煤炭地下氣化技術現狀及產業(yè)發(fā)展分析

1、-. z.煤炭地下氣化技術現狀及產業(yè)開展分析(2014-11-11 09:29:45)煤炭地下氣化技術現狀及產業(yè)開展分析煤炭地下氣化，是將地下賦存的煤在煤層燃燒、氣化成煤氣，輸送到地面，作為能源或化工原料，特別適用于常規(guī)方法不可采或開采不經濟的煤層，以及煤礦的二次或屢次復采，產品氣可以經過處理通過管道輸送，也可以直接使用煤氣發(fā)電或化工合成。煤炭地下氣化是一門融多學科為一體的綜合性能源生產技術，牽涉到地質學、水文學、鉆井技術、點火燃燒控制技術、產品氣加工利用技術、生態(tài)環(huán)境保護技術等一系列技術，其復雜程度遠超地面氣化，這也使其風險程度增加。目前，煤炭地下氣化技術在少數國家已經實現了少量的商業(yè)化應用

2、，俄、美、英、德國、澳大利亞、日本和中國等國家已不同程度地掌握了該領域的一些關鍵技術。煤炭地下氣化根本原理及相關技術.根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的，整個氣化過程可以分為氧化、復原、干餾枯燥個反響區(qū)圖。從化學反響角度來講，個區(qū)域沒有嚴格的界限，氧化區(qū)、復原區(qū)也有煤的熱解反響，個區(qū)域的劃分只是說在氣化通道中氧化、復原、熱解反響的相對強弱程度。經過這個反響區(qū)以后，生成了含可燃組分主要是、的煤氣，氣化反響區(qū)逐漸向出氣口移動，因而保持了氣化反響過程的不斷進展，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)。.關鍵技術類型有井式氣化技術。該法又稱

3、巷道式地下氣化爐技術圖。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，通過平巷，由另一個井筒排出煤氣。此法只應用于關閉礦井中遺棄資源的回收，須進展井下施工，作業(yè)環(huán)境和平安性差，這對其應用帶來不利。除新奧集團地下氣化試驗外，我國已完成的工程以及正在進展前期工作的絕大局部工程都是有井式的。無井式氣化技術。該法采用常規(guī)的油氣鉆井技術鉆孔圖，很好地發(fā)揮了石油企業(yè)的鉆井技術優(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簡單、建立周期短的特點

4、，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，兩鉆孔之間貫穿形成氣化通道，點火氣化。雙孔式氣化技術中兩孔間的貫穿方法常用的有低壓火力滲透貫穿法、高壓火力滲透貫穿法、電力貫穿法、水力壓裂貫穿法以及定向鉆孔貫穿法種。.產氣率及產品氣組成產氣率。產氣率與煤質、賦存條件以及采用的氣化劑種類等有關表。一般來說，氣化煙煤時，如果采用空氣作為氣化劑，煤氣熱值，產氣效率大約為，假設采用富氧水蒸氣作為氣化劑，煤氣熱值，產氣效率大約為。產品氣的組成。煤炭地下氣化產品氣的組分與煤階、氣化劑類型以及工程技術等因素相關，與地面煤炭氣化產品氣組成根

5、本一致，不同煤階、氣化劑所對應的產品氣組分如表所示。國外煤炭地下氣化技術開展現狀.國外主要技術現狀前聯技術。前聯是世界上進展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主要是在前聯技術根底上開展起來的。前聯最初試驗于年，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)，利用氣化技術已回收了約萬煤，生產煤氣超過億，所生產的煤氣用于發(fā)電或工業(yè)燃料。年聯在莫斯科近郊煤田又試驗成功無井式地下氣化爐，同時還開展了各種貫穿技術，由過去的滲透技術轉向定向鉆孔貫穿技術，以求得長距離貫穿。在氣化技術上，他們對氣化劑進展了試驗

6、，由過去的鼓入空氣得到低熱值煤氣轉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的水平，從而在聯和世界各國得到推廣。該地下氣化技術的優(yōu)點表現在：逆向火力燃燒定向鉆進，形成滲濾氣化通道；采用型構造實現煤層預熱，減小熱損，提高氣化效率；實現多點移動注氣、多孔穩(wěn)定出氣，保證煤氣產量；實現中等規(guī)模生產。缺點表現在：氣化鉆孔比較多，氣化爐本錢高；對地質水文要求比較高；缺少富氧和純氧運行經歷。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場研究地下煤氣化，在模擬研究和實驗室研究的根底上，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合在一起，定向鉆孔先打垂直注入孔和產

7、氣孔，到達煤層后，從注入孔沿煤層底板繼續(xù)打水平孔，直到與產氣孔底部相交，然后在鉆孔中下套管。開場氣化時，用移動點火器在靠近產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，待頂板開場塌落時，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。該地下氣化技術的優(yōu)點表現在：注氣點移動實現氣化工作面控制；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。缺點表現在：點火操作比較復雜；氣化規(guī)模小，生產不連續(xù)不適用于規(guī)模生產。加拿大技術。成立于年的加拿大公司的地下煤氣化技術是目前最受關注的技術之一，近年其

