山西重点煤矿区瓦斯梯级利用关键技术与工程示范

山西重点煤矿区包括晋城、阳泉、西山、汾西、潞安等矿区,是“十三五”国家科技重大专项“山西重点煤矿区煤层气与煤炭协调开发示范工程”的主要实施地点。依托国家科技重大专项项目资助,研发了煤矿瓦斯梯级利用系列技术,并进行工程示范,引导山西重点煤矿区瓦斯抽采量与利用量由2015年的60.2亿m3和22.3亿m3提高至2020年的64.03亿m3和28.94亿m3,利用率由37%提升至45%,在保障煤矿安全开采的前提下极大地助力碳达峰碳中和目标的实现。梯级利用主要是根据甲烷浓度高低分别加以综合利用,对于甲烷体积分数≥30%的高浓度煤矿瓦斯,可以进行集输后按照效益最大化原则进行发电、民用、工业利用等。对于甲烷体积分数<30%的低浓度瓦斯,依据不同浓度瓦斯利用技术差异性及适应性,将低浓度瓦斯的浓度利用区间划分为4级:甲烷体积分数介于16%~30%的低浓度瓦斯可采用变压吸附技术,提纯后可使甲烷体积分数达到30%以上满足后续民用及集输等要求,该项技术已在晋城矿区成庄矿建设了处理能力为12 000 m3/h的示范装置;在有高浓度煤矿瓦斯的矿区也可利用掺混技术直接将甲烷体积分数提高至30%以上进行集输利用。甲烷体积分数介于9%~16%的低浓度瓦斯可采用就地发电技术,转化为电能后可自用或上网,该技术已在晋城矿区赵庄矿、胡底矿、长平矿等建设了示范装置。甲烷体积分数介于6%~9%的低浓度瓦斯可采用直燃技术,转化为热能后进行电、热、冷三联供,该技术已在成庄矿建设了示范装置。甲烷体积分数介于1%~6%的低浓度瓦斯可采用蓄热氧化与掺混技术,同样转化为热能后进行电、热、冷三联供,该技术已在华阳新材料科技集团有限公司(原阳泉煤业集团)一矿及五矿建设了示范装置。低浓度瓦斯梯级利用技术虽然在山西重点煤矿区进行了成功示范,但目前仍存在很多技术经济难题,在碳达峰碳中和目标下,亟需进行持续攻关并快速提高利用率。