煤炭地下氣化技術(shù)現(xiàn)狀及產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析-11600

1、煤炭地下氣化技術(shù)現(xiàn)狀及產(chǎn)業(yè)發(fā)展分(2014-11-11 09:29:45)煤炭地下氣化技術(shù)現(xiàn)狀及產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析煤炭地下氣化 （，）是將地下賦存的煤在煤層內(nèi)燃燒、氣成煤氣，輸送到地面，作為能源或化工原料，特別適用于常規(guī)法不可采或開采不經(jīng)濟的煤層，以及煤礦的二次或多次復(fù)采，品氣可以經(jīng)過處理通過管道輸送，也可以直接使用煤氣發(fā)電或工合成。煤炭地下氣化（）是一門融多學(xué)科為一體的綜性能源生產(chǎn)技術(shù)，牽涉到地質(zhì)學(xué)、水文學(xué)、鉆井技術(shù)、點火燃、產(chǎn)品氣加工利用技術(shù)、生態(tài)環(huán)境保護技術(shù)等一系列， 其復(fù)雜程度遠超地面氣化，這也使其風(fēng)險程度增加。目前，）技術(shù)在少數(shù)國家已經(jīng)實現(xiàn)了少量的商業(yè)，俄、美、英、德國、澳大利亞、日本和中

2、國等國家已不同程度地掌握了該領(lǐng)域的一些關(guān)鍵技術(shù)。煤炭地下氣化（）基本原理及相關(guān)技術(shù). 基本原理煤炭地下氣化的過程主要是在地下氣化爐的氣化通道中實現(xiàn)的，整個氣化過程可以分為氧化、還原、干餾干燥個反應(yīng)區(qū) （圖）。從化學(xué)反應(yīng)角度來講，個區(qū)域沒有嚴格的界限，氧化區(qū)、 還原區(qū)也有煤的熱解反應(yīng)，個區(qū)域的劃分只是說在氣化通道中氧化、還原、熱解反應(yīng)的相對強弱程度經(jīng)過這個反應(yīng)區(qū)以后，生成了含可燃組分主要是、的煤氣，氣化反應(yīng)區(qū)逐漸向出氣口移動，因而保持了氣化反應(yīng)過程的不斷進行，氣化通道的煤壁（氣化工作面）不斷燃燒，向前推進，剩余的灰分 和殘渣遺留在采空區(qū)。 . 關(guān)鍵技術(shù)類型）有井式氣化技術(shù)。 該法又稱巷道式地下氣

3、化爐技術(shù) （圖）在開采或廢棄的煤礦井中建地下氣化爐，以人工掘進的方式在煤層中建立氣化巷道，并在進氣孔底部巷道筑一道密閉墻（促使定向燃燒煤層），然后便可將密閉墻前面的煤炭點燃氣化，從一個井筒鼓風(fēng)，通過平巷，由另一個井筒排出煤氣。此法只應(yīng)用于關(guān)閉礦井中遺棄資源的回收，須進行井下施工，作業(yè)環(huán)境和安全性差，這對其應(yīng)用帶來不利。除新奧集團內(nèi)蒙古 地下氣化試驗外，我國已完成的項目以及正在進行前期工 作的絕大部分項目都是有井式的。） 無井式氣化技術(shù)。 該法采用常規(guī)的油氣鉆井技術(shù)鉆孔），很好地發(fā)揮了石油企業(yè)的鉆井技術(shù)優(yōu)勢，免去了巷道式建地下氣化爐的條件限制。相比于有井式 ” 氣化爐， “無井式氣化建爐具有工藝

4、簡單、建設(shè)周期短的特點，適用于整裝煤田的 大規(guī)模地下氣化，也可用于深部及水下煤層氣化。無井式煤炭地下氣化法從地面向煤層打直徑、間距的一系列鉆孔，兩鉆孔之間貫通形成氣通道，點火氣化。雙孔式氣化技術(shù)中兩孔間的貫通方法常用的 低壓火力滲透貫通法、高壓火力滲透貫通法、電力貫通法、水 壓裂貫通法以及定向鉆孔貫通法種。. 產(chǎn)氣率及產(chǎn)品氣組成。 產(chǎn)氣率與煤質(zhì)、 賦存條件以及采用的氣化劑種類有關(guān)（表）。一般來說，氣化煙煤時，如果采用空氣作為氣，煤氣熱值，產(chǎn)氣效率大約為，若采用富氧水蒸氣作為氣化劑，煤氣熱值， 產(chǎn)氣效率大約為。） 產(chǎn)品氣的組成。 煤炭地下氣化產(chǎn)品氣的組分與煤階、 氣化劑類型以及工程技術(shù)等因素相關(guān)

