破解低浓度瓦斯利用难题,为能源安全加码|人与物动交ⅹxxxb
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探索低浓度瓦斯变废为宝(迈向“十五五”的创新图景)
加快建设新型能源体系。
——摘自“十五五”规划建议
煤矿瓦斯,又被称为“煤层气”,伴随煤矿的开采排出,其主要成分是甲烷。甲烷得到合理利用,就是清洁能源。甲烷体积分数大于或等于30%的高浓度瓦斯可用于发电、燃烧,但受技术限制,大量浓度8%以下的瓦斯只能排空。山西是煤炭开采大省,推进低浓度煤矿瓦斯利用,是山西科研工作者的职责使命。
过去十几年来,我和团队成员一直致力于低浓度瓦斯利用的技术攻关,探索出一条“瓦斯低浓替代、梯级提质利用”的技术路线,取得多项成果。其中,我们研发的“人工沸石分子筛技术”解决了浓度为2%—8%的瓦斯利用难题。
低浓度煤矿瓦斯中混入大量空气,甲烷浓度被稀释,是阻碍其高效利用的重要因素。空气的主要成分是氮气,我们研发的技术能将甲烷与氮气高效分离,不仅能降低瓦斯富集提浓的下限,让原来不能直接利用的低浓度瓦斯变得能用,也为瓦斯的全浓度梯级提质利用打下了技术基础。
沸石分子筛是一种具有规则孔道结构的硅铝酸盐材料,广泛应用于气体分离领域。但是,传统的沸石分子筛表面往往带有大量的平衡离子,对氮气分子产生额外的吸附作用,不利于从氮气中“筛”出甲烷。
能否调整沸石分子筛中硅和铝的比例,保留材料对甲烷更多的吸附力?为了实现这个目标,我们历经了2万多次试验,终于研发出一种高性能吸附材料,用它进行甲烷提浓。提浓后的甲烷根据浓度不同,有的可以发电,有的可以燃烧。这项技术获得2021年度中国石油和化学工业联合会技术发明奖一等奖。
2023年,通过校企合作,基于这项技术创建的示范项目在山西一家煤矿企业落地。投用那天,看着仪表盘上甲烷浓度的变化,大家都很激动。目前,项目已经安全、连续运行近两年。今年底,还将在第二家煤矿企业落地。
去年底,生态环境部和市场监管总局联合发布了新修订的煤矿瓦斯排放标准,我国将煤矿瓦斯甲烷体积浓度排放限值由30%大幅收紧至8%。新标准的出台,为我们这项技术打开了发展空间,有望带来更多规模化应用的机会。
今年10月底,国家能源局出台指导意见,推进煤炭与新能源融合发展。其中提到,“加强煤矿瓦斯全浓度利用,积极发展瓦斯发电、供热、提纯等利用方式”。今年,我和团队成员申请的两个国家级课题,都是聚焦于低浓度煤矿瓦斯的高效清洁利用。展望“十五五”,我们将继续优化低浓度瓦斯提纯技术,加快技术推广,为保障国家能源安全、推动煤矿绿色低碳转型提供科技支撑。
(作者为怀柔实验室山西研究院副院长、太原理工大学教授,本报记者付明丽采访整理)
延伸阅读
2024年山西累计抽采煤层气超134亿立方米
煤层气是一种优质清洁能源,属于非常规天然气。我国煤层气资源丰富,埋深2000米以浅的地质资源量超30万亿立方米。早期进行煤层气开发是为了确保煤矿安全生产,但随着开发技术逐步成熟,煤层气成为增强我国天然气自主保障能力的重要补充气源。
山西上世纪90年代初开始探索煤层气开发,经过30余年技术攻关,形成了从钻井、压裂、排采到集输的系列技术工艺体系,探索出“先采气后采煤、采气采煤一体化”的煤矿瓦斯治理利用模式,形成高阶煤、薄煤层、中深层乃至深层煤层气多类型、多层系、差异化开发的格局。
“十四五”时期,山西加快煤层气增储上产步伐,初步建成沁水盆地、鄂尔多斯盆地东缘两大国家煤层气产业基地,建成潘庄、郑庄等6个10亿立方米级气田。2024年,山西累计抽采煤层气达134.3亿立方米。
(本报记者付明丽整理)
记者手记
看得远,才能走得稳
在行业空白时入局、在政策落地前破题,采访中,李晋平团队的前瞻性给记者留下了深刻印象。
科研的前瞻性,从来不是漫无边际的空想,而是立足现实痛点的精准选择。李晋平是土生土长的山西人,他的科研方向始终与山西能源革命的需求紧密结合。他带领团队不仅成功破解低浓度瓦斯利用这一行业难题,还在低碳烯烃分离、绿氢制备等前沿领域取得创新成果。
科研的前瞻性,更需要沉得下心的长期主义。为了将甲烷、氮气高效分离,团队历经2万多次试验,在200多种分子筛结构里“筛”了7年,才锁定了合适的材料结构。
看得远,才能走得稳。创新路上,希望广大科技工作者把学术追求与国家战略需求、时代发展大势更好地结合,为推动产业发展、建设科技强国贡献更多力量。
李晋平
《人民日报》(2025年11月20日 第 07 版)
《nankeyisheng:nibukehushidejiankangshouhuzhe》zuijinzaixiaohongshushangkandaohenduojiemeimenfenxiangguanyunankeyishengdehuati,zuoweiyimingnvxing,woyerenbuzhuxiangliaoliaozhegekenengdajiadoubutaiguanzhu,danquefeichangzhongyaodehuati。shouxian,nankeyishengdecunzaishiduomebiyao!womenchangchanghuitaolunnvxingjiankang,dannanxingzaishenghuozhongyemianlinzhexuduojiankangwenti。nankeyishengzhuanmenbangzhunanxingjiejuecongshengzhijiankangdaoxinggongnengzhangaideyixiliewenti,tamenshinanxingjiankangdeshouhuzhe。