煤層氣體抽放利用，低碳安全焉能忽視

煤層氣屬于清潔能源 符合“雙碳”大趨勢(shì)

2021年10月11日，國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)《煤礦低濃度瓦斯管道輸送安全保障系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 40881-2021）正式發(fā)布，于2022年5月1日起正式實(shí)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(shè)計(jì)的基本要求、安全設(shè)施的安裝要求等內(nèi)容。

設(shè)計(jì)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(shè)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(diǎn)在于，所含甲烷的濃度受各種因素影響，變化較大。當(dāng)前，瓦斯應(yīng)用通常按照不同濃度進(jìn)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(dá)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(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)煤層氣甲烷全濃度利用基礎(chǔ)創(chuàng)新提出更高要求。對(duì)煤層氣進(jìn)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(yīng)、減少溫室氣體排放，實(shí)現(xiàn)綠色健康發(fā)展。

煤層氣的利用及涉及到的危險(xiǎn)氣體

作為礦井爆炸、人員傷亡等事故的“罪魁禍?zhǔn)住?，煤層氣在很長(zhǎng)一段時(shí)間都被認(rèn)為是一種“危險(xiǎn)”的氣體。其實(shí)，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(duì)于煤層氣，大家一般都認(rèn)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(rèn)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(jí)分類，煤層氣的利用分可為3個(gè)層級(jí)：

第一個(gè)層級(jí)：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(gè)層級(jí)：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(gè)層級(jí)：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(dāng)，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(jì)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(biāo)準(zhǔn)煤相當(dāng)。同時(shí),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(jī)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(jìn)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(huì)在煤礦區(qū)建設(shè)安裝以煤層氣為燃料的燃?xì)獍l(fā)電機(jī)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(xué)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(shì)下，以煤層氣替代天然氣用于合成甲醇，無論從經(jīng)濟(jì)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(dāng)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(yīng)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(huì)涉及到諸多危險(xiǎn)氣體，例如甲烷、二氧化碳、氮?dú)?，隨著煤級(jí)不同，開發(fā)程度不同，還會(huì)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(xiǎn)氣體。

一氧化碳是無色、無味、無臭的氣體，微溶于水，能燃燒，當(dāng)體積密度達(dá)到13%-17%時(shí)遇火源有爆炸性。同時(shí)，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(shí)，會(huì)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(dāng)濃度達(dá) 4.3%-46%時(shí)具有爆炸性。同時(shí)，硫化氫也有劇毒，它不但能使人體血液缺氧中毒，同時(shí)對(duì)眼睛及呼吸道黏膜具有強(qiáng)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(qiáng)烈硫磺及酸味的氣體，當(dāng)空氣中二氧化硫濃度達(dá)到 0.0005%時(shí)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(duì)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(qiáng)烈的刺激性氣味，易溶于水。遇到水后生成硝酸、對(duì)眼睛、呼吸道黏膜和肺部組織有強(qiáng)烈的刺激及腐蝕作用，嚴(yán)重時(shí)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(duì)眼睛和喉有輕微的刺激癥狀，常不被注意，有的在嚴(yán)重中歐高度時(shí)尚無明顯感覺，還可堅(jiān)持工作，但經(jīng)過6h甚至更長(zhǎng)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(dāng)空氣中的氨氣濃度達(dá)到 30%時(shí)遇火有爆炸性。氨氣有劇毒，對(duì)皮膚和呼吸道黏膜有刺激作用，可引起喉頭水腫，嚴(yán)重時(shí)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(dá)到 4%-74%時(shí)遇到火源有爆炸危險(xiǎn)。

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(xiǎn)氣體。

甲烷氣體無色無味、無嗅無毒，具有易燃易爆特性，當(dāng)空氣中的瓦斯含量為5%—15%時(shí)，遇火就會(huì)引起爆炸，對(duì)安全生產(chǎn)的威脅最大。同時(shí)它的溫室效應(yīng)是二氧化碳的21倍，直接排放會(huì)嚴(yán)重破壞人類的生存環(huán)境。

理研計(jì)器-氣體檢測(cè)行業(yè)專家

近年來，我國煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展資源基礎(chǔ)不斷夯實(shí)，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(yīng)的有效途徑。

資源開發(fā)的同時(shí)，氣體安全也不容忽視，我們必須在安全設(shè)置上做好準(zhǔn)備，規(guī)避危險(xiǎn)，氣體檢測(cè)儀就是其中的一個(gè)，我們需要應(yīng)用氣體檢測(cè)儀來分析煤層氣的安全狀況才能夠正常地工作，氣體檢測(cè)儀在煤層氣產(chǎn)業(yè)開發(fā)應(yīng)用中至關(guān)重要！

我們都知道，甲烷 (CH4)具有窒息性和爆炸性，對(duì)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(duì)甲烷含量的檢測(cè)，來保障生產(chǎn)安全。

理研計(jì)器的氣體檢測(cè)儀最早就是應(yīng)用于煤礦工業(yè)領(lǐng)域，重點(diǎn)就是煤礦的甲烷氣體檢測(cè)，自1939年創(chuàng)立以來，不斷改進(jìn)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(cè)器3型被一般社團(tuán)法人日本分析機(jī)器工業(yè)會(huì)及一般社團(tuán)法人日本科學(xué)機(jī)器協(xié)會(huì)認(rèn)定為分析儀器、科學(xué)儀器遺產(chǎn)。

