一個來貴州六盤水師範學院的化學、化學工程與工藝、環境工程以及冶金工程專業的創新創業項目團隊,在偶然間注意到某次因煤層氣造成重大安全事故導致了大量人員傷亡,引發了他們的深思:“是否能夠實現低濃度煤層氣也可以保障安全、潔淨利用”的想法,試想著能否通過現階段尚未發掘的途徑實現低濃度煤層氣的多層麵利用。一方麵,可以減少對生態的汙染,彌補國家的技術空缺,另一方麵則可以給煤礦工人提供一部分的安全保障。通過查詢資料,發現煤層氣利用方式單一,絕大部分煤層氣用於發電,低濃度煤層氣基本屬於排空狀態;並且排放的煤層氣中含有大量甲烷,甲烷是具有強烈溫室效應的氣體,對於升溫具有顯著的影響。團隊在了解低濃度煤層氣的相關信息後,便開始著手於研究低濃度煤層氣安全環保高效的利用。
2021年,團隊對常規催化氧化低濃度煤層氣的方式進行研究,了解到傳統工藝中是在不影響煤層氣抽采係統正常運行的前提下,將排空煤層氣進行混合稀釋,送至蓄熱式氧化爐(RTO)進行直接氧化,將其化學能轉化為熱能,用於取暖或帶動發電機組發電。經過調查發現,常規催化氧化方式存在長明火、控製係統複雜,引入安全隱患,需要外界輔助燃料,甲烷淨化率低,容易產生NOx危害物質,並且存在環境的二次汙染,價格昂貴,影響其經濟性的弊端。於是,團隊開始對低濃度煤層氣催化的方式進行研究,嚐試探索出一條是否可以避開這些弊端且可持續發展的新道路。
團隊經過多次的試驗研究,發現低濃度煤層氣在催化氧化過程中反應不完全,持續時間短。於是,團隊對采取的低濃度煤層氣樣本進行分析。通過考察調研,發現煤層氣當中存在著一定量的??2S與????2等含硫物質,從而提出猜想:含硫會導致催化氧化不完全。為了驗證猜想,項目團隊開始對脫硫的工藝進行研究。研究結果證實了猜想:硫會導致煤層氣催化氧化不完全。因此,團隊經過討論後開始研發脫硫技術。依托於材料化學工程國家重點實驗室,團隊進行了百餘次含硫物質吸附實驗,取得了脫硫工藝的成功。時間到了2022年,為了製備高效催化劑,由於常規催化劑成本較高,所以團隊開始重新構築催化劑反應器結構,結合煤層氣樣本進行實驗。但由於缺乏專業的指導,項目遇到了實驗的瓶頸期,於是團隊負責人請到中國工程院劉中民院士進行專業的指導,構築出了蜂窩狀多塗層結構,經過多次反複的試驗研究,製備出了高效催化劑。2023年,團隊試驗到了裝置小試階段,為完成設備的裝置試驗,團隊成員進行了多次的試驗研究。與此同時,團隊也在煤礦企業開展實驗,經過研究對比分析,最後,驗證出試驗數據與實驗效果一致。研究如何把造成空氣汙染的低濃度煤層氣進行有效的、安全的開發利用,轉化為多種可循環使用的潔淨燃料,項目團隊就花費了601天,2125小時。
終於,經過兩年時間的艱苦奮鬥與共同努力,項目團隊設計出了一種工藝——以低濃度煤礦煤層氣的潔淨高效利用為目的,結合煤層氣的“偏、散、小”特點和“就近原則”,將低濃度煤礦煤層氣的化學能安全、潔淨、高效地轉化為電能和熱能,實現廢棄資源再利用和溫室氣體近零排放。該新型工藝具有多項優異性能,這在其應用領域中具有重要的價值,解決了低濃度煤層氣無法直接利用的技術難題。
同時,在項目研究的階段,專家顧問不僅為團隊開展項目研究提供了專業的指導、技術答疑,學院領導也經常慰問關心團隊成員,陪伴著團隊渡過了一個又一個難關。





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