El metano de carbón (CBM), comúnmente conocido como "gas", es un gas natural no convencional adsorbido en los microporos de las vetas de carbón, cuyo componente principal es el metano (CH₄). A diferencia del gas natural convencional, la extracción de metano de carbón requiere drenaje y reducción de la presión para desorber el metano de la matriz de carbón. Se caracteriza por un alto contenido inicial de agua, baja presión y rápida descomposición, y un alto contenido de impurezas en polvo de carbón. El desarrollo eficiente de esta energía limpia es inseparable de la función principal del compresor.
1. Extracción de metano de carbón: las cuatro funciones principales del compresor
1. Aumento de la presión en boca de pozo y reducción de pérdidas
Tras la puesta en producción del pozo de metano de carbón, la presión disminuye rápidamente (de 3 MPa a 0,5 MPa en pocos meses). El gas a baja presión se presuriza a 0,8-1,5 MPa mediante el compresor de tornillo en cabeza de pozo para evitar la asfixia del pozo de gas por presión insuficiente. La tasa de recuperación de un solo pozo puede aumentarse en más de un 30 %.
2. Impulsión de tuberías de recolección y transporte
Implementar unidades de tornillo de frecuencia variable en las estaciones de recolección de gas para presurizar las fuentes de gas dispersas a 2,5-4,0 MPa e introducirlas en la red de tuberías principales. Por ejemplo, la cuenca de Qinshui, en la provincia de Shanxi, utiliza la compresión multietapa para concentrar y presurizar el gas producido por docenas de pozos y luego transportarlo a la planta de procesamiento.
3. Pretratamiento de purificación y licuefacción
El gas debe comprimirse a 15-25 MPa antes de la licuefacción (GNL) o la purificación (GNC). Los compresores reciprocantes sin aceite se han convertido en equipos clave para la presurización en la fase inicial de la licuefacción, ya que evitan la contaminación por aceite lubricante.
4. Protección ambiental y reducción de emisiones en circuito cerrado
El gas de escape (metano de ventilación) con una concentración inferior al 30 % durante el proceso de extracción se presuriza mediante un compresor de oxidación especial y se envía a un dispositivo catalítico, donde se convierte en energía térmica para su utilización, logrando emisiones prácticamente nulas.
Prohibiciones técnicas: Está absolutamente prohibido utilizar compresores convencionales de acero al carbono para procesar metano de carbón con contenido de azufre (H₂S > 50 ppm); de lo contrario, la corrosión por fragilización por hidrógeno provocará la rotura del cilindro.
Tipo de compresor: de tornillo con inyección de aceite
Escenarios de aplicación: impulsión de pozos, impulsión principal de estaciones de recolección de gas
Ventajas técnicas: resistencia al agua líquida y al polvo de carbón (<50 mg/m³) y ciclo de mantenimiento prolongado (8000 h)
Adaptabilidad del metano de carbón: Ocupa el 80 % del mercado y requiere un separador gas-líquido de alta eficiencia
Tipo de compresor: de tornillo seco
Escenarios de aplicación: metano de carbón con alto contenido de azufre, etapa inicial de licuefacción
Ventajas técnicas: producción 100 % libre de aceite, resistente a la corrosión por H₂S (recubrimiento especial)
Adaptabilidad del metano de carbón: Alto coste, apto para zonas mineras con un contenido de azufre superior a 5 g/m³
Tipo de compresor: reciprocante
Escenarios de aplicación: bajo caudal y alta relación de presión, preparación de GNC
Ventajas técnicas: alta relación de presión en una sola etapa (hasta 4:1)
Descripción de la adaptabilidad del metano de carbón: requiere prefiltración fina (polvo de carbón <5 μm)
Tipo de compresor: centrífugo
Escenarios de aplicación: transmisión externa y aumento de presión en grandes plantas de procesamiento
Ventajas técnicas: gran caudal (>200.000 m³/día) y funcionamiento sin pulsaciones
Descripción de la adaptabilidad del metano de carbón: aplicable únicamente a gas purificado con deshidratación profunda y eliminación de polvo
III. Línea de vida o muerte: área restringida segura de compresión de metano en yacimientos de carbón
1. Explosión por exceso de oxígeno
Cuando el contenido de oxígeno del gas es superior al 5 %, puede explotar al entrar en contacto con chispas mecánicas. Se debe instalar un analizador de oxígeno en línea y una válvula de cierre de emergencia. El compresor de la mina Liulin de Shanxi explotó debido a la infiltración de oxígeno.
