煤炭地下氣化:發展歷程,主要原理,發展前景,相關問題,缺點,發展建議,

煤炭地下氣化是將處於地下的煤炭進行有控制地燃燒，通過對煤的熱作用及化學作用產生可燃氣體的過程。

基本介紹

中文名：煤炭地下氣化
外文名：Underground Coal Gasification
提出時間：1888年
提出人：門捷列夫於

發展歷程,主要原理,發展前景,相關問題,缺點,發展建議,

發展歷程

英文名稱：Underground Coal Gasification地下煤炭氣化的構想，最早由俄國著名化學家門捷列夫於1888年提出，他認為，“採煤的目的應當說是提取煤中含能的成分，而不是採煤本身”，並指出了實現煤炭氣化工業化的基本途徑。自上世紀30年代以來，美國、德國、原蘇聯等主要產煤國均大力投入這一領域的技術研究，取得了大量的科研成果，儲備了煤炭地下氣化的一些關鍵性技術。我國自1958年以來開始進行自然條件下煤炭地下氣化試驗，1980年以後，先後在徐州、唐山、山東新汶等十餘個礦區進行了試驗，初步實現了地下氣化從試驗到套用的突破。

2007年，氣化採煤工業化試驗基地在內蒙古烏蘭察布成立，同年10月首個無井式氣化爐點火成功，並產出合格燃氣實現了鍋爐及發電穩定生產套用,累計發電超過470萬度。2013年首個工業性氣化爐建成投入試生產,單爐產能達50萬方/天以上。2014年8月移動單元氣化技術開發成功，實現富氧連續氣化穩定產出LNG合成原料氣，連續穩定運行超過3個月並通過化工生產長周期穩定運行評估，單工作面煤炭氣化回採率達87.7%。國家“863計畫”項目《煤炭地下氣化產業化關鍵技術》的完成，通過科技部組織的多輪專家評審，代表著地下氣化技術基本完成了規模化現場實驗，正式邁向產業化示範工程推進階段。

主要原理

集建井、採煤、氣化工藝為一體的多學科開發潔淨能源與化工原料的新技術，其實質是只提取煤中含能組分，變物理採煤為化學採煤，因而具有安全性好、投資少、效率高、污染少等優點，被譽為第二代採煤方法。

煤炭地下氣化技術不僅可以回收礦井遺棄的煤炭資源，而且還可以用於開採井工難以開採或開採經濟性、安全性較差的薄煤層、深部煤層、“三下”壓煤和高硫、高灰、高瓦斯煤層。地下氣化煤氣不僅可作為燃氣直接民用和發電，而且還可以用於提取純氫或作為合成油、二甲醚、氨、甲醇的原料氣。因此，煤炭地下氣化技術具有較好的經濟效益和環境效益，大大提高了煤炭資源的利用率和利用水平，是我國潔淨煤技術的重要研究和發展方向。

發展前景

綜合利用前景廣闊

根據煤氣成分和套用條件，地下氣化煤氣可用於聯合循環發電、提取純H2，以及用作化工原料氣、工業燃料氣、城市民用煤氣等。

煤氣化是煤炭轉化的重要形式之一，它在各類生產過程中起著承前啟後的作用。煤制化工合成原料氣在煤化工中有著重要的地位。國內外正在把煤化工發展成為以煤炭氣化為基礎的c1化學工業，使煤化工由能源型轉向化工型。煤氣化製得的合成氣(CO+H2)作為化學工業的基本原料，在與石油化工的競爭中不斷發展和提高。但煤化工要與石油化工和以天然氣為原料的化工合成相競爭，必須有能耗低、投資小的氣化技術為基礎。而煤炭地下氣化技術正是具有這樣的特點，通過煤炭地下氣化生產合成氣，可以充分發揮煤炭地下氣化的技術優勢，為煤化工的發展提供新的擴展空間。

