煤炭地下氣化

集建井、采煤、氣化工藝為一體的多學(xué)科開發(fā)潔凈能源與化工原料的新技術(shù)，其實(shí)質(zhì)是只提取煤中含能組分，變物理采煤為化學(xué)采煤，因而具有安全性好、投資少、效率高、污染少等優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為第二代采煤方法。

煤炭地下氣化技術(shù)不僅可以回收礦井遺棄的煤炭資源，而且還可以用于開采井工難以開采或開采經(jīng)濟(jì)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?xì)庵苯用裼煤桶l(fā)電，而且還可以用于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(shù)具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，大大提高了煤炭資源的利用率和利用水平，是我國潔凈煤技術(shù)的重要研究和發(fā)展方向。

煤炭地下氣化缺點(diǎn)

1 很難控制氣化過程中在地下產(chǎn)生的種種反應(yīng)，合成氣成分波動過大。

2 受煤層和地質(zhì)影響大，容易造成井井之間相互漏水、通氣等情況。

3 氣化后出來的氣體成分不穩(wěn)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(yīng)加大地下氣化過程的監(jiān)控力度。

5 在該技術(shù)方面，大部分研究只注重化學(xué)工藝，很少關(guān)注行業(yè)發(fā)展動態(tài)。

煤炭地下氣化作為清潔能源技術(shù)的主要研究方向和符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的環(huán)境友好綠色技術(shù)，得到了國家領(lǐng)導(dǎo)人和著名科學(xué)家的關(guān)心和支持。

中國礦業(yè)大學(xué) ( 北京校區(qū) ) 煤炭工業(yè)地下氣化工程研究中心，在國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（ 863 計(jì)劃）項(xiàng)目——“煤炭地下氣化穩(wěn)定控制技術(shù)的研究”的支持下，建成了具有世界先進(jìn)水平的煤炭地下氣化過程綜合試驗(yàn)臺，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(fā)展規(guī)律及工藝參數(shù)的模型試驗(yàn)研究。

1987 年完成了江蘇省“七五”重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目——徐州馬莊礦煤炭地下氣化現(xiàn)場試驗(yàn)，獲江蘇省科技進(jìn)步三等獎； 1994 年完成了國家“八五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目——徐州新河二號井煤炭地下氣化半工業(yè)試驗(yàn)，首創(chuàng)“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(jìn)供風(fēng)式煤炭地下氣化爐”三項(xiàng)國家專利。

1996 完成了河北省重點(diǎn)科技項(xiàng)目—— “唐山劉莊煤礦煤炭地下氣化工業(yè)性試驗(yàn)” ； 2000 年 9 月完成了“新汶孫村煤礦煤炭地下氣化技術(shù)研究與應(yīng)用”項(xiàng)目，并進(jìn)行了民用及內(nèi)燃機(jī)發(fā)電，獲山東省科技進(jìn)步一等獎和煤炭工業(yè)十大科技成果獎。

2005年，中國礦業(yè)大學(xué)在重慶中梁山北礦進(jìn)行的煤炭地下氣化試驗(yàn)首次實(shí)現(xiàn)了在高瓦斯礦井進(jìn)行地下多煤層聯(lián)合氣化，所產(chǎn)煤氣作為當(dāng)?shù)貞艟用窈驼羝仩t燃?xì)?，這一試驗(yàn)的成功對今后煤炭開采過程的碳排放量控制具有重要意義。

