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煤層氣體抽放利用，低碳安全焉能忽視
發(fā)布時間：2022-06-15
煤層氣屬于清潔能源 符合“雙碳”大趨勢
2021年10月11日，國家強制性標準《煤礦低濃度瓦斯管道輸送安全保障系統(tǒng)設計規(guī)范》（GB 40881-2021）正式發(fā)布，于2022年5月1日起正式實施。
規(guī)范中規(guī)定了甲烷體積濃度大于或等于3%且小于30%的煤礦瓦斯管道輸送安全保障系統(tǒng)設計的基本要求、安全設施的安裝要求等內(nèi)容。
設計規(guī)范中還提到了瓦斯發(fā)電利用系統(tǒng)、地面瓦斯排空系統(tǒng)、采空區(qū)抽采低濃度瓦斯系統(tǒng)、低濃度瓦斯混配利用系統(tǒng)安全設施的安裝要求。在煤炭開采過程中，煤層氣，即人們常說的“煤礦瓦斯”是最讓人頭疼的問題。煤層氣利用的難點在于，所含甲烷的濃度受各種因素影響，變化較大。當前，瓦斯應用通常按照不同濃度進行梯度利用。而抽采濃度3%～9%的低濃度瓦斯之前沒有成熟的直接利用技術(shù)。
煤層氣分為高濃度瓦斯和低濃度瓦斯，高濃度瓦斯是指瓦斯?jié)舛却笥?5%的瓦斯，低濃度瓦斯是指瓦斯?jié)舛鹊陀?5%的瓦斯。據(jù)了解，我國煤層氣甲烷濃度超過80%的只有1%，濃度在30%—80%的占了5%，濃度在10%-30%的占比10%，濃度低于1%的占比達80%。目前，我們國家已將甲烷排放管控納入“雙碳”工作布局，煤礦低濃度瓦斯管道輸送安全保障系統(tǒng)設計規(guī)范》對煤層氣甲烷全濃度利用基礎創(chuàng)新提出更高要求。對煤層氣進行不同濃度的充分利用，既可以有效地解決煤礦瓦斯事故、改善煤礦安全生產(chǎn)條件，又有利于增加潔凈能源供應、減少溫室氣體排放，實現(xiàn)綠色健康發(fā)展。
煤層氣的利用及涉及到的危險氣體
作為礦井爆炸、人員傷亡等事故的“罪魁禍首”，煤層氣在很長一段時間都被認為是一種“危險”的氣體。其實，煤層氣是一種與天然氣有著相似特性的清潔燃料。
煤層氣是指賦存在煤層中，以甲烷為主要成分、以吸附在煤基質(zhì)顆粒表面為主，并部分游離于煤孔隙中或溶解于煤層水中的天然氣體，是煤的伴生礦產(chǎn)資源，屬非常規(guī)天然氣。
對于煤層氣，大家一般都認為它是一種燃料，可用作民用燃料、工業(yè)燃料、發(fā)電燃料、汽車燃料等。但是，如果認為煤層氣只能作為這些用途的話，那就太“小看”煤層氣啦！
按照使用層級分類，煤層氣的利用分可為3個層級：
第一個層級：清潔燃料，就是上述我們知道的一般用途，比如民用燃料，常見于廚房用氣等。第二個層級：利用煤層氣生產(chǎn)高品質(zhì)產(chǎn)品，比如陶瓷、玻璃等。第三個層級：煤層氣還可生產(chǎn)金剛石、石墨烯、納米洋蔥碳等高附加值產(chǎn)品。
按照使用方式分類，煤層氣主要分為作為氣體燃料和化工原料兩種方式：
煤層氣的熱值與天然氣相當，可以作為清潔的燃料氣用于工業(yè)、發(fā)電和民用等。相比煤等傳統(tǒng)化石燃料，煤層氣作為燃料可謂既經(jīng)濟又環(huán)保。
首先，煤層氣燃燒的熱效率比煤燃燒的熱效率更高，平均每250m3煤層氣燃燒放出的熱量與1噸標準煤相當。同時,煤層氣燃燒放出的CO2卻僅為燃煤的一半左右,還沒有含硫含氮的污染氣體以及煙塵、灰渣等。
作為氣體燃料，煤層氣常見用于工業(yè)爐，小型發(fā)電機組，居民用氣，汽車等的氣體燃料。
近年來，國內(nèi)外將煤層氣用于發(fā)電行業(yè)進展較大。比如，澳大利亞、英國等開發(fā)利用煤層氣的大國一般都會在煤礦區(qū)建設安裝以煤層氣為燃料的燃氣發(fā)電機組，以解決煤礦企業(yè)用電的問題。
高濃度煤層氣，以及經(jīng)過增濃的高濃度煤層氣可作為化工原料，生產(chǎn)多種化學工產(chǎn)品，如合成氫、甲醇、烯烴、二甲醚、合成油、制氫等。