5、，與地面煤炭氣化產(chǎn)品氣組成基 本一致，不同煤階、氣化劑所對應(yīng)的產(chǎn)品氣組分如表所示 國內(nèi)外煤炭地下氣化（）技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀. 國外主要技術(shù)現(xiàn)狀）前蘇聯(lián)技術(shù)。 前蘇聯(lián)是世界上進行煤炭地下氣化試驗研究最早的國家，也是地下氣化工業(yè)應(yīng)用最成功的國家之一， 我國目前比較先進的煤炭地下氣化技術(shù)主要是在前蘇聯(lián)技術(shù)基礎(chǔ) 上發(fā)展起來的。前蘇聯(lián)最初試驗于年， 到世紀年代初期， 在 莫斯科近郊、頓巴斯和庫茲巴斯已有個商業(yè)規(guī)模的地下氣化試 驗區(qū)，利用氣化技術(shù)已回收了約萬煤，生產(chǎn)煤氣超過 億，所生產(chǎn)的煤氣用于發(fā)電或工業(yè)燃料。年 蘇聯(lián)在莫斯科近郊煤田又試驗成功無井式地下氣化爐，同時還發(fā) 展了各種貫通技術(shù)，由過去的滲透技術(shù)轉(zhuǎn)向定

6、向鉆孔貫通技術(shù)， 以求得長距離貫通。在氣化技術(shù)上，他們對氣化劑進行了試驗， 由過去的鼓入空氣得到低熱值煤氣轉(zhuǎn)向鼓入氧氣得到中熱值煤 氣，大大提高了煤炭地下氣化技術(shù)的水平，從而在蘇聯(lián)和世界各 國得到推廣。該地下氣化技術(shù)的優(yōu)點表現(xiàn)在： 逆向火力燃燒 定向鉆 進，形成滲濾氣化通道； 采用 型結(jié)構(gòu)實現(xiàn)煤層預(yù)熱，減 小熱損，提高氣化效率；實現(xiàn)多點移動注氣、多孔穩(wěn)定出氣， 保證煤氣產(chǎn)量； 實現(xiàn)中等規(guī)模生產(chǎn)。缺點表現(xiàn)在： 氣化鉆孔比較多， 氣化爐成本高； 對地 質(zhì)水文要求比較高； 缺少富氧和純氧運行經(jīng)驗。）美 國 （ ，受控注入點后退氣 化）工藝。美國勞倫斯 利弗莫爾國家實驗室年開始研究地下煤氣化，在模擬研

7、究和實驗室研究的基礎(chǔ)上，研發(fā)出受 控注入點后退氣化工藝 （）。這種新工藝把定向鉆進 和反向燃燒結(jié)合在一起，定向鉆孔先打垂直注入孔和產(chǎn)氣孔，到 達煤層后，從注入孔沿煤層底板繼續(xù)打水平孔，直到與產(chǎn)氣孔底部相交，然后在鉆孔中下套管。開始氣化時，用移動點火器在靠近產(chǎn)氣孔的第一個注入點燒掉一段套管，并點燃煤體，燃燒空穴不斷擴展，一直燒到煤層頂板，待頂板開始塌落時，注入點后退相當于一個空穴寬度的距離，再用點火器燒掉一段套管，形成新 的燃燒帶，如此逐段向垂直注入孔推進。該地下氣化技術(shù)的優(yōu)點表現(xiàn)在： 注氣點移動實現(xiàn)氣化工作 面控制； 熱解帶減小，氣化效率提高，減少了通道堵塞及鉆 孔堵塞； 從事了富氧試驗。缺點