8、專有的技術已被多個國家的多個公司選用來建立試驗裝置表。該方法基于前聯地下煤氣化開采技術，利用煤層中已存在的天然通道并對其進展改進，建立連接注入井和生產井之間的通道來解決無法建立有效貫穿通道問題。.國技術現狀我國煤炭地下氣化試驗研究開展主要在世紀年代以后。目前也由實驗室試驗研究、現場試驗研究逐步轉向工業(yè)示生產應用，開發(fā)了具有自主知識產權的煤炭地下氣化技術。目前工業(yè)示情況比較好的是新礦集團有井式技術和新奧集團無井式技術，它們都與中國礦業(yè)大學進展合作。新礦集團有井式技術。新礦集團地下煤氣化年開場試驗研究工作，年月點火成功，同年月正式向萬余戶居民供生活用燃氣。于年相繼建成了協莊氣化站、鄂莊氣化站一期，

9、并一次點火成功。目前日產氣量到達萬，煤氣熱值到達.。年地下煤層氣化申報了國家方案煤炭地下氣化穩(wěn)定控制技術的研究課題，獲得科技部批準并被列入中國方案和試驗基地。新奧集團無井式技術。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，與中國礦業(yè)大學和烏茲別克斯坦氣化站共同開展無井式煤炭地下氣化試驗工程研究。同年月，我國首套日產煤氣萬的無井式煤炭地下氣化試驗系統和生產系統一次點火成功。該試驗現場已具備供熱、發(fā)電、生產化工原料的能力，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)新地構建了型后退面擴展的全新構造地下氣化爐，創(chuàng)造性地開發(fā)了氣化通道貫穿技術、氣化通道疏通技術和無井式氣化，造氣本錢僅為

10、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)氣化生產氣量萬，富氧連續(xù)氣化生產氣量萬，到達了工業(yè)化生產要求。.世界主要工程澳大利亞工程。澳大利亞煤炭資源豐富，包括能源公司、在的多家企業(yè)在開發(fā)工程，其中能源公司工程最為典型，其位于澳大利亞昆士蘭的工程是迄今西方國家中運行成功的最大試驗工程，技術采用加拿大的技術。該工程于年月日開場產氣，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，最大產氣量約，相當于電力。最近的號發(fā)生器已投運，同時方案建立號發(fā)生器。能源公司以空氣為氣化劑獲得的合成

11、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:，很適合用于通過工藝合成油。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的工業(yè)化裝置，并獲其相關知識產權。的裝置所產氣體主要用作發(fā)電機組的燃料，其規(guī)模將來可能擴大到。正在與美國合成石油公司合作開展煤制油，方案建立一個大的煤制油裝置。安格連斯克工程。該工程位于烏茲別克斯坦，于年投產，至今一直在生產。氣化煤階為褐煤，煤層厚度，煤灰分含量，含水，熱值，煤層傾角，深，井間距。系統壓力平均。設計規(guī)模億，最大年產氣量達.億年。產品氣熱值為。目前已被澳大利亞能源公司收購，日產合成氣萬。南非工程。該工程由公司實施，采用公司的技術。于年月投產

12、，初始，最終將提高到萬。該工程為非洲大陸第一個裝置，目的是增加煤資源，該工程煤炭資源的地質復雜性、規(guī)模及開創(chuàng)性都超出預期的設想。所產高質量合成氣用于發(fā)電。煤炭地下氣化產業(yè)綜合分析.與傳統煤炭利用相比的優(yōu)點與其他煤清潔利用技術相比表與表，煤炭地下氣化技術主要具有以下優(yōu)點：煤炭地下氣化技術具有較好的環(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，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廢物和粉煤灰堆放面積及對地面環(huán)境的破壞，這是其他干凈煤技術無法比較的。與傳統采煤加地面燃燒相比，可減少排放，并有利于進展碳捕捉和儲存。經地面變換后，采用別離技術將別離出來儲存或作其他用途，

13、從而得到干凈煤氣，因此，地下氣化技術有利于解決大氣污染問題。煤炭地下氣化技術提高了煤炭資源的利用率。煤炭地下氣化技術可大大提高資源回收率，使傳統工藝難以開采埋藏太深的煤、邊角煤、三下壓煤、已經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煤得到開采，大大提高了煤炭資源的利用率。平安性好。煤炭地下氣化技術由于實現了井下無人、無設備生產煤氣。因此具有較好的平安性，可防止傳統采煤的煤礦塌陷、透水、瓦斯突出等事故。投資少、經濟效益好。與礦井和礦場建立相比，建立地下煤氣化站的投資低.倍，與地面氣化相比投資顯著降低。勞動生產率高。生產管理操作簡單，用人少，效率高，本錢低，利潤高，比井

14、工開采可提高工效倍以上，節(jié)約本錢一半多，而且生產平安性好。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，并減少相應的費用。.存在的缺乏綜上所述，盡管地下煤氣化相對于地面煤氣化具有根本建立投資省、建站周期短、工藝簡單、生產效率高、煤的回收率高、生產本錢低、沒有三廢外排問題等很多優(yōu)點，但技術上仍存在多種局限，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到達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)中反響物分布、孔穴增長速度，只能通過測量溫度和產品氣的質量和數量進展估計。不排除會對地下及地表環(huán)境造成重大影響，比方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枯槁的風險。一旦火焰從地縫竄出，將會對人類在該區(qū)域的地表活動產生較嚴重的影響，甚至埋下平安隱患。經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工程均有適當數量的配套電廠或化工廠，產品氣直接用于煤氣聯合循環(huán)發(fā)電或化工合成聯產。對很多煤資源來說地下煤氣化可能技術上是可行的，但是適合地下煤氣化的煤層地質條件比較苛刻，因為一些煤層的地質和水文特征會大大增加環(huán)境及工程風險性。結語我國是一個富煤、少氣、缺油的國家，在很長一段時間我國能源構造仍將以煤為主，低碳能源資源的選擇十分有限。國家能源局在天然氣開展十