甲醇是重要的化工產(chǎn)品,主要以天然氣、煤炭等為原料經(jīng)合成氣法生產(chǎn)。在天然氣資源極度短缺的形勢下，以煤層氣替代天然氣用于合成甲醇，無論從經(jīng)濟性方面，還是能源資源的合理利用方面，都非常具有可行性。
此外，富含甲烷的煤層氣具有一定的制氫潛力。氫能是最為潔凈、高效的能源之一，當下廣受世界各地追捧的燃料電池主要燃料就是氫氣，將煤層氣采用催化裂解、CO2重整等反應可得到合成氣，采用氣體分離技術(shù)即可得到氫能。
我們可以看到，在煤層氣的開發(fā)利用中，會涉及到諸多危險氣體，例如甲烷、二氧化碳、氮氣，隨著煤級不同，開發(fā)程度不同，還會涉及到乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、氫、一氧化碳、二氧化硫、硫化氫以及氦、氖、氬、氪、氙等危險氣體。
一氧化碳是無色、無味、無臭的氣體，微溶于水，能燃燒，當體積密度達到13%-17%時遇火源有爆炸性。同時，一氧化碳有劇毒，人體血液中的血紅素與一氧化碳的親和力比它與氧氣的親和力大250-300倍，因此，人體吸入含有一氧化碳的空氣時，會造成人體血液缺氧引起室息和中毒。
硫化氫是無色、微甜、略帶臭雞蛋味的氣體，易溶于水，當濃度達 4.3%-46%時具有爆炸性。同時，硫化氫也有劇毒，它不但能使人體血液缺氧中毒，同時對眼睛及呼吸道黏膜具有強烈的刺激作用，能引起鼻炎和肺、氣管炎和肺水腫。
二氧化硫是無色、有強烈硫磺及酸味的氣體，當空氣中二氧化硫濃度達到 0.0005%時即可聞到刺激氣味。溶于水，常常積聚在作業(yè)區(qū)域的底部。二氧化硫同樣有劇毒，空氣中的二氧化硫遇到水后生成硫酸，對眼睛有刺激作用，作業(yè)人員稱其為“瞎眼氣體”。
二氧化氮是一種紅褐色氣體，有強烈的刺激性氣味，易溶于水。遇到水后生成硝酸、對眼睛、呼吸道黏膜和肺部組織有強烈的刺激及腐蝕作用，嚴重時可引起肺水腫。二氧化氮的中毒有潛伏期，容易被人忽視。初期僅是對眼睛和喉有輕微的刺激癥狀，常不被注意，有的在嚴重中歐高度時尚無明顯感覺，還可堅持工作，但經(jīng)過6h甚至更長之間后才出現(xiàn)中毒征兆。
氨氣是一種無色、 有濃烈臭味的氣體，易溶于水，當空氣中的氨氣濃度達到 30%時遇火有爆炸性。氨氣有劇毒，對皮膚和呼吸道黏膜有刺激作用，可引起喉頭水腫，嚴重時失去知覺，以致死亡。
氫氣是無色、無味、無毒，是最輕的有害氣體，空氣中的氫氣濃度達到 4%-74%時遇到火源有爆炸危險。
除了上述有害氣體之外，煤層氣的氣體成份構(gòu)成中，甲烷的含量是最多的，這也是最值得注意的危險氣體。
甲烷氣體無色無味、無嗅無毒，具有易燃易爆特性，當空氣中的瓦斯含量為5%—15%時，遇火就會引起爆炸，對安全生產(chǎn)的威脅最大。同時它的溫室效應是二氧化碳的21倍，直接排放會嚴重破壞人類的生存環(huán)境。
理研計器-氣體檢測行業(yè)專家
近年來，我國煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展資源基礎不斷夯實，加快煤層氣的開發(fā)利用，是保障煤礦安全生產(chǎn)的重要手段，也是增加清潔能源供應的有效途徑。
資源開發(fā)的同時，氣體安全也不容忽視，我們必須在安全設置上做好準備，規(guī)避危險，氣體檢測儀就是其中的一個，我們需要應用氣體檢測儀來分析煤層氣的安全狀況才能夠正常地工作，氣體檢測儀在煤層氣產(chǎn)業(yè)開發(fā)應用中至關重要！
我們都知道，甲烷 (CH4)具有窒息性和爆炸性，對安全生產(chǎn)的威脅最大，所以煤層氣產(chǎn)業(yè)開發(fā)安全系統(tǒng)中最常用的一類氣體傳感器是甲烷氣體傳感器，通過對甲烷含量的檢測，來保障生產(chǎn)安全。
理研計器的氣體檢測儀最早就是應用于煤礦工業(yè)領域，重點就是煤礦的甲烷氣體檢測，自1939年創(chuàng)立以來，不斷改進產(chǎn)品，在日本全國的煤礦中得到了全面性的普及。
2014年，理研氣體檢測器3型被一般社團法人日本分析機器工業(yè)會及一般社團法人日本科學機器協(xié)會認定為分析儀器、科學儀器遺產(chǎn)。
