第24卷第2期 2018年 3月 洁净煤技术 Clean Coal Technology Vo1.24 No.2 Mar. 2018 低浓度煤层气提质制压缩天然气技术经济性分析 李 雪 飞 , (1.煤炭科学技术研究院有限公司煤化工分院,北京100013;2.煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室,北京100013) 100013 3.国家能源煤炭高效利用与节能减排技术装备重点实验室,北京摘要:为了提高煤矿区低浓度煤层气的利用率,扩大低浓度煤层气的利用途径,针对开发的低浓度 煤层气提质制压缩天然气技术,以年产2 000万Nm 压缩天然气项目为例,进行了设备选型,计算了 公用工程消耗、项目投资,分析了项目的经济性及成本。结果表明,项目用电l 562.56万kwh,用水 2.672万t,用气96万Nm ,用地18 000 m 。项目总投资7 846万元,建设投资6 990万元,其中工程 费用5 621万元,其他费用2 225万元。压缩天然气销售价格为2.6元/Nm 时,项目的财务内部收益 率为31.87%(税后),投资回收期为4.44 a(含1.5 a建设期),单位产品成本为1.3元/Nm 。 关键词:低浓度煤层气;提质;压缩天然气;技术经济性 中图分类号:TF526.4 文献标志码:A 文章编号:1006—6772(2018)02—0127—07 Technical and economic analysis of compressed natural gas production with coal——bed methane IJI Xuefci · , (1.Coal Chemistry Brnnch ofChina Coal Research]nstitute,Beijing 100013,China;2.State缸 Laboratory ofCoal Mining and Clean Utilization, Beiing 100013.Chifna:3.National Energy Technology&Equipment Laboratory ofCoal Utilization and Emission Control,Beijing 100013,China) Abstract:In order to increase the utilization rate and extend the utilization routes of low concentrated coal—bed methane,the equipments selection.utility consumption and project investment as well as economy and cost were calculated on the basis of as—developed low concen— trated coal bed methane(CBM)upgrade to compressed natural gas(CNG)technology,with an annual output of 20 million standard cubic meters natural gas project as example.The results shows that the electricity consumption is 15.625 6 million kWh;the water consumption is 26.72 thousand tons:the gas consumption is 0.96 million Nm ;the floor area is 18 thousand Ul .The total investment of this project is ¥78.46 million:while the construction investment is¥69.9 million.The construction cost is¥56.21 million and the other costs are ¥22.25 million.Accordingly.when the selling price of CNG is¥2.6 per Nm ,financial internal rate of return of the project is 31.87% (after tax);while the investment recovery period is 4.44 years(including 1.5 years constuctrion period).And the unit product cost is ¥1.3 per Nm . Key words:low concentration coal—bed gas;upgrading;compressed natural gas;technical and economic 0 引 言 气 J。