正是因?yàn)橛兄?0多年的產(chǎn)品應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，所以理研計(jì)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(yīng)能力，可以檢測(cè)100%LEL水平爆炸下限的甲烷氣體，同時(shí)，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(jì)器的甲烷傳感器CH4傳感器對(duì)硅化合物的耐受性更佳，更適應(yīng)惡劣環(huán)境。

▼固定在線式

● SD-1系列、SD-D58等防爆型可燃?xì)怏w泄漏檢測(cè)儀，可以在一個(gè)地方監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置的多個(gè)氣體檢測(cè)儀的濃度。

理研計(jì)器的固定式氣體檢測(cè)儀就像一雙“火眼金睛”時(shí)刻處于監(jiān)測(cè)狀態(tài)，并將實(shí)時(shí)數(shù)值顯示在屏幕上，方便人員第一時(shí)間了解瓦斯?jié)舛炔⒛芗皶r(shí)采取相應(yīng)措施。

同時(shí)，煤層氣的開發(fā)利用過程中還要同時(shí)監(jiān)測(cè)工作區(qū)域內(nèi)其它危險(xiǎn)氣體的濃度，例如O2、H2S、CO、SO2、NH3等氣體。這就需要一些復(fù)合型的或是單一成分的便攜式氣體檢測(cè)儀發(fā)揮作用了。

理研計(jì)器的SP-220、 NC/GP-1000、GW-3、GX-3R/Pro等便攜式氣體檢測(cè)儀，都有專業(yè)用于這類氣體濃度監(jiān)控和報(bào)警的傳感器，具有穩(wěn)定性好，靈敏度高，快速響應(yīng)以及性價(jià)比高等特點(diǎn)。

● SP-220手持式氣體檢漏儀，采用先進(jìn)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(cè)儀的特點(diǎn)是具有最大的靈活性，功能和操作簡(jiǎn)單使用方法。應(yīng)用于各種氣體走漏的場(chǎng)所，如：城市燃?xì)?、石油、化工、制藥、鋼鐵、特別工業(yè)廠房等領(lǐng)域。實(shí)時(shí)檢測(cè)領(lǐng)域內(nèi)危險(xiǎn)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(cè)儀，可按ppm等級(jí)測(cè)定各種可燃性氣體。

● 針對(duì)日常作業(yè)項(xiàng)目，作業(yè)人員可以攜帶便攜式氣體檢測(cè)器【GW-3,GX-3R/Pro】，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)有泄漏的氣體，以進(jìn)行安全作業(yè)。

作業(yè)人員佩戴著專業(yè)的、可靠的儀器設(shè)備，如果遇到危險(xiǎn)氣體，儀器就會(huì)立即報(bào)警，完全不用擔(dān)心那些悄無聲息的可燃有毒危險(xiǎn)氣體。

理研計(jì)器的氣體檢測(cè)儀可有效的檢測(cè)出危險(xiǎn)氣體的濃度，并作出報(bào)警提示，還可以設(shè)置一級(jí)、二級(jí)報(bào)警點(diǎn)與三級(jí)報(bào)警點(diǎn)。

尤其是理研的便攜式可隨處配戴的氣體檢測(cè)儀，在職工作業(yè)時(shí)，可提前得知危險(xiǎn)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(zhǎng)期以來，以煤為主的化石能源在一定時(shí)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(shí)現(xiàn)‘雙碳’目標(biāo)的必然途徑。加上氣體傳感器技術(shù)的保駕護(hù)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(jì)器擁有600多種氣體傳感器和100多種氣體探測(cè)器，未來，我們?nèi)詫⒉粩嚅_發(fā)新產(chǎn)品、研發(fā)各項(xiàng)新功能，使得氣體檢測(cè)儀在應(yīng)用上更先進(jìn)、更適合日新月異的市場(chǎng)環(huán)境，致力于為用戶提供一個(gè)最可靠、最準(zhǔn)確、最安全的氣體檢測(cè)方案。

選擇氣體檢測(cè)儀，不能馬虎大意，理研計(jì)器80多年氣體檢測(cè)行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，一直關(guān)注各個(gè)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(duì)不同環(huán)境下的氣體檢測(cè)，為用戶選配適合原理的檢測(cè)儀，用成熟的工藝完善氣體檢測(cè)系統(tǒng)。自1939年成立以來，理研計(jì)器一直用科學(xué)的方法營造氣體安全。80多年來一直關(guān)注各個(gè)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(duì)不同環(huán)境下的氣體檢測(cè)，為用戶選配適合原理的檢測(cè)儀，用成熟的工藝完善氣體檢測(cè)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(duì)氣體檢測(cè)技術(shù)有獨(dú)到之處，請(qǐng)說出來，請(qǐng)寫下來，把您的想法和見解發(fā)給我們。請(qǐng)讓我們?yōu)槟故驹谧钜鄣牡胤健?

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