2007年1月，新奧集團(tuán)投資2億多元組建烏蘭察布新奧氣化采煤技術(shù)有限公司,開展“無井式煤炭地下氣化試驗(yàn)項(xiàng)目”研究，得到了內(nèi)蒙古科技廳、烏蘭察布市科技局的大力支持。同年10月首個(gè)無井式氣化爐點(diǎn)火成功，并產(chǎn)出合格燃?xì)鈱?shí)現(xiàn)了鍋爐及發(fā)電穩(wěn)定生產(chǎn)應(yīng)用,累計(jì)發(fā)電超過470萬度。2013年首個(gè)工業(yè)性氣化爐建成投入試生產(chǎn),單爐產(chǎn)能達(dá)50萬方/天以上。2014年8月移動單元?dú)饣夹g(shù)開發(fā)成功，實(shí)現(xiàn)富氧連續(xù)氣化穩(wěn)定產(chǎn)出LNG合成原料氣，連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行超過3個(gè)月并通過化工生產(chǎn)長周期穩(wěn)定運(yùn)行評估，單工作面煤炭氣化回采率達(dá)87.7%。取得了一批創(chuàng)新性研究成果，申報(bào)了232項(xiàng)專利。

2010年5月至11月，中國礦業(yè)大學(xué)王作棠教授煤炭地下氣化團(tuán)隊(duì)與華亭煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司合作開發(fā)了“難采煤有井式綜合導(dǎo)控法地下氣化及低碳發(fā)電工業(yè)性試驗(yàn)項(xiàng)目”。項(xiàng)目于當(dāng)年11月通過甘肅省科技廳的鑒定，鑒定委員會專家一致認(rèn)為，該項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)突出，在地下煤層燃燒高效穩(wěn)態(tài)蔓延導(dǎo)引控制技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平，同意通過科技成果鑒定。項(xiàng)目主要技術(shù)點(diǎn)采用新型的窄條帶虛底爐與多爐協(xié)同作業(yè)、地面導(dǎo)控注氣與充填減沉固污、高氫燃?xì)獍l(fā)電等多項(xiàng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)集群，克服了常規(guī)地下氣化存在煤氣燃值低、穩(wěn)定性弱、規(guī)模小、測控難等問題，所產(chǎn)煤氣發(fā)熱量大于9.0MJ/Nm3，可用于生產(chǎn)煤基天然氣和低碳燃?xì)獍l(fā)電，實(shí)現(xiàn)了燃燒過程可導(dǎo)可控、產(chǎn)氣優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定、生產(chǎn)過程安全清潔、污染物近零排放。項(xiàng)目立足資源枯竭礦井中由于地質(zhì)條件復(fù)雜和回采工藝限制而滯留的難采煤資源開發(fā)利用的重大技術(shù)難題進(jìn)行研究攻關(guān)和工業(yè)性試驗(yàn)，為延長礦區(qū)服務(wù)年限，提高煤炭資源回收率，推動煤炭企業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了有力的技術(shù)支撐，為華亭礦區(qū)大規(guī)模物理開采過程中遺留的近6億噸邊角、零散煤炭資源的氣化開采提供了實(shí)踐依據(jù)。

煤炭地下氣化發(fā)展建議

1，我國的地下氣化技術(shù)處于工業(yè)試驗(yàn)轉(zhuǎn)向產(chǎn)業(yè)示范的階段。 因此國家和有關(guān)部門應(yīng)給予大力支持，制定相應(yīng)的政策，提供一定的措施和資金，推動這方 面的研究工作。并應(yīng)組織協(xié)調(diào)，做好攻關(guān)工作，以期在較短的時(shí)間內(nèi)，使地下氣化技術(shù)真正 用于生產(chǎn)和應(yīng)用。

2，煤炭地下氣化的目的在于應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化。當(dāng)前為了尋找煤炭的新出路，加強(qiáng)煤炭 綜合利用的研究，很多企業(yè)都看好煤炭地下氣化技術(shù)，但應(yīng)在開展項(xiàng)目之前要落實(shí)用戶。

3，提高熱值和生產(chǎn)適合于用戶的氣體組分是氣化技術(shù)的關(guān)鍵。地下氣化生產(chǎn)的 空氣煤氣熱值偏低，因此使應(yīng)用范圍受到限制。為了提高煤氣熱值和穩(wěn)定氣體組分，試驗(yàn)中采用生產(chǎn)半水煤氣、水煤氣和富氧煤氣等工藝，部分企業(yè)已經(jīng)取得突破進(jìn)展。

