邱 炯绘
如何科学处置被称为“定时炸弹”的煤矿瓦斯，特别是浓度在0.75%以下的风排瓦斯，是一道世界难题：不排干净会威胁矿工安全，排到空中又加剧全球变暖、浪费能源。
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。
既浪费能源又破坏环境
风排瓦斯不能再空排了
何谓风排瓦斯？与煤矿打了大半辈子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。”张院士告诉记者，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元人民币，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！”
科技创新破解难题
风排瓦斯实现阶梯利用
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。作为国内规模最大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年研制出第一台处理能力为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）对氧化床进行加热，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。结果表明，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继续进行；甲烷浓度达到0.5％以上时，产生的蒸汽可以用于制冷、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”总体达到国际先进水平，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。
既节约能源又创造效益
一台装置就是一棵摇钱树
胜动集团公司乘胜前进，又于2007年10月研制出处理能力为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，由此产生的热能可以代替1台15吨的蒸汽锅炉，1天可节煤72吨，如果按1吨煤400元人民币计算，一天就能节省28800多元；如果算碳汇账，就更加可观：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，一旦投入使用，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告诉记者：“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。”
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