2. Desgaste y deposición de polvo de carbón
Una concentración de polvo de carbón superior a 100 mg/m³ desgasta rápidamente el rotor y la deposición de carbón en la placa de la válvula provoca altas temperaturas. Es obligatoria la filtración en tres etapas (separación ciclónica + bolsa filtrante + filtración fina), con una precisión de filtración de 3 μm.
3. Daños por golpe de ariete líquido
La entrada de agua libre en el cilindro provocará la explosión del cilindro por golpe de ariete líquido. El sistema de enclavamiento del nivel de líquido del separador es un dispositivo vital que debe garantizar una eficiencia de separación gas-líquido superior al 99,9 %.
4. Monitoreo de fugas de metano
La sala de compresores debe estar equipada con un sensor láser de metano (límite de detección 0,1 % LIE). El proyecto Huaibei, en la provincia de Anhui, provocó una explosión en un taller debido a una fuga en un sello, lo que ocasionó pérdidas de más de 10 millones de yuanes.
4. Casos reales de combate: Revolución del metano en capas de carbón impulsada por compresores
Caso 1: Aumento de presión de grupos de pozos en la zona minera de Jincheng, Shanxi
Desafío: La presión de 300 pozos cayó por debajo de 0,3 MPa, y la producción diaria de gas de un solo pozo fue <500 m³
Solución: Implementar 42 máquinas de tornillo de inyección de petróleo de frecuencia variable (potencia de 90-160 kW), equipadas con tanques de deshidratación ciclónica
Resultados: La presión en boca de pozo aumentó a 1,2 MPa, la producción diaria de gas aumentó en 220.000 m³ y el periodo de recuperación de la inversión fue <2 años
Caso 2: Aprovechamiento de gas deficiente en viento en la zona minera de Fukang, Xinjiang
Problema: La concentración de metano en la ventilación es de tan solo el 0,8 %, lo cual no se puede Utilizado con tecnología tradicional
Innovación: Utiliza un compresor especial de pistón cerámico (resistente al ambiente de microoxígeno) para presurizar el gas a 0,5 MPa y luego enviarlo al dispositivo de oxidación con almacenamiento térmico.
Beneficios: La destrucción anual de 24 millones de m³ de metano equivale a una reducción de 360.000 toneladas en las emisiones de dióxido de carbono.
Conclusión: De "destructor de minas de carbón" a "energía cinética limpia"
La tecnología de compresores transforma el metano de yacimientos de carbón, pasando de ser un desastre minero sofocante a una energía verde controlable. En un entorno minero de baja presión, alto contenido de agua y alta concentración de impurezas, los compresores de tornillo con inyección de aceite se han convertido en la opción principal, y los modelos sin aceite son irremplazables en el procesamiento profundo. Con el desarrollo de la tecnología de fracturación supercrítica de CO₂, la minería de metano de yacimientos de carbón avanzará hacia vetas de carbón más profundas en el futuro, lo que requiere que los compresores funcionen de forma estable a una temperatura de 150 °C y una presión de 30 MPa. Los avances en la ciencia de los materiales y la tecnología de sellado están impulsando esta revolución energética a un nuevo nivel.
Según la Agencia Internacional de Energía (AIE), los recursos de metano de carbón de China, enterrados a menos de 2000 metros de profundidad, alcanzan los 36,8 billones de metros cúbicos, equivalentes a las reservas de gas natural de Rusia. La popularización de la tecnología de compresión eficiente convertirá a este "tesoro latente" en un verdadero punto de apoyo para la transformación hacia una economía baja en carbono.
