【转】我国煤层气分离液化工业性装置试验成功

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科学时报 2007-8-9   


  本报8月9日山西阳泉讯(记者 郑千里 王静) 瓦斯爆炸引起的矿难是我国煤矿安全生产的最大威胁之一。据有关部门统计，我国国有煤矿高瓦斯和瓦斯突出矿井占总矿井数的46%，每年因瓦斯灾害造成的死亡人数达2000人以上。仅最近15年，因瓦斯事故而死亡的人数约占煤炭行业工伤事故死亡人数的30%～40%，占重大事故的70%～80%，直接经济损失超过500亿元。因而瓦斯事故造成的人员伤亡和巨大经济损失，在社会上形成很大负面影响。8月9日，山西阳泉传出振奋人心的消息：由中科院理化技术研究所、北京赞成国际投资有限公司和山西阳泉煤业集团共同完成的煤层气分离、液化工业性实验装置在国际上首次试验成功。这意味着我国煤矿祸患——瓦斯将得到有效治理和安全利用，其经济效益、环境效益不可估量，成为我国节能减排、有效利用资源的成功范例。

  据有关专家介绍，煤层气俗称瓦斯。它是一种留存或吸附在煤层中、基本上未经转移的可燃性气体，也称非常规天然气，其主要成分是甲烷。在煤矿开采过程中，必须提前将它抽放掉，否则就会对采矿人员的生命安全带来严重的威胁。同时，煤层气也是一种宝贵的清洁能源和重要的化工原料，其热值与天然气相当，而且燃烧后很洁净，几乎不产生任何废气，是上好的工业、化工、发电和居民生活燃料。煤层气如不有效地被利用而对空排放，其温室气体对大气臭氧层的破坏是二氧化碳的21-23倍。

  有统计数据显示，我国煤层气年产量高于当年天然气的全年总产量，而我国煤层气开发利用却很少，更少有工业上的应用。我国每年排入大气的煤层气比例巨大，不但造成了严重的大气污染，也是严重的资源浪费。我国煤矿煤层气的特点是单井产量不高，单井铺设管道外输，经济上往往不合算，企业没有积极性。虽然煤矿可通过地面打井开采煤层气，纯度也很高，甲烷含量在95%以上，利用起来也较为方便，可以把许多口井的气集中起来，然后铺设管道向外输送。或者将其液化，制成低温的液化天然气，可用槽车很灵活地运送出去。但是，采煤过程中抽放的煤层气，压力很低，甲烷含量也低，约在50%左右，有的甚至低至30%以下。抽放的煤层气中混有空气。由于空气中的氧气是危险的助燃剂，这就给煤层气的加工和输送带来了困难。这种含空气的煤层气通常只能就地使用，放空浪费的现象就更严重，这个问题一直没有得到很好的解决，并给煤矿安全生产带来巨大损失。这种采煤过程中抽放的煤层气，就是含氧煤层气。

  为解决这一难题，目前国际上主要开展了四种不同方法的研究。即变压吸附法、膜分离法、燃烧脱氧法和低温精馏分离法等，但截止目前，前三种方法尚未一例在工业化获得成功应用，我国科研人员研制的低温精馏法于本月试验成功，因而成为国际首例。

  中科院理化技术研究所是我国最早从事气体制冷和液化设计、成套集成的单位。该所研究员杨克剑从事低温技术研究几十年，曾参与了我国最早的批量生产氦液化设备工作，比天然气、煤层气液化的温度低很多。在20世纪60、70、80年代，他带领研究生和实验室的科研人员，主持了我国航天事业低温系统的设计和研制，满足了多种型号的人造卫星的低温实验。近些年，当他考察我国各大煤矿的煤层气资源时后，仔细研究了这种含空气煤层气的特点，向国内一家大型煤矿首先提出了一个采用低温分离的方法、将这种煤层气中的甲烷等可燃性气体从混合气中分离、液化的方案。几年过去，他们已经申请了解决此问题的国家发明专利。

  2003年，杨克剑领导的研究小组通过与有志于环保事业的民营企业——北京赞成国际投资有限公司合作，在实验室完成了煤层气的成功分离与液化。2005年，他们进一步与山西阳泉煤业集团合作，开展煤层气的工业性分离与液化。半年过去，他们成功地设计、完成了每天处理4300万立方试验装置，并一次调式成功，液体甲烷8月7日从液化分离装置中源源不断地流出，成为世界上首次在工业上成功分离、液化煤层气的试验。

  据悉，在他们的试验过程中，我国许多煤矿一直“紧盯”他们的研究进展。阳泉的试验结果一出来，晋城、辽河油田的电话就催促着签定合作协议。显然，在当前国家大力强调节约资源、节能减排的政策指导下，他们将有接不完的课题、做不完的生意，也必将为我国煤矿安全生产和资源的有效利用做出重大贡献。