煤層氣是賦存在煤層中以甲烷為主要成分、以吸附在煤基質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烴類氣體。GB/T 28754-2012 煤層氣(煤礦瓦斯)利用導則中煤層氣產品等級劃分見表1。
表1 煤層氣產品等級劃分
級別 |
甲烷含量(體積分數)/% |
利用方式 |
利用率要求 |
一級 |
≥90 |
可優先考慮用于工業原料、車用燃氣、工業及民用燃料等 |
不宜<80% |
二級 |
≥50-90 |
可優先考慮用于工業原料、工業及民用燃料、發電等 |
不宜<60% |
三級 |
≥30-50 |
可考慮用于工業及民用燃料、發電等 |
不宜<40% |
四級 |
<30 |
在保證安全的基礎上,可考慮用于發電等 |
鼓勵利用 |
四級:不包含風排瓦斯(甲烷含量不超過0.75%) |
金剛石是迄今已知能工業生產的所有物質中,其硬度、彈性模量、壓縮率、熱導率、透光波段、聲速、惰性等性能均居第1位。天然金剛石稀有,價格昂貴,難以在工業領域廣泛使用。近年來,利用化學氣相沉積法生產的金剛石被廣泛應用于機械加工、汽車、航空航天、國防以及核工業等領域。目前,我國合成金剛石的技術較為落后,產品低端,成本高,高級別金剛石產品基本依賴進口。由于這類產品的應用多涉及核技術、外太空航天器,以及軍工等關鍵技術領域的核心部件,所以,國外大多采取禁運手段限制其在我國上述領域的應用。為此,提高我國金剛石合成技術水平,突破高級別金剛石依賴進口的困境,已迫在眉睫。工業合成金剛石,國內外基本上采用高壓高溫靜態法,主要原材料是石墨,其工藝流程見圖1。
高壓高溫靜態法工藝流程
煤層氣是氣體,金剛石是超硬的固體,他們是怎么扯上關系呢?
近日,太原理工大學超硬材料實驗室成功研發出利用煤層氣合成金剛石產業化生產線,該項技術已通過了中國工程物理研究院的專業檢測,其不但領先國際,而且突破了我國合成金剛石的現有工藝瓶頸,極大降低了金剛石生產成本。
據介紹,該生產線使用低濃度煤層氣發電,同時把高濃度煤層氣提純后的甲烷以及甲烷裂解并提純后的氫氣作為原料,生產金剛石,而且所生產的金剛石品質覆蓋了從低端到高端的所有金剛石級別。
該項目在全國科技工作者創新創業大賽總決賽摘得金獎。該項目既解決煤層氣資源高效利用的問題,又極大地降低金剛石產品的生產成本,實現了煤層氣的深加工,促進了CVD金剛石合成技術進步,推動傳統煤炭產業向高新技術產業轉變。
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