正是因為有著80多年的產(chǎn)品應用經(jīng)驗，所以理研計器的甲烷傳感器CH4傳感器，具有優(yōu)異的耐久性與快速響應能力，可以檢測100%LEL水平爆炸下限的甲烷氣體，同時，線性輸出與輸出的高度穩(wěn)定性也是其主要特征。
此外，理研計器的甲烷傳感器CH4傳感器對硅化合物的耐受性更佳，更適應惡劣環(huán)境。
▼固定在線式
● SD-1系列、SD-D58等防爆型可燃氣體泄漏檢測儀，可以在一個地方監(jiān)視現(xiàn)場設置的多個氣體檢測儀的濃度。
理研計器的固定式氣體檢測儀就像一雙“火眼金睛”時刻處于監(jiān)測狀態(tài)，并將實時數(shù)值顯示在屏幕上，方便人員第一時間了解瓦斯?jié)舛炔⒛芗皶r采取相應措施。
同時，煤層氣的開發(fā)利用過程中還要同時監(jiān)測工作區(qū)域內(nèi)其它危險氣體的濃度，例如O2、H2S、CO、SO2、NH3等氣體。這就需要一些復合型的或是單一成分的便攜式氣體檢測儀發(fā)揮作用了。
理研計器的SP-220、 NC/GP-1000、GW-3、GX-3R/Pro等便攜式氣體檢測儀，都有專業(yè)用于這類氣體濃度監(jiān)控和報警的傳感器，具有穩(wěn)定性好，靈敏度高，快速響應以及性價比高等特點。
● SP-220手持式氣體檢漏儀，采用先進的氣體傳感器，功能穩(wěn)定，抗中毒性好。帶高精度液晶顯示，防爆型外殼。
這款檢測儀的特點是具有最大的靈活性，功能和操作簡單使用方法。應用于各種氣體走漏的場所，如：城市燃氣、石油、化工、制藥、鋼鐵、特別工業(yè)廠房等領域。實時檢測領域內(nèi)危險氣體的濃度，以確保工人的安全！
● NC/GP-1000便攜式可燃性氣體檢測儀，可按ppm等級測定各種可燃性氣體。
● 針對日常作業(yè)項目，作業(yè)人員可以攜帶便攜式氣體檢測器【GW-3,GX-3R/Pro】，可以及時發(fā)現(xiàn)有泄漏的氣體，以進行安全作業(yè)。
作業(yè)人員佩戴著專業(yè)的、可靠的儀器設備，如果遇到危險氣體，儀器就會立即報警，完全不用擔心那些悄無聲息的可燃有毒危險氣體。
理研計器的氣體檢測儀可有效的檢測出危險氣體的濃度，并作出報警提示，還可以設置一級、二級報警點與三級報警點。
尤其是理研的便攜式可隨處配戴的氣體檢測儀，在職工作業(yè)時，可提前得知危險并撤退，也是巡檢人員生命安全的保障，是職工保命的“小助手”。
結(jié)語
長期以來，以煤為主的化石能源在一定時期內(nèi)仍是我國主體能源，做好煤基的降碳、減碳、固碳是保障能源安全和實現(xiàn)‘雙碳’目標的必然途徑。加上氣體傳感器技術(shù)的保駕護航，讓煤層氣開發(fā)利用在安全的前提下，做到高效、集約的智能化發(fā)展！
理研計器擁有600多種氣體傳感器和100多種氣體探測器，未來，我們?nèi)詫⒉粩嚅_發(fā)新產(chǎn)品、研發(fā)各項新功能，使得氣體檢測儀在應用上更先進、更適合日新月異的市場環(huán)境，致力于為用戶提供一個最可靠、最準確、最安全的氣體檢測方案。
選擇氣體檢測儀，不能馬虎大意，理研計器80多年氣體檢測行業(yè)經(jīng)驗，一直關注各個行業(yè)的氣體安全狀況，極力解決用戶遇到的各種問題，針對不同環(huán)境下的氣體檢測，為用戶選配適合原理的檢測儀，用成熟的工藝完善氣體檢測系統(tǒng)。自1939年成立以來，理研計器一直用科學的方法營造氣體安全。80多年來一直關注各個行業(yè)的氣體安全狀況，極力解決用戶遇到的各種問題，針對不同環(huán)境下的氣體檢測，為用戶選配適合原理的檢測儀，用成熟的工藝完善氣體檢測系統(tǒng)。今后，我們將繼續(xù)在研發(fā)上投入力量，用高端精湛的技術(shù)“為人們締造安心的工作環(huán)境”。
如果您對氣體檢測技術(shù)有獨到之處，請說出來，請寫下來，把您的想法和見解發(fā)給我們。請讓我們?yōu)槟故驹谧钜鄣牡胤健?
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