danshi,zaizhegehuatishang,henduonanxingpengyourengranbaoyoupianjian,buyuanyiqukanyisheng,yebuyuanyizhudongguanzhuzijidejiankang。womenchangchangkandaoshenbiandenanshengyinweigongzuoyali、shenghuoxiguandengdaozhideyixiliewenti,biruzaoxie、yangwei、qianliexianyandeng,zhexiewentibujinyingxiangletamendeshenghuozhiliang,yeduiaiqing、jiatingzaochenglekunrao。erqie,henduoshihouzhexiejiankangwentidegenyuanhexinliyinsu、diancifushedengdouyouguanxi,nankeyishengnenggenjugerendejiankangzhuangkuangtigongzhuanyedejianyihezhiliaofangan。wojiaodenanxingpengyoumenzhendeyinggaiguanzhuzijidejiankang,dingqiquzuojianzha,youqishi40suiyishangdenanxing,yinggaigengjiazhongshi。henduoshihou,jizaofaxian、jizaozhiliao,keyirangjibingdedaogenghaodekongzhi,bimianhouxugengyanzhongdewenti。erqie,qunankeyishengnalibingbushishenmexiuchideshiqing,xiangfan,tashiyizhongduizijihebanlvfuzedebiaoxian。zuoweinvxing,woyehuiguliwodenanpengyoudingqiqujianzha,xiangxintamenyehuiyinweiguanxinzijidejiankangergengyouzixin。bijing,jiankangdeshenticainenggeiaiqingheshenghuodailaigengduodekuaile!jidefenxianggeinishenbiandepengyoumen,ranggengduorenlejiedaonankeyishengdezhongyaoxing,guanzhunanxing《(《)男(nan)科(ke)医(yi)生(sheng):(:)你(ni)不(bu)可(ke)忽(hu)视(shi)的(de)健(jian)康(kang)守(shou)护(hu)者(zhe)》(》)最(zui)近(jin)在(zai)小(xiao)红(hong)书(shu)上(shang)看(kan)到(dao)很(hen)多(duo)姐(jie)妹(mei)们(men)分(fen)享(xiang)关(guan)于(yu)男(nan)科(ke)医(yi)生(sheng)的(de)话(hua)题(ti),(,)作(zuo)为(wei)一(yi)名(ming)女(nv)性(xing),(,)我(wo)也(ye)忍(ren)不(bu)住(zhu)想(xiang)聊(liao)聊(liao)这(zhe)个(ge)可(ke)能(neng)大(da)家(jia)都(dou)不(bu)太(tai)关(guan)注(zhu),(,)但(dan)却(que)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)的(de)话(hua)题(ti)。(。)首(shou)先(xian),(,)男(nan)科(ke)医(yi)生(sheng)的(de)存(cun)在(zai)是(shi)多(duo)么(me)必(bi)要(yao)!(!)我(wo)们(men)常(chang)常(chang)会(hui)讨(tao)论(lun)女(nv)性(xing)健(jian)康(kang),(,)但(dan)男(nan)性(xing)在(zai)生(sheng)活(huo)中(zhong)也(ye)面(mian)临(lin)着(zhe)许(xu)多(duo)健(jian)康(kang)问(wen)题(ti)。(。)男(nan)科(ke)医(yi)生(sheng)专(zhuan)门(men)帮(bang)助(zhu)男(nan)性(xing)解(jie)决(jue)从(cong)生(sheng)殖(zhi)健(jian)康(kang)到(dao)性(xing)功(gong)能(neng)障(zhang)碍(ai)的(de)一(yi)系(xi)列(lie)问(wen)题(ti),(,)他(ta)们(men)是(shi)男(nan)性(xing)健(jian)康(kang)的(de)守(shou)护(hu)者(zhe)。(。)