4，對地下氣化爐燃燒和運(yùn)行進(jìn)行有效的控制，是煤炭地下氣化穩(wěn)定產(chǎn)氣和得到相對 穩(wěn)定 的氣體組分的保證手段?？刂葡到y(tǒng)仍然比較簡單，研究單位應(yīng)進(jìn)一步開展攻關(guān)，為地下 氣化爐建立起1套行之有效的測控系統(tǒng)，并應(yīng)重點(diǎn)放在燃燒位置和燃燒速度的控制技術(shù)上， 其中可靠的傳感元器件是很重要的。

5，地下氣化爐和地面設(shè)施的安全技術(shù)是搞好地下氣化的保障。要采取充分和必要的 措施，防止泄漏。還應(yīng)做好防爆和防火工作，并制定嚴(yán)格的規(guī)程，確保安全產(chǎn)氣。

6，開展燃燒后地下氣化爐體結(jié)構(gòu)變化及地面沉降狀況的研究，適時(shí)解剖1～2臺氣 化 爐，了解燃燒后爐體內(nèi)的狀況和地面的塌陷規(guī)律，這對于提高對煤炭地下氣化技術(shù)認(rèn)識，修 改爐型設(shè)計(jì)和改進(jìn)運(yùn)行規(guī)律的控制將起到很大作用。

7，建立煤炭地下氣化試驗(yàn)研究基地，選擇1～2個(gè)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(fā)電、化工原料)作為試驗(yàn)基地，開展多項(xiàng)技術(shù)攻 關(guān)與研究，在成功的基礎(chǔ)上進(jìn)行推廣應(yīng)用。（中國煤炭市場網(wǎng)發(fā)表于2002年4月29日）

英文名稱：Underground Coal Gasification地下煤炭氣化的設(shè)想，最早由俄國著名化學(xué)家門捷列夫于1888年提出，他認(rèn)為，“采煤的目的應(yīng)當(dāng)說是提取煤中含能的成分，而不是采煤本身”，并指出了實(shí)現(xiàn)煤炭氣化工業(yè)化的基本途徑。 自上世紀(jì)30年代以來，美國、德國、原蘇聯(lián)等主要產(chǎn)煤國均大力投入這一領(lǐng)域的技術(shù)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(guān)鍵性技術(shù)。我國自1958年以來開始進(jìn)行自然條件下煤炭地下氣化試驗(yàn)，1980年以后，先后在徐州、唐山、山東新汶等十余個(gè)礦區(qū)進(jìn)行了試驗(yàn)，初步實(shí)現(xiàn)了地下氣化從試驗(yàn)到應(yīng)用的突破。

2007年，氣化采煤工業(yè)化試驗(yàn)基地在內(nèi)蒙古烏蘭察布成立，同年10月首個(gè)無井式氣化爐點(diǎn)火成功，并產(chǎn)出合格燃?xì)鈱?shí)現(xiàn)了鍋爐及發(fā)電穩(wěn)定生產(chǎn)應(yīng)用,累計(jì)發(fā)電超過470萬度。2013年首個(gè)工業(yè)性氣化爐建成投入試生產(chǎn),單爐產(chǎn)能達(dá)50萬方/天以上。2014年8月移動單元?dú)饣夹g(shù)開發(fā)成功，實(shí)現(xiàn)富氧連續(xù)氣化穩(wěn)定產(chǎn)出LNG合成原料氣，連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行超過3個(gè)月并通過化工生產(chǎn)長周期穩(wěn)定運(yùn)行評估，單工作面煤炭氣化回采率達(dá)87.7%。國家“863計(jì)劃”項(xiàng)目《煤炭地下氣化產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)》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(shù)基本完成了規(guī)模化現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，正式邁向產(chǎn)業(yè)化示范工程推進(jìn)階段。