结合煤炭生产布局开展的煤层气开发活动 称为瓦斯区煤层气开发,开发方式包括地面预抽、井 煤层气是以吸附状态赋存于煤层中的非常规天 然气,主要成分是甲烷 。甲烷引发温室效应的能 力是CO 的21倍。如果将煤层气有效处理并加以 利用,其燃烧热值与天然气相当,而且洁净不产生废 下预抽、采煤过程中抽和采煤后抽等 J。截至“十 二五”末期,我国煤层气(煤矿瓦斯)抽采量180 亿m 、利用量86亿m ,其中井下瓦斯抽采量136 亿m 、利用量48亿Ill ,利用率35.3%。地面煤层 收稿日期:2017—09-07;责任编辑:李柏熹DOI:10.13226/j.issn.1006—6772.2018.02.023 基金项目:国家科技重大专项资助项目(2016ZX05045—005) 作者简介:李雪飞(1980一),男,黑龙江哈尔滨人,副研究员,硕士,主要从事煤层气利用技术的研究,E-mail:lixfeilove@qq.conl 引用格式:李雪飞.低浓度煤层气提质制压缩天然气技术经济性分析[J].洁净煤技术,2018,24(1):127—133. IJI Xue ̄i.Technical and economic analysis of compressed natural gas production with coal—bed methane[J].Clean Coal Technology,2018,24 (1):127—133. 1 27 2018年第2期 洁净煤技术 第24卷 气产量44亿m 、利用量38亿m ,利用率 86.4%E4]。 目前,针对井下抽采瓦斯按浓度可分为3种利 用方式,即高浓度瓦斯利用(甲烷含量30%~ 90%)、低浓度瓦斯利用(甲烷含量<30%)、乏风瓦 斯利用(甲烷含量<8%) 。高浓度瓦斯利用主要 包括直接发电 J、民用和工业燃料 、提纯制压缩 天然气(CNG)和液化天然气(LNG)¨ 等;低浓度 瓦斯利用主要以发电、提纯利用为主¨ ;乏风瓦 斯利用主要是蓄热氧化利用 J。为提高低浓度 煤层气利用率,需要开发不同浓度范围的煤层气利 用技术,同时进行技术经济分析,以提高其竞争性和 市场应用前景。本文针对低浓度煤层气浓缩提质制 CNG技术,以年产2 000万Nm 压缩天然气项目为 例,进行了技术经济分析评价,为该技术的推广应用 提供指导。 1 技术选择 煤炭科学技术研究院有限公司经过“十一五” 和“十二五”的小试研发、中试放大验证及工业示 范,成功开发了低浓度煤层气提质利用技术,工艺流 程如图1所示。 i反回 排空 图1 低浓度煤层气提质制压缩天然气工艺流程 Fig.1 Process of CNG production with coal—bed methane 新鲜原料气经过安全输送系统后进人混合压缩 净化系统,与二级变压吸附装置返回的气体混合,混 合后原料气进入煤层气压缩机,排气压力0.4~ 0.5 MPa,压缩后气体经过滤装置、冷干机和活性炭 罐进行除尘、除水、除油处理,净化后的煤层气依次 进入两级变压吸附装置浓缩分离,变压吸附系统可 将原料气CH 从35%提浓至90%以上,提浓气体 压力0.3 MPa。尾气中CH 含量小于5%。提浓后 的煤层气进入CNG制备系统,经脱水处理后进入压 缩机压缩至25 MPa。CNG产品进入储气罐储存供 给CNG母站或子站。 工艺技术特点:①深度脱氧。一次吸附脱氧 率90%以上,0 体积分数可从12%~14%降至约 1 28 1%,后续浓缩安全可靠。②一次压缩多级浓缩。 可降低能耗20%以上,减少压缩设备投资。③浓 缩后气体带压。压力不浪费,CNG或LNG再加工 能耗低。④吸附剂效率高。装填量小,吸附塔体 积小,吸附剂总价相对便宜。⑤浓缩效率高。甲 烷体积分数从约30%浓缩至90%以上,吸附剂原 料气处理能力高,具有良好的抑爆及导静电能力, 吸附容量大,分离效率高。⑥产品方案灵活。带 压浓缩气可生产CNG、LNG,提高了项目的经济性 及抗风险能力。 2 工艺方案 2.1设计基础条件 原料气总量7 500 Nm /h,压力2—3 kPa,温度 ≤40℃,其组成为:CH4 30%,02 12%,CO2 1%,N2 57%。 2.2产品设计指标 产品气压力25 MPa,温度为常温,总量2 500 Nm /h,其组成为:CH 95.00%,02 0.4%,N2 4.60%。 2.3主要设备选型 主要设备选型见表1。安全输送系统主要设 备有水封阻火泄爆装置、气体计量撬、全自动反清 洗过滤器。混合压缩净化系统主要设备有混合 器、煤层气压缩机、过滤器、冷干机和活性炭过滤 器。变压吸附浓缩系统主要设备有一、二级吸附 塔、缓冲罐和真空泵。CNG制备系统主要设备有 天然气压缩机、调压计量撬、加臭机和单枪加气柱 等。公用工程及辅助设施主要有冷却塔、空压机 和软水装置。 2.4公用工程消耗 公用工程消耗见表2。公用工程消耗主要包括 压缩机和真空泵等动力设备电耗,压缩机和真空泵 等设备冷却用循环冷却水以及补充用新鲜水,仪表 阀门用仪表空气。 2.5占地及劳动定员 总占地面积约18 000 m 。