Метан угольных пластов (Coalbed Methane, CBM), известный как "рудничный газ", представляет собой нетрадиционный природный газ, адсорбированный в микропорах угольных пластов, основным компонентом которого является метан (CH₄). В отличие от традиционного природного газа, добыча метана угольных пластов требует сначала откачки воды для снижения давления, чтобы метан десорбировался из угольного матрикса. Его особенностями являются высокая влажность на начальном этапе, низкое и быстро снижающееся давление, а также высокое содержание угольной пыли. Эффективная разработка этого чистого источника энергии невозможна без ключевой роли компрессоров.
I. Добыча метана угольных пластов: четыре ключевые функции компрессоров
1. Дожим на устье скважины для снижения потерь
Давление в скважинах метана угольных пластов быстро падает (в течение нескольких месяцев может снизиться с 3 МПа до 0,5 МПа). Использование винтовых компрессоров на устье скважины позволяет увеличить давление низконапорного газа до 0,8-1,5 МПа, избегая "удушья" скважины из-за недостаточного давления, что может повысить коэффициент извлечения на 30% и более.
2. Транспортировка по трубопроводам
На сборных пунктах устанавливаются частотно-регулируемые винтовые компрессоры для повышения давления рассредоточенных источников газа до 2,5-4,0 МПа перед подачей в магистральную сеть. Например, в бассейне Циньшуй в провинции Шаньси используется многоступенчатое сжатие для централизованного дожима газа из десятков скважин перед подачей на перерабатывающий завод.
3. Предварительная подготовка для очистки и сжижения
Перед сжижением (LNG) или очисткой (CNG) газ необходимо сжать до 15-25 МПа. Безмасляные поршневые компрессоры стали ключевым оборудованием для дожима на этапе сжижения, поскольку исключают загрязнение смазочным маслом.
4. Экологически чистое замкнутое производство
Для утилизации вентиляционного метана (с концентрацией ниже 30%), образующегося в процессе добычи, используются специальные окислительные компрессоры для повышения давления перед подачей в каталитическую установку, где он преобразуется в тепловую энергию, обеспечивая почти нулевые выбросы.
Техническое табу: Категорически запрещено использовать компрессоры из обычной углеродистой стали для обработки метана угольных пластов с содержанием серы (H₂S > 50 ppm), так как водородное охрупчивание приведет к разрыву цилиндров.
II. Выбор компрессоров: соответствие особенностям метана угольных пластов
Маслозаполненные винтовые . Дожим на устье скважины, сборные пункты . Устойчивость к воде и угольной пыли (<50 мг/м³), длительный межсервисный интервал (8000 ч) . Занимают 80% рынка, требуют эффективного сепаратора газа и жидкости
Сухие винтовые . Высокосернистый метан, предварительный дожим для сжижения. 100% безмаслянный выход, устойчивость к H₂S (специальное покрытие) . Высокая стоимость, применяется при содержании серы >5 г/м³
Поршневые . Малые расходы, высокие степени сжатия, производство CNG . Высокая одноступенчатая степень сжатия (до 4:1) . Требуется предварительная тонкая фильтрация (угольная пыль <5 мкм) .
Центробежны . Дожим на крупных перерабатывающих заводах . Большая производительность (>200 тыс. м³/сут), работа без пульсаций . Только для осушенного и очищенного газа
III. Границы безопасности: запретные зоны при сжатии метана угольных пластов
1. Превышение содержания кислорода и взрыв
При содержании кислорода в газе >5% возможен взрыв от механической искры. Обязательна установка онлайн-анализаторов кислорода + аварийных отсекающих клапанов. На шахте Люлинь в провинции Шаньси произошел взрыв компрессора из-за проникновения кислорода.
2. Износ и отложения угольной пыли
Концентрация угольной пыли >100 мг/м³ приводит к быстрому износу роторов и образованию нагара на клапанах, вызывая перегрев. Требуется трехступенчатая фильтрация** (циклон + рукавный фильтр + тонкая очистка) с точностью до 3 мкм.
3. Гидроудар от жидкости
Попадание свободной воды в цилиндр может вызвать гидроудар и разрыв. Система блокировки по уровню в сепараторе** является жизненно важным устройством, обеспечивающим эффективность разделения газа и жидкости >99,9%.
4. Мониторинг утечек метана
В компрессорных помещениях необходимо устанавливать лазерные датчики метана (порог обнаружения 0,1% НКПР). На проекте в Хуайбэй, провинция Аньхой, утечка через уплотнения привела к возгоранию в цехе с ущербом более 10 млн юаней.
IV. Практические примеры: революция в добыче метана угольных пластов, driven компрессорами
Пример 1: Дожим на группе скважин в угольном районе Цзиньчэн, провинция Шаньси
Проблема: Давление на 300 скважинах упало ниже 0,3 МПа, суточная добыча на скважине <500 м³.
Решение: Установка 42 частотно-регулируемых маслозаполненных винтовых компрессоров (мощность 90-160 кВт) с циклонными сепараторами воды.
Результат: Давление на устье скважины повышено до 1,2 МПа, суточный прирост добычи составил 220 тыс. м³, срок окупаемости <2 лет.
Пример 2: Утилизация вентиляционного метана на угольном месторождении Фукан, Синьцзян
Проблема: Концентрация вентиляционного метана всего 0,8%, традиционные технологии неприменимы.
Прорыв: Использование специальных компрессоров с керамическими поршнями (устойчивые к микрокислородной среде) для повышения давления газа до 0,5 МПа перед подачей в регенеративный окислитель.
Эффект: Годовое уничтожение 24 млн м³ метана эквивалентно сокращению выбросов CO₂ на 360 тыс. тонн.
Заключение: От "убийцы шахтеров" до "чистой энергии"
Технологии компрессоров превратили метан угольных пластов из опасного шахтного газа в регулируемый зеленый источник энергии. В условиях добычи с низким давлением, высокой влажностью и большим количеством примесей маслозаполненные винтовые компрессоры стали основным оборудованием, тогда как безмаслянные модели незаменимы на этапах глубокой переработки. С развитием **технологий гидроразрыва пласта сверхкритическим CO₂** добыча метана угольных пластов будет продвигаться в более глубокие пласты, что потребует от компрессоров стабильной работы при температурах до 150°C и давлениях до 30 МПа – прорывы в материаловедении и технологиях уплотнения продвигают эту энергетическую революцию на новый уровень.
По оценкам Международного энергетического агентства (IEA), ресурсы метана угольных пластов Китая на глубинах до 2000 метров составляют 36,8 трлн м³, что сопоставимо с запасами природного газа России. Широкое внедрение эффективных технологий сжатия позволит этому "спящему сокровищу" стать важной опорой низкоуглеродного перехода.