環境效益

煤炭地下氣化燃燒後的灰渣留在地下，採用充填技術，大大減少了地表下沉，無固體物質排放，因此煤炭地下氣化減少了地面環境的破壞，這是其他潔淨煤技術無法比擬的。地下氣化煤氣可以集中淨化，脫除焦油、硫和粉塵等其他有害物質，甚至可降CO經地面變換後，採用分離技術將CO2分離出來儲存或作其他用途，從而得到潔淨煤氣，因此，地下氣化技術有利於解決大氣污染問題。

煤炭資源的利用率

煤炭是我國國民經濟發展的基礎產業，但受傳統井工開採技術水平的限制，隨著開採強度的逐漸增大，大量的礦井報廢或行將報廢。據統計1953——1989年有報廢礦井297處，1990年——2020年還有244處將報廢，遺棄資源儲量到目前為止已有300億噸以上。利用煤炭地下氣化技術，可使我國遺棄煤炭資源50%左右得到利用。煤炭地下氣化技術還可以用於開採井工難以開採或開採經濟性、安全性較差的薄煤層、深部煤層、“三下”壓煤和高硫、高灰、高瓦斯煤層。因此，地下氣化大大提高了煤炭資源的利用率。

相關問題

缺點

1 很難控制氣化過程中在地下產生的種種反應，合成氣成分波動過大。

2 受煤層和地質影響大，容易造成井井之間相互漏水、通氣等情況。

3 氣化後出來的氣體成分不穩定，有待改善氣化劑種類與含量。

4 地下燃燒、氣化情況不好控制，應加大地下氣化過程的監控力度。

5 在該技術方面，大部分研究只注重化學工藝，很少關注行業發展動態。

煤炭地下氣化作為清潔能源技術的主要研究方向和符合可持續發展戰略的環境友好綠色技術，得到了國家領導人和著名科學家的關心和支持。

中國礦業大學 ( 北京校區 ) 煤炭工業地下氣化工程研究中心，在國家高技術研究發展計畫（ 863 計畫）項目——“煤炭地下氣化穩定控制技術的研究”的支持下，建成了具有世界先進水平的煤炭地下氣化過程綜合試驗台，可完成不同煤種及不同煤層賦存條件下煤炭地下氣化過程發展規律及工藝參數的模型試驗研究。

1987 年完成了江蘇省“七五”重點攻關項目——徐州馬莊礦煤炭地下氣化現場試驗，獲江蘇省科技進步三等獎； 1994 年完成了國家“八五”重點科技攻關項目——徐州新河二號井煤炭地下氣化半工業試驗，首創“長通道、大斷面、兩階段”新工藝，被評為國家“八五”重大科技成果。

獲“礦井長通道、大斷面煤炭地下氣化工藝”，“兩階段煤炭地下氣化工藝”，“推進供風式煤炭地下氣化爐”三項國家專利。

1996 完成了河北省重點科技項目—— “唐山劉莊煤礦煤炭地下氣化工業性試驗” ； 2000 年 9 月完成了“新汶孫村煤礦煤炭地下氣化技術研究與套用”項目，並進行了民用及內燃機發電，獲山東省科技進步一等獎和煤炭工業十大科技成果獎。

2005年，中國礦業大學在重慶中梁山北礦進行的煤炭地下氣化試驗首次實現了在高瓦斯礦井進行地下多煤層聯合氣化，所產煤氣作為當地戶居民和蒸汽鍋爐燃氣，這一試驗的成功對今後煤炭開採過程的碳排放量控制具有重要意義。

2007年1月，新奧集團投資2億多元組建烏蘭察布新奧氣化採煤技術有限公司,開展“無井式煤炭地下氣化試驗項目”研究，得到了內蒙古科技廳、烏蘭察布市科技局的大力支持。同年10月首個無井式氣化爐點火成功，並產出合格燃氣實現了鍋爐及發電穩定生產套用,累計發電超過470萬度。2013年首個工業性氣化爐建成投入試生產,單爐產能達50萬方/天以上。2014年8月移動單元氣化技術開發成功，實現富氧連續氣化穩定產出LNG合成原料氣，連續穩定運行超過3個月並通過化工生產長周期穩定運行評估，單工作面煤炭氣化回採率達87.7%。取得了一批創新性研究成果，申報了232項專利。