工程生产装置和辅 助生产设施均为连续化生产,生产操作实行“四班 三运转”制,劳动定员共24人。 3投资及经济成本分析 3.1 工程投资 工程投资估算结果见表3。总投资7 846万元, 李雪飞:低浓度煤层气提质制压缩天然气技术经济性分析 2018年第2期 其中建设投资6 990万元,建设期借款利息590万 元,流动资金266万元。 3.2经济评价及成本估算 3.2.1 经济评价数据 电量1 562.56万kWh,电价0.65元/kWh;新鲜水 用量2.672万t,水价10元/t。 2)工人工资及福利费。人均工资及福利费按5 万元/a计。 1)原辅材料、动力燃料用量及价格(含税)。煤 层气用量1 900万Nm ,折纯价格0.25 Nm。;用 3)产品价格。压缩天然气(CNG)产品价格按 2.6元/Nm 计。 表1 主要设备一览 Table 1 List of major production equipment 用电量/kw 220 V.5O Hz 380 v 20 2 036 照明和仪表用电 压缩机和真空泵等用电 l29 2018年第2期 洁净煤技术 第24卷 3.2.2经济评价结果 后)为31.87%,投资回收期(所得税后)为4.44 a (含1.5 a建设期)。项目技术经济可行。 3.2.3 生产成本估算 经济评价结果见表4。项目总投资7 846万元, 其中建设投资6 988万元,建设期利息590万元,流 动资金266万元。项目年均销售收入5 294万元. 总成本费用2 683万元,利润总额2 177万元,净利 结合经济评价结果,工程投资财务从原材料、动 力、工资及福利费、修理费、折旧、摊销、利息等方面 对单位产品成本进行核算,其结果见表5。 润1 633万元。工程投资财务内部收益率(所得税 130 李雪飞:低浓度煤层气提质制压缩天然气技术经济性分析 201 8年第2期 , ● 2 2 2 2 2 2m ¨ _ 主要经济数据 项目总投资/万元 其中:规模总投资/万元 1.1.1 建设投资/万元 建设期利息/万元 流动资金/万元 资金筹措/万元 1.1.2 l 1.3 1 2 1.2.1 含其他融资费用 债务资金/万元 其中:借款/万元 1.2.2 项目资本金或注册资本 其中用于建设投资和建设期利息/万元 用于流动资金/万元 资本金占总投资比例/% 1.3 l_4 1.5 年均营业(销售)收入/万元 年均补贴收人和其他收入/万元 年均营业(销售)税金及附加/万元 1.6 1.7 年均增值税/万元 一 一 一 ~ 一 一 一 年均总成本费用/万元 其中:折J3I/万元 年均利润总额/万元 年均所得税/万元 年均净利润/万元 年均息税前利润/万元 ∞ 一 。 删 一 ~ 一 一 一 m 6 年均息税折旧摊销前利润/万元 评价指标 项目投资财务内部收益率/% 项目投资财务净现值/万元 项目投资回收期/a 项目投资财务内部收益率/% 项目投资财务净现值/万元 所得税前 所得税前 所得税前 所得税后 所得税后 所得税后 项目投资回收期/a 项目资本金内部收益率/% 项目资本金净现值/万元 投资各方财务内部收益率/% 总投资收益率/% 项目资本金净利润率/% (不包含建设平均) 营业(销售)利润率/% 成本费用利润率/% 从表5可以看出,单位产品完全成本为1.32 元/Nm。。CNG产品出厂价按2.6元/Nm。计,尚有 (非折纯)经过加工提纯后,可实现0.457元的收 益,年收益2 560万元(含销售税金附加及增值税), 在达到煤矿瓦斯综合治理要求的同时实现收益。 131 1.28元/Nm 的盈余。折合每立方低浓度煤层气 2018年第2期 洁净煤技术 第24卷 。㈧ 2 3 4 5 6 7 8 9 原材料 原料气/Nm。 阻燃材料/L 润滑油/t 0.962 7 0.000 000 29 0.000 000 02 O.25 4 000 242.34 240.67 1.1 8 0.49 511.98 18.39 l8.26 0.09 0.04 20 000 动力 38.84 1.Of} 新鲜水/t 电量/kwh O.0ol 3 0.767 5 24 1O.oo O.65 13.12 498.85 37.85 4.47 工资及福利费/人 修理费 其他费用 其他制造费 50 000 58.94 182.22 115 27 30.33 58.94 26.O0 158.8O 13.83 8.75 2.30 4.47 1.97 其他管理费用 其他营业(销售)费用 折旧 12.05 0.99 2 69 100 摊销 利息 完全成本 l3.11 35.39 1 3l8 04 开发[c]//第七次煤炭科学技术大会文集(下册).北京:煤炭 4 结 论 工业出版社,201 1:998—1003. 1)低浓度煤层气提质利用技术,可以将原料 CH 含量从35%提高到90%以上,O 含量从12% 【3]吴立新,赵路正.煤矿区煤层气利用技术[M].北京:中国石化 出版社,2014. 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