①题来源与背景 本课题来源于2018年度黑龙江省自然科学基金青年项目。 煤矿瓦斯又称煤层瓦斯、煤层气是一种以烷烃为主的多组分混合烃类干气，其中CH4为主要成分是煤的伴生气体，CH4是一种清洁高效优质能源，同时也是造成煤矿井下事故的主要原因之一。 黑龙江省煤层气总资源量约为5000亿m3，资料显示2011-2018年我国共抽采煤矿瓦斯971.4亿m3，由于我国瓦斯分离利用技术缺乏，致使全国共利用抽采瓦斯仅为351.8亿m3，利用率仅为36%，直排瓦斯达到619.6亿m3，据统计黑龙江省煤矿抽采瓦斯利用率低于全国平均水平。 根据国家安全生产监察总局统计资料，2010年-2020年黑龙江省瓦斯事故12起，死亡107人，均高于其它事故，最有效遏制煤矿瓦斯事故的方法是进行瓦斯抽采，而瓦斯利用率低，影响了煤矿抽采瓦斯的积极性，致使瓦斯事故频发。 CH4是极强的温室气体其温室效应为CO2的38倍，而每利用1亿m3瓦斯，相当于减排150万吨CO2。 ②研究目的与意义 需提高瓦斯利用率，增加清洁能源供给，改善能源结构。应提高瓦斯利用率，有效回收CH4，控制瓦斯排放，保护生态环境。提高瓦斯利用率，能够增强煤矿瓦斯抽采积极性，以用促抽保障煤矿生产安全。 综合上述3个方面，采取有效措施分离回收煤矿瓦斯，对保障煤矿安全、缓解常规油气供应紧张状况、改善我国的能源结构、保护大气环境和实现国民经济可持续发展均具有十分重要的意义。 ③主要论点与论据 利用水合原理分离回收煤矿抽采瓦斯中的甲烷组分，瓦斯水合物具有生成条件温和、储气率高、储存安全等特性。煤矿抽采瓦斯的主要成分CH4、N2、O2等均可在一定温度、压力条件下形成水合物，但在相同温度条件下，CH4、N2、O2等生成水合物的相平衡压力相差很大，因此通过控制压力使易生成水合物的CH4发生相态变化，经过多级气-固转化过程，从煤矿抽采瓦斯混合气中固化分离甲烷，进而可实现甲烷回收的目的。目前水合分离回收瓦斯的主要技术瓶颈是如何加快反应速率，提高CH4回收率以满足工业生产的需要。 项目组针对煤矿抽采瓦斯水合分离回收与利用国家需求，在已有研究基础上，深入开展更为经济的瓦斯快速水合分离回收创新性研究，获取干水最佳配比与工艺应用参数，掌握改性干水的促进规律；研究工作对于煤矿抽采瓦斯水合分离回收理论发展、新技术工业化应用具有重大科学意义和工程意义，对于安全工程学科发展及新学科生长点培育、跨学科杰出人才培养具有重要作用。 ④创见与创新 理论创新： (1)确定干水体系对煤矿抽采瓦斯水合分离回收CH4的影响规律。 (2)阐明煤矿抽采瓦斯水合过程中干水的作用机理。 方法创新： (1)以反向泡沫物质干水作为分离载体，有别于以往瓦斯水合固化分离的水环境。 (2)采用GC原位分析方法研究煤层气水合分离过程气-液-水合物气体组分变化规律。 ⑤社会经济效益，存在的问题 目前项目组实现日处理抽采瓦斯量≥16m3，含气量≥130m3/m3，可得到储气密度较高的瓦斯水合物。装置每天回收16m3，相当于减少0.24吨CO2排放（排量1.6升的机动车行1公里大约消耗0.08L汽油(8L/100公里)，而机动车每燃烧1公斤汽油会排出3.08千克的CO2)；则产生0.19712千克的CO2，则相当减少1.6升的机动车行1217公里的CO2排放量）。若扩大设备规模，可增大经济收益。存在主要问题为：若设备规模扩大，所获取的规律是否受尺寸效应影响。 ⑥历年获奖情况 获奖名称：突出煤体中瓦斯水合物微观探测技术实验研究； 获奖时间：2020年3月； 级别：鸡西市科技进步奖一等奖。 ⑦成果简介要向社会公开 需要公开。

黑龙江科技大学

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