绿色新质生产力|超低浓度煤矿瓦斯利用技术助力甲烷减排
2025年7月3日
绿色创新发展研究院iGDP
编者按
今年5月，2025甲烷大会在北京市举行，会上我国应急管理部信息研究院(煤炭信息研究院)副院长刘文革说：“2024年，我国煤矿瓦斯抽采量135亿立方米，利用量超过60亿立方米，利用率为44.4%。”目前，我国已建成20余个低浓度瓦斯和风排瓦斯氧化利用项目，我国能源等领域甲烷排放控制行动成效显著。
在我国，能源部门是最大的甲烷排放来源，而能源活动的甲烷排放量主要来源于煤炭开采行业，煤矿甲烷成为中国甲烷减排工作的重心。在实际利用层面，浓度在1%~8%的低浓度瓦斯和风排瓦斯统称为“超低浓度瓦斯”，具备可观的减排潜力。伴随相关技术的持续突破和政策机制的不断完善，这一领域正逐步由示范探索迈向规模化应用。
本期“绿色新质生产力评述专栏”，聚焦我国煤矿瓦斯利用技术的政策脉络和技术路径，特别关注超低浓度煤矿瓦斯利用技术的实践进展、应用价值与未来前景。
作为全球第二大温室气体，甲烷的减排对实现气候目标至关重要。在我国，能源活动的甲烷排放是最主要的甲烷排放源，根据《中华人民共和国气候变化第一次双年透明度报告》，2021年我国能源活动的甲烷排放占比约为46.4%，其中多数来自逸散排放(44.2%)，少数来自不完全燃烧(2.2%)。在甲烷逸散排放中，煤矿甲烷占比达到93.4%[1]，是能源部门中最大的甲烷排放来源，因此煤矿甲烷是中国甲烷减排工作的核心领域。
煤矿甲烷减排近年来备受关注，煤矿瓦斯利用是煤炭甲烷减排的主要途径，同时具有环境、能源安全和煤矿安全生产的多重效益。近年来，我国大力支持煤矿瓦斯抽采和利用，加强对资源的回收利用，推动实现“双碳”目标。
煤矿瓦斯利用的政策支持
我国高度重视甲烷等非二氧化碳温室气体的管控。自“十一五”以来，我国出台多项政策促进煤矿瓦斯的抽采利用，重点关注煤矿生产安全和瓦斯资源利用。进入“十四五”时期，政策导向更加关注绿色低碳转型。2023年11月，生态环境部联合有关部门发布《甲烷排放控制行动方案》，进一步强调了煤炭行业甲烷排放的核算、报告和核查制度，同时加强甲烷排放控制关键技术的研发创新。
2024年12月，生态环境部发布了《煤层气(煤矿瓦斯)排放标准GB 21522—2024》，将允许排放的煤矿瓦斯排放限值从30%调整到8%，标准的加强为煤矿瓦斯利用提出了新的要求，同时充分考虑了当前煤炭瓦斯抽采和利用技术的发展现状。
2025年1月，《温室气体自愿减排项目方法学 煤矿低浓度瓦斯和风排瓦斯利用》（简称《方法学》）正式发布，规定甲烷浓度低于8%的煤矿低浓度瓦斯和风排瓦斯，通过分解销毁并将分解产生的热能发电、供热或热电联产方式加以利用，可以参与自愿碳市场并获得减排量收益。《方法学》为处于发展初期、投资建设和运费成本高的此类项目提供新的发展机遇，同时，采取免予额外性论证的方式，能够降低项目开发和监管成本[2]。
煤矿瓦斯综合利用的技术路径
根据瓦斯的浓度可采用不同的利用方式(见表 1)。总体而言，煤矿瓦斯的浓度越高，其利用的技术经济性也相对更好[3]。
表1：煤矿瓦斯综合利用技术路线
来源：根据《<煤层气（煤矿瓦斯）排放标准>（修订 GB 21522-2008）编制说明》整理
超低浓度煤矿甲烷减排潜力巨大
山西阳泉阳煤二矿
图源：项目组拍摄
目前我国煤矿甲烷的排放绝大多数来自煤矿地下开采(占比80%)，一少部分来自矿后活动[4]。数据显示，在煤矿地下开采甲烷排放中有83%排放来自风排瓦斯(甲烷浓度≤1%)，11%来自低浓度煤矿瓦斯(1%＜甲烷浓度＜30%)，6%来自高浓度煤矿瓦斯(甲烷浓度≥30%)[5]。在实际利用层面，也会将甲烷浓度1%~8%的低浓度瓦斯和风排瓦斯统称为“超低浓度瓦斯”[6]。