8、表現(xiàn)在： 點火操作比較復(fù)雜；氣 化 規(guī) 模 小，生產(chǎn)不連續(xù)不適用于規(guī)模生產(chǎn)。）加拿大 技術(shù)。 成立于 年的加拿大 公司的地 下煤氣化技術(shù)是目前最受關(guān)注的技術(shù)之一，近年其專有的 技術(shù)已被多個國家的多個公司選用來建設(shè)試驗裝臵 （表 ）。該方法基于前蘇聯(lián)地下煤氣化開采技術(shù)，利用煤層中已存在的天然通道并對其進行改良，建立連接注入井和生產(chǎn)井之間的通道 來解決無法建立有效貫通通道問題。 . 國內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀 我國煤炭地下氣化試驗研究發(fā)展主要在 世紀 年代以后。目前也由實驗室試驗研究、現(xiàn)場試驗研究逐步轉(zhuǎn)向工業(yè) 示范生產(chǎn)應(yīng)用，開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的煤炭地下氣化技術(shù)。目前工業(yè)示范情況比較好的是新礦集團 （有井式技

9、術(shù)）和新奧 集團 （無井式技術(shù)），它們都與中國礦業(yè)大學(xué)進行合作）新礦集團 “ 有井式 ” 技術(shù)。新礦集團地下煤氣化 年開始試驗研究工作， 年 月點火成功， 同年 月正式向 萬余戶居民供生活用燃氣。于 （一期），煤氣熱值 年相繼建成了協(xié)莊氣化站、鄂莊氣化站 并一次點火成功。目前日產(chǎn)氣量達到 萬 達到 . 。 年 地下煤層氣化申報了國家 “ ” 計劃 “煤炭地下氣化穩(wěn)定控制技術(shù)的研究 ” 課 題， 獲得科技部批準并被列入中國 “ ”計劃和試驗基地。）新奧集團“ 無井式 ” 技術(shù)。年 月，新奧集團投資 億多元組建烏蘭察布新奧氣化采煤技術(shù)有限公 司，與中國礦業(yè)大學(xué)和烏茲別克斯坦氣化站共同開展 “無井式

10、煤炭地下氣化試驗項目” 研究。同年 月，我國首套日產(chǎn)煤氣萬 的無井式煤炭地下氣化試驗 系統(tǒng)和生產(chǎn)系統(tǒng)一次點火成功。該試驗現(xiàn)場已具備供熱、發(fā)電、生產(chǎn)化工原料的能力，取得了一批創(chuàng)新性研究成果，申報了項專利。這項研究創(chuàng)新地構(gòu)建了“ 型后退面擴展 ” 的全新結(jié)構(gòu)地下氣化爐，創(chuàng)造性地開發(fā)了氣化通道貫通技術(shù)、氣化通道疏通 技術(shù)和無井式氣化， 造氣成本僅為地面氣化造氣的 左右。截止到 年年底， 新奧集團烏蘭察布氣化站已連續(xù)運 行四年，第三個試驗爐穩(wěn)定運行 天，熱值和組分穩(wěn)定， 發(fā)電機連續(xù)運行 天，空氣連續(xù)氣化生產(chǎn)氣量 萬 ，富氧連續(xù)氣化生產(chǎn)氣量萬 ，達到 了工業(yè)化生產(chǎn)要求。 . 世界主要 項目）澳大利亞 項

11、目。 澳大利亞煤炭 資源豐富，包括 能源公司、 有限公司在內(nèi)的多家企業(yè)在開發(fā) 項目，其中 能源公司 項目最為典型，其位于澳大利亞昆士蘭 的 項目是迄今西方國家中運行成功的最 大試驗項目，技術(shù)采用加拿大的 技術(shù)。該項目于 年 月 日開始產(chǎn)氣，年 月 完成試驗和有控制的停運。 期間共鉆了 口工藝井， 煤層厚 ，深約 ，共氣化煤，最大產(chǎn)氣量 約 ，相當于 電力。最近 的 號 發(fā)生器已投運，同時計劃建 設(shè) 號發(fā)生器。能源公司以空氣為氣化劑獲得的合成 氣低熱值約為、壓力 、溫度 ，典型組成剔除氮氣后計算）為 ， ， 。摩爾比為: ，工藝合成油。年 公司收購了烏茲別克斯坦的地下煤氣化廠目前唯一運轉(zhuǎn)的工業(yè)化

