煤炭地下气化几个基础性问题煤炭地下气化几个基础性问题的研究的研究

中国矿业大学 余 力中国矿业大学 余 力

20102010 年年 88 月月

• 1. 前言 (UCG 简介）• 2. 重要性与必要性的論述。• 2. 地下气化炉方案。• 3. 煤炭地下气化工艺技术路线。• 4. 气化控制问题的研究。• 5. CO2 减排与燃空区充填。• 6. 展望。

发展煤炭地下气化技术的重要性与必要性

煤是我国能源的主体，可长期保证我国 能源的自主安全供给。 2002 年我国的能源结 构，煤占 67% ，石油占 23% ，水电占 7% ， 天然气占 3% 。 2008 年我国生产原煤 27.95

亿 吨。据前煤田地质总局预测：我国煤炭的 探明储量 10176.45 亿吨，预测煤炭资源 45521.04 亿吨。我国煤资源丰富，可长期（几百年内）保证我国能源的自主供给。

目前我国能源领域出现的问题目前我国能源领域出现的问题与解题的设想与解题的设想

• 传统采煤方法造成的环境问题与危害。（ 17450 亿元）

• 石油与天然气储量少， 50% 依靠进口，不安全。研究煤转换石油天燃气可行。

• 煤炭地下气化技术的新成果，煤气成分比较表。

• 两阶段与催化技术结合，氢能技术的发展解决上述的问题。

以上所介绍的不同炉型的气化方案，是继承了前苏联地下气以上所介绍的不同炉型的气化方案，是继承了前苏联地下气化总局主任马特维也夫所介绍的炉型，见下图：化总局主任马特维也夫所介绍的炉型，见下图：

焦 化 碹 的 形 成焦 化 碹 的 形 成保证气化通道不会被堵塞保证气化通道不会被堵塞 ,,

建议由徐州矿大进行褐煤焦化碹强度试验建议由徐州矿大进行褐煤焦化碹强度试验

地下移动式多方位渗流床

• 因素； 供氧量，氧化还原，煤焦化，热胀力，矿压等。

• 产物； 煤层裂隙，通道 , 氧化还原区 , 化学热能等。

。煤气热值与煤层的倾斜度关系极大，是最优化热能的利用，是不以人的希望而转移。所以选择炉址时应特别重视。

.. 地下气化炉型地下气化炉型• 地下气化炉型，有井与无井两种形式，区别在於

建炉与排水方案不同。 有井式都是在已开采过的煤田中进行，煤体在

长期矿井排水工艺的作用下，煤体中水份已疏干，受地下水侵害较少，而且煤气的热值较高，可达1300 大卡方左右。在点火之前，应进行气化炉密封试验，合格后点火。

无井式是在处女或深部煤田中进行，垂直与水平孔都是在地面上施工， 水平孔建议为 0.4 米，如直径为 0.15 米，会被煤焦油堵死而失败。

• 无井式地下气化炉，在生产煤气时，应采用充填工艺将燃空区充填密实，这样可以将燃空区中，燃烧后的大块煤块与岩块被泥浆密实包装起来，断绝了污染物向外扩散的条件。同时也可以省去隔离煤柱煤炭资源的浪费。

• 在含硫较高的煤田气化时用钢管材都会被煤气中含有的硫化氢所腐蝕，所以必须要用防腐管材，避免污染环境。

• 排水是无井式气化炉成败的关键。极力主张用排水设备，将地下水位下降到煤层底板以下，可排除地下水的干扰。反对采用高压风去顶水，这样只能将工作面处、表面处的水分子使其不流入工作面内，而工作面四周煤体中，仍然含有大量的水，因此防碍了煤的燃烧与贯通。当地下水位下降到煤层底板以后，虽然点火成功，还要利用火力贯通法，将小直径通道放大，因此煤气成本较高。又因受地下水的吸热作用，使产出煤气热值不超过 1000 大卡方。

•

• 据了解新奥集团下属有地方煤气公司 77 所，每日需要天然气 1500万方（每小时为 62万方）在未来能源危机未到来前、建议可以在急倾斜煤层自建地下气化炉群，并采用多孔一线炉，每小时产气量为 3万方，再甲烷化后，可作为人造天然气所用，因成本较低，每方不超过一元，可为新奥集团创造更好的经济效益。

