科学技术创新破难题风排瓦斯化害为利

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  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。”