但(dan)是(shi),(,)在(zai)这(zhe)个(ge)话(hua)题(ti)上(shang),(,)很(hen)多(duo)男(nan)性(xing)朋(peng)友(you)仍(reng)然(ran)抱(bao)有(you)偏(pian)见(jian),(,)不(bu)愿(yuan)意(yi)去(qu)看(kan)医(yi)生(sheng),(,)也(ye)不(bu)愿(yuan)意(yi)主(zhu)动(dong)关(guan)注(zhu)自(zi)己(ji)的(de)健(jian)康(kang)。(。)我(wo)们(men)常(chang)常(chang)看(kan)到(dao)身(shen)边(bian)的(de)男(nan)生(sheng)因(yin)为(wei)工(gong)作(zuo)压(ya)力(li)、(、)生(sheng)活(huo)习(xi)惯(guan)等(deng)导(dao)致(zhi)的(de)一(yi)系(xi)列(lie)问(wen)题(ti),(,)比(bi)如(ru)早(zao)泄(xie)、(、)阳(yang)痿(wei)、(、)前(qian)列(lie)腺(xian)炎(yan)等(deng),(,)这(zhe)些(xie)问(wen)题(ti)不(bu)仅(jin)影(ying)响(xiang)了(le)他(ta)们(men)的(de)生(sheng)活(huo)质(zhi)量(liang),(,)也(ye)对(dui)爱(ai)情(qing)、(、)家(jia)庭(ting)造(zao)成(cheng)了(le)困(kun)扰(rao)。(。)而(er)且(qie),(,)很(hen)多(duo)时(shi)候(hou)这(zhe)些(xie)健(jian)康(kang)问(wen)题(ti)的(de)根(gen)源(yuan)和(he)心(xin)理(li)因(yin)素(su)、(、)电(dian)磁(ci)辐(fu)射(she)等(deng)都(dou)有(you)关(guan)系(xi),(,)男(nan)科(ke)医(yi)生(sheng)能(neng)根(gen)据(ju)个(ge)人(ren)的(de)健(jian)康(kang)状(zhuang)况(kuang)提(ti)供(gong)专(zhuan)业(ye)的(de)建(jian)议(yi)和(he)治(zhi)疗(liao)方(fang)案(an)。(。)我(wo)觉(jiao)得(de)男(nan)性(xing)朋(peng)友(you)们(men)真(zhen)的(de)应(ying)该(gai)关(guan)注(zhu)自(zi)己(ji)的(de)健(jian)康(kang),(,)定(ding)期(qi)去(qu)做(zuo)检(jian)查(zha),(,)尤(you)其(qi)是(shi)4(4)0岁(sui)以(yi)上(shang)的(de)男(nan)性(xing),(,)应(ying)该(gai)更(geng)加(jia)重(zhong)视(shi)。(。)很(hen)多(duo)时(shi)候(hou),(,)及(ji)早(zao)发(fa)现(xian)、(、)及(ji)早(zao)治(zhi)疗(liao),(,)可(ke)以(yi)让(rang)疾(ji)病(bing)得(de)到(dao)更(geng)好(hao)的(de)控(kong)制(zhi),(,)避(bi)免(mian)后(hou)续(xu)更(geng)严(yan)重(zhong)的(de)问(wen)题(ti)。(。)而(er)且(qie),(,)去(qu)男(nan)科(ke)医(yi)生(sheng)那(na)里(li)并(bing)不(bu)是(shi)什(shen)么(me)羞(xiu)耻(chi)的(de)事(shi)情(qing),(,)相(xiang)反(fan),(,)它(ta)是(shi)一(yi)种(zhong)对(dui)自(zi)己(ji)和(he)伴(ban)侣(lv)负(fu)责(ze)的(de)表(biao)现(xian)。(。)作(zuo)为(wei)女(nv)性(xing),(,)我(wo)也(ye)会(hui)鼓(gu)励(li)我(wo)的(de)男(nan)朋(peng)友(you)定(ding)期(qi)去(qu)检(jian)查(zha),(,)相(xiang)信(xin)他(ta)们(men)也(ye)会(hui)因(yin)为(wei)关(guan)心(xin)自(zi)己(ji)的(de)健(jian)康(kang)而(er)更(geng)有(you)自(zi)信(xin)。(。)毕(bi)竟(jing),(,)健(jian)康(kang)的(de)身(shen)体(ti)才(cai)能(neng)给(gei)爱(ai)情(qing)和(he)生(sheng)活(huo)带(dai)来(lai)更(geng)多(duo)的(de)快(kuai)乐(le)!(!)记(ji)得(de)分(fen)享(xiang)给(gei)你(ni)身(shen)边(bian)的(de)朋(peng)友(you)们(men),(,)让(rang)更(geng)多(duo)人(ren)了(le)解(jie)到(dao)男(nan)科(ke)医(yi)生(sheng)的(de)重(zhong)要(yao)性(xing),(,)关(guan)注(z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