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(zhì)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(dǎo)則中煤層氣產(chǎn)品等級(jí)劃分見表1。
表1 煤層氣產(chǎn)品等級(jí)劃分
| 級(jí)別 |
甲烷含量（體積分?jǐn)?shù)）/% |
利用方式 |
利用率要求 |
| 一級(jí) |
≥90 |
可優(yōu)先考慮用于工業(yè)原料、車用燃?xì)?、工業(yè)及民用燃料等 |
不宜＜80% |
| 二級(jí) |
≥50-90 |
可優(yōu)先考慮用于工業(yè)原料、工業(yè)及民用燃料、發(fā)電等 |
不宜＜60% |
| 三級(jí) |
≥30-50 |
可考慮用于工業(yè)及民用燃料、發(fā)電等 |
不宜＜40% |
| 四級(jí) |
＜30 |
在保證安全的基礎(chǔ)上，可考慮用于發(fā)電等 |
鼓勵(lì)利用 |
| 四級(jí)：不包含風(fēng)排瓦斯(甲烷含量不超過0.75%） |
金剛石是迄今已知能工業(yè)生產(chǎn)的所有物質(zhì)中，其硬度、彈性模量、壓縮率、熱導(dǎo)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(jià)格昂貴，難以在工業(yè)領(lǐng)域廣泛使用。近年來，利用化學(xué)氣相沉積法生產(chǎn)的金剛石被廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工、汽車、航空航天、國(guó)防以及核工業(yè)等領(lǐng)域。目前，我國(guó)合成金剛石的技術(shù)較為落后，產(chǎn)品低端，成本高，高級(jí)別金剛石產(chǎn)品基本依賴進(jìn)口。由于這類產(chǎn)品的應(yīng)用多涉及核技術(shù)、外太空航天器，以及軍工等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的核心部件，所以，國(guó)外大多采取禁運(yùn)手段限制其在我國(guó)上述領(lǐng)域的應(yīng)用。為此，提高我國(guó)金剛石合成技術(shù)水平，突破高級(jí)別金剛石依賴進(jìn)口的困境，已迫在眉睫。工業(yè)合成金剛石，國(guó)內(nèi)外基本上采用高壓高溫靜態(tài)法，主要原材料是石墨，其工藝流程見圖1。
高壓高溫靜態(tài)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(guān)系呢？
近日，太原理工大學(xué)超硬材料實(shí)驗(yàn)室成功研發(fā)出利用煤層氣合成金剛石產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)線，該項(xiàng)技術(shù)已通過了中國(guó)工程物理研究院的專業(yè)檢測(cè)，其不但領(lǐng)先國(guó)際，而且突破了我國(guó)合成金剛石的現(xiàn)有工藝瓶頸，極大降低了金剛石生產(chǎn)成本。
據(jù)介紹，該生產(chǎn)線使用低濃度煤層氣發(fā)電，同時(shí)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(chǎn)金剛石，而且所生產(chǎn)的金剛石品質(zhì)覆蓋了從低端到高端的所有金剛石級(jí)別。
該項(xiàng)目在全國(guó)科技工作者創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽總決賽摘得金獎(jiǎng)。該項(xiàng)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(chǎn)品的生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)了煤層氣的深加工，促進(jìn)了CVD金剛石合成技術(shù)進(jìn)步，推動(dòng)傳統(tǒng)煤炭產(chǎn)業(yè)向高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變。
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