2010年5月至11月，中國礦業大學王作棠教授煤炭地下氣化團隊與華亭煤業集團有限責任公司合作開發了“難採煤有井式綜合導控法地下氣化及低碳發電工業性試驗項目”。項目於當年11月通過甘肅省科技廳的鑑定，鑑定委員會專家一致認為，該項目創新點突出，在地下煤層燃燒高效穩態蔓延導引控制技術達到國際領先水平，同意通過科技成果鑑定。項目主要技術點採用新型的窄條帶虛底爐與多爐協同作業、地面導控注氣與充填減沉固污、高氫燃氣發電等多項產業技術集群，克服了常規地下氣化存在煤氣燃值低、穩定性弱、規模小、測控難等問題，所產煤氣發熱量大於9.0MJ/Nm3，可用於生產煤基天然氣和低碳燃氣發電，實現了燃燒過程可導可控、產氣優質穩定、生產過程安全清潔、污染物近零排放。項目立足資源枯竭礦井中由於地質條件複雜和回採工藝限制而滯留的難採煤資源開發利用的重大技術難題進行研究攻關和工業性試驗，為延長礦區服務年限，提高煤炭資源回收率，推動煤炭企業可持續發展提供了有力的技術支撐，為華亭礦區大規模物理開採過程中遺留的近6億噸邊角、零散煤炭資源的氣化開採提供了實踐依據。

發展建議

1，目前我國的地下氣化技術處於工業試驗轉向產業示範的階段。因此國家和有關部門應給予大力支持，制定相應的政策，提供一定的措施和資金，推動這方面的研究工作。並應組織協調，做好攻關工作，以期在較短的時間內，使地下氣化技術真正用於生產和套用。

2，煤炭地下氣化的目的在於套用和產業化。當前為了尋找煤炭的新出路，加強煤炭綜合利用的研究，很多企業都看好煤炭地下氣化技術，但應在開展項目之前要落實用戶。

3，提高熱值和生產適合於用戶的氣體組分是氣化技術的關鍵。目前地下氣化生產的空氣煤氣熱值偏低，因此使套用範圍受到限制。為了提高煤氣熱值和穩定氣體組分，試驗中採用生產半水煤氣、水煤氣和富氧煤氣等工藝，部分企業已經取得突破進展。

4，對地下氣化爐燃燒和運行進行有效的控制，是煤炭地下氣化穩定產氣和得到相對穩定的氣體組分的保證手段。目前控制系統仍然比較簡單，研究單位應進一步開展攻關，為地下氣化爐建立起1套行之有效的測控系統，並應重點放在燃燒位置和燃燒速度的控制技術上，其中可靠的感測元器件是很重要的。

5，地下氣化爐和地面設施的安全技術是搞好地下氣化的保障。要採取充分和必要的措施，防止泄漏。還應做好防爆和防火工作，並制定嚴格的規程，確保全全產氣。

6，開展燃燒後地下氣化爐體結構變化及地面沉降狀況的研究，適時解剖1～2台氣化爐，了解燃燒後爐體內的狀況和地面的塌陷規律，這對於提高對煤炭地下氣化技術認識，修改爐型設計和改進運行規律的控制將起到很大作用。

7，建立煤炭地下氣化試驗研究基地，選擇1～2個有代表性的煤種(煙煤、無煙煤等) ，煤層(厚度、傾角等)和用戶(民用燃料、發電、化工原料)作為試驗基地，開展多項技術攻關與研究，在成功的基礎上進行推廣套用。（中國煤炭市場網發表於2002年4月29日）

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