美國做不到，中國做到了，成功攻克一世界性難題，把不可能變可能

煤礦瓦斯這種氣體，在低濃度狀態(tài)下最為棘手處理。當(dāng)瓦斯?jié)舛鹊陀?%時(shí)，這部分乏風(fēng)瓦斯若直接排放，不僅造成資源浪費(fèi)，還會(huì)加重溫室效應(yīng)。國外特別是美國，曾投入數(shù)億美元?dú)v經(jīng)十余年研究，卻始終未能突破成本與效率的雙重瓶頸，技術(shù)發(fā)展基本停滯于實(shí)驗(yàn)室階段。

而中國科研團(tuán)隊(duì)成功攻克這一難題，實(shí)現(xiàn)了將濃度2%至8%的低濃度瓦斯進(jìn)行大規(guī)模提濃利用的技術(shù)突破。這并非空談，而是2023年已投入實(shí)際生產(chǎn)，并計(jì)劃于2025年繼續(xù)擴(kuò)大應(yīng)用范圍的既成事實(shí)。

2009年那一年，太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院的博士生楊江峰參加了一次學(xué)術(shù)交流會(huì)。會(huì)上提到低濃度煤層氣利用的國際難題。美國能源部門和企業(yè)投入重金研究多年，始終找不到經(jīng)濟(jì)可行的工業(yè)化路徑。楊江峰和導(dǎo)師李晉平商量后，決定從他們熟悉的沸石分子篩方向切入。團(tuán)隊(duì)從20世紀(jì)80年代就開始積累沸石材料研究基礎(chǔ)，這給了他們底氣。

研究起步條件并不好。實(shí)驗(yàn)室經(jīng)費(fèi)有限，設(shè)備陳舊，團(tuán)隊(duì)規(guī)模小。楊江峰他們先從國際分子篩結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫入手，對(duì)200多種候選結(jié)構(gòu)逐一篩選比對(duì)，花了七年時(shí)間才鎖定適合CH4/N2分離的硅鋁基框架。2016年前后，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)確定，進(jìn)入合成驗(yàn)證階段。反復(fù)試驗(yàn)超過兩萬次，2019年左右成功研制出高選擇性硅鋁沸石分子篩，對(duì)甲烷吸附率達(dá)到80%以上，同時(shí)耐水、耐爆。

關(guān)鍵突破在2020年后。粉末吸附劑在工業(yè)裝置中擴(kuò)散阻力大、再生困難，他們調(diào)整思路，采用晶種誘導(dǎo)法制備小晶粒多級(jí)孔沸石。微孔負(fù)責(zé)高效捕集甲烷，介孔和大孔形成快速擴(kuò)散通道，整體傳質(zhì)性能大幅提升。變壓吸附工藝也同步優(yōu)化，采用六塔循環(huán)流程，包括充壓、吸附、均壓降壓、逆放、抽真空、均壓升壓等步驟，確保連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

2023年10月，全國首套移動(dòng)撬裝式低濃度煤層氣提濃工業(yè)示范裝置在山西陽城陽泰集團(tuán)五甲煤礦正式投用驗(yàn)收通過。這套裝置針對(duì)濃度低于8%的瓦斯氣源，處理能力適中，能靈活適應(yīng)中小煤礦和間歇抽采工況。投用后，瓦斯提濃到6%—15%，可直接用于燃?xì)獍l(fā)電或鍋爐燃料。示范項(xiàng)目年處理瓦斯量達(dá)到數(shù)百萬立方米規(guī)模，甲烷回收率高，發(fā)電自給有余，還能向周邊并網(wǎng)供電。

這項(xiàng)技術(shù)獲得多項(xiàng)認(rèn)定。2021年，“沸石分子篩CH4/N2分離吸附劑創(chuàng)制及低濃度煤層氣富集成套技術(shù)”先后獲得中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)、山西省自然科學(xué)一等獎(jiǎng)。

2023年裝置驗(yàn)收后，生態(tài)環(huán)境部和市場監(jiān)管總局修訂煤礦瓦斯排放標(biāo)準(zhǔn)，將甲烷體積分?jǐn)?shù)排放限值從30%收緊到8%，為這項(xiàng)技術(shù)大規(guī)模推廣創(chuàng)造了政策空間。國家能源局2025年發(fā)布的指導(dǎo)意見也明確支持煤礦瓦斯全濃度梯級(jí)利用，推動(dòng)低濃度瓦斯發(fā)電、供熱和提純項(xiàng)目。

到2026年初，技術(shù)已在山西多家煤礦落地復(fù)制。陽泰集團(tuán)作為首批示范點(diǎn)，運(yùn)行數(shù)據(jù)穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益雙雙顯現(xiàn)。瓦斯不再是單純的安全隱患，而是變成可利用的清潔資源。煤礦甲烷直接排放量大幅下降，相當(dāng)于減少了大量溫室氣體。發(fā)電部分滿足礦區(qū)自用，多余電力惠及周邊村莊，能源結(jié)構(gòu)更趨綠色。

這項(xiàng)成果最打動(dòng)人的地方在于，它證明了腳踏實(shí)地、長期堅(jiān)持就能突破世界性難題。美國那邊技術(shù)路線卡在經(jīng)濟(jì)性上，中國團(tuán)隊(duì)靠自主創(chuàng)新、死磕細(xì)節(jié)走出來了。煤礦工人少了一份地下風(fēng)險(xiǎn)，環(huán)境壓力減輕，國家能源安全多了一份保障。國際上不少同行來現(xiàn)場考察，也承認(rèn)這條路以前沒走通。