煤层气具有丰富的成分和双重特性。首先,它是洁净能源,主要成分是甲烷(常占90%以上),同时还含有低浓度的高级烃类化合物和不可燃气体。其热值在常温下约为34~37MJ/m3,与天然气的热值相当。但是,煤层气也是温室气体,如果没有很好的处理方法,将对环境和人的身体健康造成威胁。由于缺少煤层气处理技术,通常将煤层气集中排放到大气中,这导致了严重的大气污染和温室效应。然而,若能有效利用煤层气,可将其变害为利,变废为宝。
随着全球对可持续发展的迫切需求,我国能源领域持续探索创新之路。一个来自贵州六盘水师范学院的创新创业团队——猎碳科技开始了他们的探索,项目成员分别来自化学、化学工程与工艺、环境工程以及经济与金融等专业,团队成员具备较强的专业知识基础,形成了优势互补、合作共赢的创业团队。他们以低浓度煤层气的高效利用为目标,通过多种先进技术的融合,为我国绿色能源转型揭开了崭新一页。
然而,当前煤层气的利用仍面临挑战和问题。传统的煤层气排放方式不仅浪费有价值的资源,还加剧了温室气体的排放,对环境造成严重影响。同时,煤层气具有浓度低、成分复杂等特点,使得其在利用过程中存在技术难题,如低浓度煤层气的高效利用问题一直是我国的一个技术难题。此外,现有的低浓度煤层气利用技术多数局限于单一环节,难以实现综合高效的能源利用。面对这些挑战,团队不懈努力,开展研究了对低浓度煤层气高效利用的创新性的项目。
项目团队在初期因缺乏设备及专业指导,实验屡次受阻。为此,他们前往当地多个煤矿进行实地考察调研,采集了大量煤层气样本,并对其进行分析。在研究煤层气时,团队发现其中含有少量的含硫物质,如H2S和SO2等含硫物质会导致催化氧化不完全。团队依托于材料化学工程国家重点实验室,展开了脱硫工艺研究,在进行了百余次含硫物质吸附实验后,最终研发出基于DESs脱硫剂对煤层气中的含硫物质进行吸附的产品。这个产品不仅可以高效地、有选择性地处理含硫物质,防止催化剂硫中毒,而且和传统脱硫产品相比提高了10%的脱硫率,可以保障后续催化氧化的正常进行,并且在研究过程中,该团队核心成员在SCI一区发表了两篇关于脱硫技术的论文。项目的另一个核心技术,催化氧化模块研发历经多年,团队在基础研究、应用研究以及产业化放大等各个环节都进行了探索,成功地研发出蜂窝状多涂层结构。膜分离技术也是项目核心技术的一个重要组成部分,该团队在分子筛膜技术方面取得了显著进展,掌握了分子筛膜大规模合成与分离装备制造的核心技术,同时还开发出新型高硅分子筛膜,实现了对CO2的有效分离提纯。
2023年5月,团队的技术研发到了最关键的装备测试阶段,为完成成套设备的连接与成套设备的装置实验,团队成员夜以继日进行实验研究,尽可能地做到减少误差实现实验成果最大化,同时在煤矿企业开展实验,经过一次次研究对比分析,最后,验证出实践效果与实验数据一致。为研究如何把造成空气污染的煤层气进行有效的、安全的开发利用,转化为多种可循环使用的洁净燃料,项目团队就花费了六百余天,两千多个小时,百余次的实验。
终于,经过两年时间的艰苦奋斗与共同努力,项目团队设计出了一种系统——以低浓度煤层气和通风煤层气的洁净高效利用为目的,结合全国煤层气的“偏、散、小”特点,将低浓度煤层气和通风煤层气的化学能安全、洁净、高效地转化为电能和热能,实现废弃资源再利用和温室气体CO2近零排放。将低浓度煤层气通入反应器,发生无明火的氧化还原反应,实现洁净高效利用。该新型工艺具有多项优异性能,这在其应用领域中具有重要的价值,解决了无法直接进行利用的技术难题。该项目团队研发的新型煤层气洁净利用工艺,实现了全国首创!
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