专家指出，目前由于技术限制难以实现有效捕集和稳定燃烧，超低浓度煤矿瓦斯大多直接排放至大气中[7]。据有关部门统计数据，甲烷浓度低于0.75%的风排瓦斯每年的排放量相当于“西气东输”一年的输气量，产生约2亿吨CO2e[8]。
超低浓度瓦斯目前的利用经济性较差，尤其是其中甲烷浓度低于1%的乏风瓦斯。其主要利用方式分为蓄热氧化技术和催化氧化技术两种，其他技术则大多处在试验探索阶段[9]。
蓄热氧化技术指将低浓度瓦斯和风排瓦斯掺混至甲烷体积浓度1%左右，输送至900℃以上的高温反应装置，完全氧化成CO2和H2O的过程。
催化氧化技术则是通过使用过渡金属作为催化剂，降低风排瓦斯中甲烷氧化所需的能量和温度，因此相较蓄热氧化技术能够在较低温度下完成氧化，氧化温度通常在350℃以上[10,11]。
图1：蓄热氧化发电工艺流程图
来源：金刚, 王康. 矿井乏风瓦斯蓄热氧化发电关键技术研究[J]. 科学技术创新, 2020(26): 193-194.
根据估算，当前已建的超低浓度瓦斯利用项目可产生减排量约为每年450万吨二氧化碳当量。到2030年，预计项目可产生减排量将增加至每年约2000万吨二氧化碳当量[7]，减排潜力可观。
超低浓度煤矿瓦斯的应用现状与案例
山西吕梁柳林寨崖底煤矿
图源：项目组拍摄
当前，超低浓度煤矿瓦斯利用技术处于产业发展初期[12]。山西、陕西、安徽和贵州的煤矿数量和煤矿甲烷排放较多[13]，超低浓度煤矿瓦斯利用项目的分布也相应多，且各省在省级层面也出台了财政补贴和上网电价政策等促进煤矿瓦斯利用的政策[14]。
山西省是我国煤炭资源和煤层气资源富集程度最高的省份之一。2024年，山西省原煤产量12.68亿吨，居全国第二[15]。同时，山西省境内埋深2000米以浅的煤层气地质资源量约有8.31万亿立方米，占全国总量三成左右[16]，2024年山西煤矿瓦斯总产量134.3亿立方米，创历史新高，约占全国煤矿瓦斯产量的80%[17]。
表2整理了《国家重点推广的低碳技术目录(第五批)》、绿色创新发展研究院《中国低浓度煤矿瓦斯减排良好实践分析报告》以及其他公开渠道获取的超低浓度煤矿瓦斯利用项目的信息，这些项目的利用瓦斯浓度、技术类型、商业模式和经济收益等方面各有不同。由于低浓度煤矿瓦斯利用项目的初始投资较大，此类项目多见煤矿企业与瓦斯利用或清洁能源公司合作建设。
表2：我国部分超低浓度煤矿瓦斯综合利用项目介绍
来源：笔者基于文献资料整理
未来展望：煤层气排放修订标准的落实和商业模式是关键
目前，我国已经投入运行的超低浓度煤矿瓦斯利用项目约有20个，整体尚处于产业发展的起步阶段。当前，这些项目收益率均低于行业基准收益率[11]，且项目的盈利高度依赖电价补贴，从而影响企业的投资积极性。
此前绿色创新发展研究院(iGDP)针对低浓度煤矿瓦斯减排的案例研究也指出，除了高度依赖政府补贴以及补贴缺乏差异性之外，低浓度煤矿瓦斯减排还面临气源供应不稳定、单位造价高、稳定燃烧和安全输送等技术挑战。对于煤矿企业而言，保障安全的煤炭生产和稳定的煤炭供应仍是其主要任务，因此煤矿企业对低浓度瓦斯利用的积极性尚需提升[14]。技术进步和政策支持力度的加强，能够帮助超低浓度煤矿瓦斯利用突破现有瓶颈，实现更广泛的推广应用。
今年3月，财政部印发《清洁能源发展专项资金管理办法》，提出使用专项资金对煤层气(煤矿瓦斯)、页岩气、致密气等非常规天然气开采利用，按照“多增多补”的原则给予奖补。业内人士指出，这一政策有效期为2025-2029年，能为企业制定中长期投资计划提供稳定预期[27]。另外，随着煤矿低浓度瓦斯和风排瓦斯利用项目纳入CCER，有望进一步提升相关项目的投资吸引力，推动煤矿甲烷减排实现规模效应[28]。
参考文献：
[1]生态环境部. 中华人民共和国气候变化第一次双年透明度报告[R/OL]. (2024-12). https://unfccc.int/documents/645296.