綜合利用前景廣闊

根據(jù)煤氣成分和應(yīng)用條件，地下氣化煤氣可用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電、提取純H2，以及用作化工原料氣、工業(yè)燃料氣、城市民用煤氣等。

煤氣化是煤炭轉(zhuǎn)化的重要形式之一，它在各類生產(chǎn)過程中起著承前啟后的作用。煤制化工合成原料氣在煤化工中有著重要的地位。國內(nèi)外正在把煤化工發(fā)展成為以煤炭氣化為基礎(chǔ)的c1化學(xué)工業(yè)，使煤化工由能源型轉(zhuǎn)向化工型。煤氣化制得的合成氣(CO H2)作為化學(xué)工業(yè)的基本原料，在與石油化工的競爭中不斷發(fā)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(shù)為基礎(chǔ)。而煤炭地下氣化技術(shù)正是具有這樣的特點(diǎn)，通過煤炭地下氣化生產(chǎn)合成氣，可以充分發(fā)揮煤炭地下氣化的技術(shù)優(yōu)勢，為煤化工的發(fā)展提供新的擴(kuò)展空間。

環(huán)境效益

煤炭地下氣化燃燒后的灰渣留在地下，采用充填技術(shù)，大大減少了地表下沉，無固體物質(zhì)排放，因此煤炭地下氣化減少了地面環(huán)境的破壞，這是其他潔凈煤技術(shù)無法比擬的。地下氣化煤氣可以集中凈化，脫除焦油、硫和粉塵等其他有害物質(zhì)，甚至可降CO經(jīng)地面變換后，采用分離技術(shù)將CO2分離出來儲存或作其他用途，從而得到潔凈煤氣，因此，地下氣化技術(shù)有利于解決大氣污染問題。

煤炭資源的利用率

煤炭是我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，但受傳統(tǒng)井工開采技術(shù)水平的限制，隨著開采強(qiáng)度的逐漸增大，大量的礦井報(bào)廢或行將報(bào)廢。據(jù)統(tǒng)計(jì)1953——1989年有報(bào)廢礦井297處，1990年——2020年還有244處將報(bào)廢，遺棄資源儲量已有300億噸以上。利用煤炭地下氣化技術(shù)，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(shù)還可以用于開采井工難以開采或開采經(jīng)濟(jì)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。

地下煤炭氣化的設(shè)想，最早由俄國著名化學(xué)家門捷列夫于1888年提出，他認(rèn)為，“采煤的目的應(yīng)當(dāng)說是提取煤中含能的成分，而不是采煤本身”，并指出了實(shí)現(xiàn)煤炭氣化工業(yè)化的基本途徑。 自上世紀(jì)30年代以來，美國、德國、原蘇聯(lián)等主要產(chǎn)煤國均大力投入這一領(lǐng)域的技術(shù)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(guān)鍵性技術(shù)。我國自1958年以來開始進(jìn)行自然條件下煤炭地下氣化試驗(yàn)，1980年以后，先后在徐州、唐山、山東新汶等十余個(gè)礦區(qū)進(jìn)行了試驗(yàn)，初步實(shí)現(xiàn)了地下氣化從試驗(yàn)到應(yīng)用的突破。

《煤炭工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)經(jīng)驗(yàn)交流及支撐體系技術(shù)》內(nèi)容包括：放頂煤開采工作面提高資源回收率技術(shù)、薄煤層機(jī)電一體化高效開采關(guān)鍵技術(shù)及裝備、解放“三下”壓煤，提高資源回收率技術(shù)體系、煤炭地下氣化技術(shù)、高瓦斯高硫殘煤地下氣化清潔能源技術(shù)、化學(xué)灌漿技術(shù)在礦井防滲堵漏以及加固破碎頂板中的應(yīng)用、固體廢物膏體充填不遷村采煤技術(shù)等等。