地下气化的控制问题

• 1 ） 供气量的控制：点火后需进行鼓风量的标定，当排出煤气中含氧量超过 1％时，停止供风，必须控制氧气的量，以达到安全利用的目的。

• 2 ） 增加水蒸汽量的控制：地下气化炉必然会有地下水侵入，当水量少时，在炉中须增加水蒸汽量。该量通过实践去控制。

• 3 ）当用富氧增加煤气热值：因为该工艺产生的二氧化碳较多，一般情况下不宜采用，为提高炉温特殊条件下可以考虑。

• 4 ） 燃空区平面宽度的测定：利用测氡技术进行，因为煤炭产生的高温区炉温不能立即下降，因此测定后的范围，是新老煤炭燃烧前后的混合体，目前正在研究解决此难题。

• 5 ） 燃空区纵向地层破坏范围的测定；采用三维地震法测定，因为对燃烧后的地层反射波缺乏研究，测定后的结果不理想，目前正在研究此问题。

煤炭地下气化技术新路线

• 长通道 : 进出气孔之间的距离，越长越好，可以获得气化 与干馏煤气之和，提高煤气热值在 30% 以上，同 时提高气化炉的燃煤量，因此延长了气化炉的服 务年限，因此降低了煤气的直接成本。• 大断面：钻孔与通道直径要大于 0.5 米以上，可以满足大流量

的生产任务，降低通风阻力与能耗，大量降低了成本。• 两阶段：气化工艺分为两阶段进行，第一阶段的任务，产热与

蓄热的过程，煤气的热值每方超过 1300 大卡以上，第二阶段利用高温水蒸气作为气化剂，水蒸气在高温煤层中，进行分解可得 H2 大于 66% 以上， CH4 ， CO2 ， CO 在 10% 左右其热值在 3100 大卡以上，可作为化工产品原料气，这是首创。

地下气化炉采用两阶段新工艺时煤气的组分地下气化炉采用两阶段新工艺时煤气的组分 日月

煤气成分 (%) 热值 流量

H2 CO CH4 CO2 N2(大卡 /

m3)(m3/h)

11-9 58.29 3.59 9.28 19.63 4.21 2920.65 1920

10 58.03 18.59 15.08 13.16 0.13 3613.77 1900

11 58.38 10.35 14.32 13.38 3.59 3453.63 1400

12 57.10 11.66 14.89 13.81 2.50 3513.38 1500

12-3 62.07 14.43 10.13 11.07 2.30 3293.50 1650

6 54.25 15.72 10.65 15.26 4.23 3140.54 1810

7 67.04 14.97 6.30 11.69 0.00 3097.51 1450

8 70.51 12.42 5.23 10.03 1.00 3025.81 1720

9 64.07 11.31 9.94 11.13 3.56 3243.31 1900

10 60.42 16.51 9.54 12.52 0.95 3252.87 1550

11 72.95 6.07 8.30 12.17 0.51 3200.29 1520

12 69.16 10.32 9.10 10.94 0.49 3288.72 1750

14 66.14 10.75 11.98 11.10 0.03 3484.70 1580

15 64.63 12.47 9.65 11.70 1.55 3271.99 1850

16 71.58 6.16 10.00 11.92 0.57 3291.11 1600

17 67.56 9.47 9.50 12.92 0.57 3250.48 1830

世界煤制气各种炉型产气组分分世界煤制气各种炉型产气组分分析表析表

LURGI K-T TEXACO KRW HTW SHELL UCG Air Oxygen

CO 15.2 62.2 49.2 43.2 53 61.5 12.47 2.8 7

H2 42.1 26.8 35.7 31.8 33.7 30.6 66.6 18 24

CO2 30.9 8.7 12.2 17.5 9.0 1.7 9.54 21 30

CH4 9.4 0.4 5.8 3.1 9.04 4 8

N2 0.3 1.3 1.0 1.2 0.8 4.8 2.35 55 29.8

煤气热值 1910 2670 2583 2772 2819 2763 3193.6 940 1650

CO2 减排与燃空区充填

• 一 通过气化工艺，降低 CO2含量

• 二 合成化工产品时，将 CO2 与 H2反应，达到零 CO2 排放

• 三 利用碱性溶液吸附 CO2 ，作为充填燃空区的材料

燃空区充填 .

•

• 燃空区充填可杜绝其对地下周围环境的危害，可杜绝新老炉间安全煤柱资源的浪费，可杜绝地面塌陷，破坏了土壤资源。

MTO

N2

天然气

N2

空气合成气制造 和调变

合成气反应

精品蜡

润滑基础油

柴油调和油石脑油

乙醇低碳醇

H2

CO甲醇二甲醚

O2

FT合成

NH3炼厂油品精制

燃料电池氢源

烯烃 /芳烃

醋酸

合成气中枢

煤层气

煤

生物质

含氧化合物

LPG

SNG甲烷化

液化气合成

氢发电厂

水 H2O

合成气发电和化学品多联产

蒸气裂解

展 望展 望• 根据前苏联数十年与中国 25 年的实践经验，与目

前人类生存的环境与科技水平等条件考虑本课题的展望。

• 根据哥本哈根全球大会与中国第一次全国能源委员会的精神，应加强与提倡煤炭地下气化技术与催化技术、氢能利用的合作，以我国传统采煤方法遗留下来的废弃煤炭资源为主战场，将目前井巷工程施工水平不断向全自动化，机械化水平前进。

• 学习前苏联经验，成立国家级行政管理与科技类的研究机构，推动煤炭地下气化技术的发展。

谢谢