12、裝臵），并獲其。的裝，其規(guī)模將來可能擴大。正在與美國合成石油公司合作開展煤制油，計）安格連斯克）項目該項目位，于年投產(chǎn)，至今一直在生產(chǎn)，煤層厚度，煤灰分含量，含水，熱值，煤層傾角 ，深 ，井間。系統(tǒng)壓力（平均）。設(shè)計規(guī)模億 ，最大年產(chǎn)氣量達 . 億 （。產(chǎn)品氣熱值為。目前已能源公司收購，日產(chǎn)合成氣。）南非項目。該項目由公司實施，采用技術(shù)。于年月投產(chǎn)，初始，最終將提高到萬 。該項目為非洲大陸第一個裝臵，目的是增加煤資源，該項目煤炭資源的地質(zhì)復(fù)雜性、規(guī)模及開創(chuàng)性都超出預(yù)期的設(shè)想。所產(chǎn)高質(zhì)量合成氣用于發(fā)電。 煤炭地下氣化）產(chǎn)業(yè)綜合分析 . 與傳統(tǒng)煤炭利用相比的優(yōu)點與其他煤清潔利用技術(shù)相比表 與表 ）

13、 ，煤炭地下氣化 （）技術(shù)主要具有以下優(yōu)點：）煤炭地下氣化技術(shù)具有較好的環(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廢物和粉煤灰堆放面積及對地面環(huán)境的破壞，這是其他潔凈煤技術(shù)無法比擬的。與傳統(tǒng)采煤加地面燃燒相比， 可減少 排放， 并 有利于進行碳捕捉和儲存。經(jīng)地面變換后，采用分離技術(shù) 將 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。）煤炭地下氣化技術(shù)提高了煤炭資源的利用率。 煤炭地下氣 化技術(shù)可大大提高資源回收率，使傳統(tǒng)工藝難以開采埋藏太深的 煤、邊角煤、 “ 三下 ”壓煤、已經(jīng)

14、或即將報廢礦井遺留的保護性 煤柱和按國家環(huán)保規(guī)定不準開采的高硫高灰劣質(zhì)煤得到開采，大 大提高了煤炭資源的利用率。） 安全性好。 煤炭地下氣化技術(shù)由于實現(xiàn)了井下無人、無設(shè)備生產(chǎn)煤氣。因此具有較好的安全性，可避免傳統(tǒng)采煤的煤礦塌 陷、透水、瓦斯突出等事故。）投資少、經(jīng)濟效益好。與礦井和礦場建設(shè)相比，建設(shè)地下 煤氣化站的投資低 . 倍，與地面氣化相比投資顯著降低。）勞動生產(chǎn)率高。生產(chǎn)管理操作簡單，用人少，效率高，成 本低，利潤高，比井工開采可提高工效 倍以上，節(jié)約成本一 半多，而且生產(chǎn)安全性好。）省去了煤的運輸和裝卸。 由此沒有運輸過程中的燃料損失 和煤塵等污染物排放，并減少相應(yīng)的費用。 . 存在的

15、不足 綜上所述， 盡管地下煤氣化相對于地面煤氣化具有基本建設(shè)投資省、建站周期短、工藝簡單、生產(chǎn)效率高、煤的回收率高、生 產(chǎn)成本低、沒有三廢外排問題等很多優(yōu)點，但技術(shù)上仍存在多種 局限，距離廣泛工業(yè)化推廣任重道遠。）煤炭地下氣化過程的控制不能達到像地面煤氣化的程度，很多的過程變量，諸如水注入速度、氣化區(qū)中反應(yīng)物分布、孔穴 增長速度，只能通過測量溫度和產(chǎn)品氣的質(zhì)量和數(shù)量進行估計。）不排除會對地下及地表環(huán)境造成重大影響， 比如地下蓄水層污染和地表塌陷，同時地下煤層燃燒可能存在造成地表植物干枯的風(fēng)險。一旦火焰從地縫竄出，將會對人類在該區(qū)域的地表活 動產(chǎn)生較嚴重的影響，甚至埋下安全隱患。）經(jīng)濟性有較大的不確定性， 目前運行效益較好的煤炭地下 氣化項目均有適當數(shù)量的配套電廠或化工廠，產(chǎn)品氣直接用于煤 氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電或化工合成聯(lián)產(chǎn)。）對很多煤資源來說地下煤氣化可能技術(shù)上是可行的， 但是 適合地下煤氣化的煤層地質(zhì)條件比較苛刻，因為一些煤層的地質(zhì) 和水文特征會大大增加環(huán)境及工程風(fēng)險性。 結(jié)語我國是一個 “ 富煤、少氣、缺油 ”的國家，在很長一段時間 內(nèi)我國能源結(jié)構(gòu)仍將以煤為主，低碳能源資源的選擇十分有限。 國家能源局在“ 天然氣發(fā)展十二五規(guī)劃”中明確指出，要大力