[2] 乔建华. 煤矿低浓度瓦斯和风排瓦斯利用项目纳入CCER，减排效益如何？[EB/OL]. (2025-01-10)[2025-04-29]. https://www.cenews.com.cn/news.html?aid=1187098.
[3] 山西晫越瓦斯研究中心. 中国中心在行动[Z/OL]. (2021-09-28). https://unece.org/sites/default/files/2021-10/22.%20ICE%20China%20-%20Workshop%20Poland.pdf.
[4] 刘文革, 徐鑫, 韩甲业, 等. 碳中和目标下煤矿甲烷减排趋势模型及关键技术[J]. 煤炭学报, 2022, 47(1): 470-479.
[5] ZHOU F, XIA T, WANG X, 等. Recent developments in coal mine methane extraction and utilization in China: A review[J/OL]. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 2016, 31: 437-458[2023-08-31]. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1875510016301330. DOI:10.1016/j.jngse.2016.03.027.
[6] 刘一鸣. 将2%以下超低浓度瓦斯“吃干榨尽”[EB/OL]. (2024-08-29)[2025-04-29]. https://www.coalchina.org.cn/index.php?m=content&c=index&a=show&catid=16&id=154716.
[7] 杨沐岩. 新路径推动低浓度瓦斯回收利用煤炭生产再遇减排新机[N/OL]. 中国能源报, 2025-01-13(18)[2025-04-29]. http://paper.people.com.cn/zgnyb/pc/content/202501/13/content_30052571.html.
[8] 渠沛然. 甲烷控排新政倒逼低浓度瓦斯利用提速[N/OL]. 中国能源报, 2023-11-20(2)[2025-04-29]. http://paper.people.com.cn/zgnyb/html/2023-11/20/content_26028646.htm.
[9] 汪维, 高霁, 秦虎, 等. 甲烷的温室效应及排放、控制[J/OL]. 城市燃气, 2020(4): 4-9[2025-04-29]. https://d.wanfangdata.com.cn/periodical/csrq202004001. DOI:10.3969/j.issn.1671-5152.2020.04.001.
[10] 曹敏敏, 王雪峰, 王荀, 等. 煤矿低浓度甲烷利用技术研究进展[J]. 煤炭技术, 2022, 41(1): 101-105.
[11] 生态环境部. 《温室气体自愿减排项目方法学 煤矿低浓度瓦斯和 风排瓦斯利用（征求意见稿）》编制说明[Z/OL]. (2024). https://www.mee.gov.cn/xxgk2018/xxgk/xxgk06/202407/W020240730657341018014.pdf.
[12] 生态环境部. 关于发布《温室气体自愿减排项目方法学 甲烷体积浓度低于8%的煤矿低浓度瓦斯和风排瓦斯利用（CCER—10—001—V01）》的通知[EB/OL]. (2025-01-03)[2025-04-29]. https://www.mee.gov.cn/xxgk2018/xxgk/xxgk06/202501/t20250103_1099965.html.
[13] 落基山研究所. 瓦斯回收利用技术发展展望[R/OL]. 2024: 36. https://rmi.org.cn/insights/coal-mine-methane-recovery-and-utilization-technologies-development-trends-and-outlook/.
