科学技术创新破难题风排瓦斯化害为利
日期:2024-08-10 | 作者: 浓缩机
我国每年煤矿风排瓦斯(即乏风)排入大气的甲烷相当于西气东输1年的输气量,产生的温室气体效应约为2亿吨二氧化碳当量。胜动集团公司经过多年科技攻关,研制出国际领先的“煤矿乏风甲烷氧化装置及氧化热利用技术”。
胜利油田胜利动力机械集团有限公司(以下简称胜动集团公司)研制的“煤矿乏风甲烷氧化装置及氧化热利用技术”,则让人眼睛一亮:该技术不仅实现了瓦斯的零排放,而且把难以利用的超低浓度瓦斯变废为宝。
何谓风排瓦斯?与煤矿打了大半生交道的原平顶山煤矿集团总工张铁岗院士介绍说,根据瓦斯浓度的不同,煤矿一般都会采用3种方式处理瓦斯:对浓度高于90%的,通过地面钻井开采;对浓度在3%—80%之间的,实行井下抽排;对浓度在0.75%以下的瓦斯,则采取通风的方式排出——这种瓦斯就是风排瓦斯,俗称煤矿乏风。
“风排瓦斯虽然浓度极低,但总量特别巨大,所含的甲烷约占我国煤矿瓦斯甲烷总量的81%,1年的排放量在150亿立方米以上。”张院士和记者说,由于浓度太低,利用技术难度特别大,所以长期以来风排瓦斯都被白白排到空气中了。
“150亿立方米是什么概念?相当于1500万吨原油、3000多万吨煤炭,折合成天然气是120亿立方米——也就是西气东输工程1年的输气量。”说到这儿,张院士一脸焦急,“甲烷的温室效应是二氧化碳的20多倍,每年风排瓦斯排出的甲烷相当于2亿吨二氧化碳。目前在国际碳汇市场,每吨二氧化碳的减排量可以卖85块钱,150亿立方米甲烷的减排和利用,可获得170亿人民币的收益。因此,无论从哪个方面讲,风排瓦斯都不能再空排了!”
与张铁岗院士一样“看在眼里、急在心上”的,还有胜动集团公司。作为国内顶级规模的燃气内燃机生产研发基地,该公司在10多年前就开始研究瓦斯的利用问题,在2000年研制成功煤矿瓦斯发电机组,将浓度和压力多变的煤矿高浓度瓦斯(浓度大于30%)用于燃气内燃机发电;2005年,该公司发明了“煤矿瓦斯与细水雾混合输送方法及装置”等系列专利技术,将煤矿瓦斯的利用范围从30%拓展到6%。
在此基础上,胜动集团公司又把目光瞄准了甲烷浓度低于0.75%的煤矿乏风利用。集团公司副总工马晓钟带领的科研团队经过无数次失败,终于在2006年研制出第一台解决能力为12500立方米/小时的“煤矿乏风甲烷氧化装置”,并取得国家专利。该装置主要由逆流式固定氧化床和控制管理系统两部分构成,其工作原理是:先用外部能源(如电能)对氧化床加热,创造甲烷氧化反应的环境(1000摄氏度);然后把通风瓦斯引入氧化床,氧化产热,产生的热量一部分维持氧化反应,多余部分则以水蒸气形式排出,用于制冷、制热或发电。
2006年9月,该装置安装到阜新矿业集团恒大公司北风井进行工业性试验,并于次年4月试运行。根据结果得出,甲烷氧化率在95%以上,接近零排放;当甲烷浓度在0.3%以下时,氧化所产生的热量可以维持氧化作用接着来进行;甲烷浓度达到0.5%以上时,产生的蒸汽能够适用于制冷、制热、发电等,实现阶梯利用。
2007年8月,发改委、安监总局、环保总局和中国煤炭工业协会派出由中国工程院院士周世宁、张铁岗和著名瓦斯专家卢鉴章领衔的专家组评议委员会,到实验现场进行考察。经过两天的实地考察,评议委员会的专家一致认为:“煤矿乏风逆流氧化技术及其装置”总体达到国际领先水平,工艺流程和氧化技术有重要创新,为我国煤矿风排瓦斯的利用和处理提供了有效的新技术和设备,对促进节能减排和煤矿安全生产有重要的现实意义,建议大力推广应用。
胜动集团公司乘胜前进,又于2007年10月研制出解决能力为6万立方米/小时的乏风氧化装置。至此,胜动集团公司实现了对不同甲烷浓度的瓦斯的全覆盖利用。目前,他们正在与第一个吃螃蟹的阜新矿业集团协商,计划先期在该集团艾友煤矿安装10台6万立方米/小时的乏风氧化装置。
阜新矿业集团副总工程师魏化兴给记者算了一笔账:10台装置每小时氧化乏风60万立方米(甲烷浓度0.6%),氧化甲烷3600立方米,由此产生的热能能代替1台15吨的蒸汽锅炉,1天可节煤72吨,如果按1吨煤400块钱计算,一天就能节省28800多元;如果算碳汇账,就更可观:氧化3600立方米甲烷相当于减排二氧化碳50吨,1天就可以卖碳汇指标1万多欧元……
“现在有多家碳汇公司跟我们洽谈,一旦投入到正常的使用中,这10台氧化装置就成了名符其实的摇钱树——既减少了温室气体排放,又有可观的经济效益!”魏化兴说。
“国际社会应对气候变化步伐的加快、巨大的碳汇市场,以及我国节能减排力度的不断加大,使瓦斯利用的前景极为广阔。”胜动集团公司陈宜亮总裁和记者说:“目前我们正与许多国内外公司积极洽谈,推广瓦斯利用装置。《中国应对气候平均状态随时间的变化国家方案》提出,到2010年减排二氧化碳10亿吨,如果全国一半的煤矿乏风得到氧化处理、利用,每年相当于减排1亿吨二氧化碳,并且可获得8亿欧元的减排收入和24亿元人民币的节能收入。为我国的节能减排事业和应对全球气候变暖做贡献,既是我们的责任,也是我们的光荣。”