米煤层气用作汽车燃料,可以替代1.6亿升柴油。
  在油价高启的今天,煤层气的使用对减轻石油进口压力、节约外汇,保障我国能源安全和可持续发展将发挥重大作用。此外,汽车采用煤层气作燃料,发动机汽缸内的零件磨损大大减少,发动机的寿命和润滑油的使用期限大幅度增长,降低了汽车的保养和运行费用。
  2、改善大气环境
  利用煤矿回收的煤层气将其做为柴油、汽油的替代燃料应用于汽车上,减少了煤矿向大气直接排放甲烷气体,从而降低了温室气体对环境的影响(甲烷温室效应约为二氧化碳的21倍),对环境起到了很好的保护作用。
  此外,通过使用煤层气,汽车尾气的排放浓度指标得到了极大改善,有效减少了汽车一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物及硫化物的排放量,大大改善了当地大气环境质量,为本地区的可持续发展做出了贡献。
  3、为煤层气应用提供新平台
  由于开发和应用等条件的限制,原来有将近2/3的煤层气被迫直接对空排放,既浪费了能源,又污染了环境。公司通过在车辆上采用煤层气作燃料,为充分利用现有煤层气提供了新的更大的平台,对优化山西省能源产业结构,减少温室气体排放,保护大气环境,避免煤矿瓦斯事故具有相当重要的意义。
  综上所述,煤层气是优质的汽车替代燃料,它作为一种清洁能源,因其良好的经济、环境和社会效益,已普遍被国际社会认可和接受,该项目对煤层气的利用符合国家的产业政策,在汽车上的推广应用,取得了良好的经济、环境和社会效益,具有广泛的推广价值。

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