[14] 绿色创新发展研究院. 中国低浓度煤矿瓦斯减排良好实践分析报告[R/OL]. 2024: 59. https://www.igdp.cn/wp-content/uploads/2024/06/China-low-concentration-coal-mine-methane-case-study-report_CH.pdf.
[15] 煤炭视界. 2024年全国原煤产量增加10058万吨！2025年煤炭增量如何？[EB/OL]. (2025-02-15)[2025-05-08]. https://finance.sina.com.cn/money/future/wemedia/2025-02-15/doc-inekqumx9820595.shtml.
[16] 中新社. 山西非常规天然气产量超80亿立方米[EB/OL]. (2021-01-29)[2025-04-29]. https://www.ndrc.gov.cn/xwdt/ztzl/nybzgzzl/gnjnybz/202101/t20210129_1266322.html.
[17] 王飞航. 山西2024年煤层气产量创历史新高[EB/OL]. (2025-01-21)[2025-05-08]. https://www.news.cn/fortune/20250121/89d0b1e1929c49f99f4f4e2e1c6f8d7f/c.html.
[18] 山西昱辉春节能环保科技有限公司. 山西潞安集团余吾煤业北风井乏风及低浓度瓦斯分布式氧化发电项目竣工环境保护验收监测报告表[Z/OL]. (2023-10). http://qdhb.net.cn/profile/upload/2023/12/04/0d27a955-be11-46b5-b9e7-599fc8c22a6c.pdf.
[19] 屯留县航泰清洁能源有限公司. 潞安集团余吾煤业北风井瓦斯综合利用示范项目竣工环境保护验收意见[Z/OL]. (2023-11-05). http://qdhb.net.cn/profile/upload/2023/12/04/02d31ada-3520-4105-843e-913e5475cc64.pdf.
[20] 山西航天国泰清洁能源有限公司. 关于印发《国家重点推广的低碳技术目录（第五批）》的通知[Z/OL]. (2025-02-14). https://mp.weixin.qq.com/s/R-fkgk_DqKVTl01Kf06SQA.
[21] 昱昌环境. 西安昱昌环境科技有限公司：瓦斯蓄热氧化（RTO)设备[EB/OL]. (2023)[2025-04-29]. https://www.bree.org.cn/info.aspx?n=531&ptype=10035&dh=10037.
[22] 陕煤集团. 陕煤集团煤层气公司：技术引领，“碳”寻绿色发展之路[EB/OL]. (2024-09-04)[2025-04-29]. https://coal.in-en.com/html/coal-2650983.shtml.
[23] 潞安化工. 瓦斯再利用！古城煤矿乏风氧化发电项目有序推进[EB/OL]. (2022-04-13)[2025-04-29]. http://www.sjdskx.com/j/8035.html.
[24] 昱昌环境. 潞安化工集团有限公司古城煤矿超低浓度瓦斯综合利用碳减排项目顺利运行[EB/OL]. (2023-02-01)[2025-04-29]. https://www.yurcent.com/News_8/222.html.
[25] 皖讯. 安徽：科技创新驱动绿色矿山建设质效双提升[EB/OL]. (2025-04-24)[2025-04-29]. https://www.iziran.net/news.html?aid=5389335.
[26] 刘振东. 淮河能源控股集团有限责任公司：丁集煤矿超低浓瓦斯氧化及低温热能利用项目[EB/OL]. (2022-09-15)[2025-04-29]. https://www.cenews.com.cn/news.html?aid=1006964.
[27] 渠沛然. 《清洁能源发展专项资金管理办法》发布——煤层气开采利用从“量补”转向“效补”[N/OL]. 中国能源报, 2025-03-24(2)[2025-05-07]. http://paper.people.com.cn/zgnyb/pc/content/202503/24/content_30064854.html.
[28] 范欣宇. IIGF观点|范欣宇：煤矿瓦斯减排新航向：温室气体自愿减排项目方法学解析与展望[EB/OL]. (2024-10-29)[2025-04-29]. https://iigf.cufe.edu.cn/info/1012/9300.htm.