煤炭地下气化介绍

煤炭地下气化技术简介

一、煤炭地下气化概述

煤炭地下气化就是将处于地下的煤炭直接进行有控制的燃烧，通过对煤的热作用及化学作用而产生可燃性气体的过程。

煤炭地下气化的基本原理，与一般煤炭气化一样，是把煤炭的固体有机物通过热力和化学作用变为可燃气体，其区别在于这种变化过程是在地下进行，而不需要把煤炭开采出来。煤炭不加氧进行加热，只能使煤炭有机物在高温下强烈地分解出挥发物——煤气和焦油蒸汽。这样部分气化法，仅可能获取少量的煤炭热能。剩余留下的炭和灰这两种主要成分组成的焦渣，采用氧和水蒸汽对其在高温下进行化学处理，使可燃固体变成可燃气体。

煤炭地下气化的基本概念与特征，可概括为以下几条：

一种全新的采煤方法：与传统的物理采煤法有着根本的区别，地下气化是一种化学采煤法，即将埋藏在地下的煤炭就地进行有控制的燃烧，通过对煤的热作用与化学反应生产可燃气体输送出来。

二无采煤工艺：无人、无设备。

三合一的煤炭开采与气化工程：集建井、采煤、气化三大工艺为一体，在地下联合完成。

四个控制与稳定技术：

（1）监控进行持续稳定的地下燃烧； （2）控制达到持续稳定的煤气产量； （3）调控得以保证稳定的煤气热值； （4）测控能以维持稳定的煤气组份。 五大优点：

（1）充分利用煤炭资源：老矿井遗留丢失的煤柱，开采成本高不经济的煤层，高硫煤以及“三下”压煤等，可通过地下气化采出来。

（2）基建投资省、工期短、见效快：比井工开采可节省投资2/3并缩短工期一半以上；比地面气电站可节省大量设备和占地。

（3）生产管理操作简单、用人少、效率高、成本低、利润高，比井工开采可提高工效3倍以上，节约成本一半多。而且生产安全性好。

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（4）经济效益显著：不仅煤炭开采本身的直接利润高，而且可实现煤（地下气化）、热（地下煤气供工业与民用）、电（使用地下煤气发电）、化（应用地下煤气转变成化工产品）、能（利用地下煤气提取洁净能源——氢能、甲醇等）的综合开发、综合利用、多种经营，是煤炭价值和产业的经济效益提高十多倍。 （5）对环保极为有利：不仅可以消灭煤矿矸石山、电厂与气化站的废渣场，避免大量占地和生态破坏；而且能减小地面沉陷（煤层燃烧后废渣留在地下，可起到充填及支撑上部地层的作用）；特别是地面变烧煤为燃气、用电或洁净能源，可减少大气污染；高硫煤气化后易于脱硫，且可转变为有价值化工产品。

二、国内外技术发展概况与产业发展瓶颈

我国自上世纪五十年代末，在安徽、山东、河南、辽宁、黑龙江等省多处开始进行煤炭地下气化的研试工作，取得一定的成绩和经验。近年来，具有代表性的煤炭地下气化技术是新奥公司于2006年6月在乌兰察布市开展的气化采煤发电／甲醇／甲烷联产工业性试验项目，建立了我国第一个无井式煤炭地下气化工业性试验工程，该项目于2007年10月15日点火成功，到目前为止，空气煤气产量为18—42万Nm3/d，平均可达30万Nm3/d左右，煤气热值在800～1200Kcal/Nm。在2009年6月16日，利用所产空气煤气成功实现了燃气内燃机发电，截至目前为止已连续稳定运行600余天。

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该项目作为我国第一个无井式煤炭地下气化项目，建立了无井式煤炭地下气化现场试验研究系统，并在无井式地下气化炉结构、点火工艺、气化通道贯通方法及工艺参数、纯氧-水蒸气连续气化工艺参数、气化过程参数测控及分析等核心技术上都有所创新，形成一批创新性成果。

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煤炭地下气化技术与工艺经过国外上百年、国内几十年的研究与实践，积累了许多成功的经验，并取得了丰硕的成果，实现了从实验室试验到小试、中试、工业性试验的过渡，分别对褐煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤、无烟煤等不同煤种的煤进行了试验，同时还对薄煤层、急倾斜煤层、保护煤种、废弃煤田、高硫煤等不同赋存条件的煤进行了工业性试验和工业化示范，并取得了丰硕的成果，甚至实现了工业性生产，使得煤炭地下气化技术得到了飞跃性的发展，技术日趋成熟与完善，但在产业化方面存在以下制约瓶颈：

（1）单炉产气量低、工艺控制技术复杂

目前煤炭地下气化产业化最大的障碍为单炉产气量低（30万方/天），无法满足下游煤气大规模综合利用要求；解决途径只能依靠多气化炉联合运行，由此对气化炉控制技术要求较高，目前控制技术尚未达到大规模多炉运行要求。

（2）煤气用途单一

目前，经工业化试验验证可以产业化的工艺为空气连续气化，所产煤气热值较低（800-1200Kcal/方），仅可作为工业燃料气（燃气发电、锅炉、工业窑炉等）使用。富氧连续气化工艺经济性目前尚未得到验证。

（3）气化炉结构通用性差

我国煤炭资源赋存条件多样，且差异性较大（尤其是煤层顶、底板及含水层），以现有地下气化炉炉型结构无法满足所有赋存条件下煤层的气化。在工业化生产前，需要根据特定的煤层赋存条件设计和调整气化炉结构，并先期进行工业性试验。

煤炭地下气化设计采矿学，地质学、煤化工、测控技术、钻井技术等多门学科，技术交叉性较强，目前我国煤炭地下气化不能大规模产业发展的原因不完全在于技术本身的复杂性，而大部分在于煤炭地下气化人才缺乏，工业示范项目少，示范企业资金，技术等条件缺乏等原因。

三、煤炭地下气化开发条件

1、适宜地下气化的煤炭资源

煤炭地下气化适宜用于开采井工难以开采的薄煤层、深部煤层和“三下”压煤，以及高硫、高灰、高瓦斯煤层等。尤其是仅我国内蒙古东部就有1000多亿吨褐煤，由于高灰、高水、易自燃，开采成本高，加之煤质差、运输距离远，市

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场竟争力差，如果采用地下气化技术，将煤气转化成高附加值的清洁燃料或其他化工产品，将会把资源优势转化为经济优势。

我国深部(1000m以下)煤炭资源非常丰富，随着煤层深度增加，地温、地压显著增加，井工开采异常困难，甚至无能为力。据不完全统计，西气东输管线经过或附近的盆地或含煤区1000m以下可气化的煤炭资源量为174.22亿吨。辽河油区深部煤炭资源储量达86亿吨。这些资源都可以用地下气化技术进行开采。

2、现阶段地下气化产业方向（侧重中海油产业）

由于目前煤炭地下气化存在产气量低、气体组分复杂、产率不稳定等不利因素，因此工业化应用受到很大限制。按照资源分布特点，可发展热电联产和城市燃气方面。 （1）热电联产

地下气化煤气可单独作为燃气发电、供暖燃料气（相对规模较小），也可以与煤炭、煤矸石掺烧进行大规模发电，并可争取国家上网电价补贴政策。 （2）甲烷化

利用靠近能源消费市场的煤炭资源，尤其是“三下”压煤地区，适宜采用煤炭地下气化，配套净化、甲烷化等工艺，提供清洁能源。

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