煤炭地下气化面临的挑战与技术对策

我国能源结构具有"富煤、贫油、少气"的特点。煤炭地下气化是在原位条件下,通过对煤炭资源进行有控制的燃烧获得气体资源,具有煤炭洁净化利用和低碳能源资源保障两大优势,将成为我国清洁高效现代能源体系发展的重要领域。本文系统总结了国内外煤炭地下气化的发展历程。基于众多实例的剖析,指出全球已开展的煤炭地下气化试验绝大多数都是在浅煤层进行的,安全性、环保性和经济性是煤炭地下气化规模化开展面临的挑战,相比于浅部煤炭资源,深部煤炭地下气化具有更多优势。分析认为我国煤炭地下气化的有效进行将面临3个关键问题:煤炭地下气化选区评价体系尚未建立,与地质条件相匹配的气化炉建造技术研究开展较少,不同类型煤炭资源气化剂与气化产物的关系研究尚不明确。为顺利推进先导性试验和工业化试验,亟需结合煤炭资源赋存地质条件,建立适用于我国的煤炭地下气化选区评价技术;系统开展不同类型煤炭资源的气化技术适应性研究,开发适用性的气化炉建造技术,优选合适的气化工艺控制气化产物中经济性物质的比例,不断调整优化,形成针对性的气化产物控制技术。在实现煤炭资源的安全、高效、清洁开发的同时,保障能源安全、改善能源结构、创造经济效益。     

新汶矿区煤炭地下气化技术的成功实路与启示

18 8 8年 ,俄国化学家门捷列夫曾说 :我有一个梦想 ,那就是让煤在地下燃烧而变成可燃用气体。一个多世纪以来 ,世界各国为解决传统煤炭生产和利用方式造成的资源浪费及环境破坏而苦苦探索。英国早在 1 90 8年就进行了第一次地下气化试验 ;前苏联于 1 932～ 1 935年间建立了煤炭气化试验区 ,1 941年获取重大进展 ;美国于 1 946年开始煤炭地下气化研究 ,1 987年试验获得成功。我国在 50年代末期开始进行地下气化研究 ,先后在新汶、枣庄、大同、皖南等矿区进行了气化试验 ,其中新汶孙村矿是我国最早进行煤炭地下气化试验的煤矿 ,但由于种种原因…     

煤炭地下气化模型试验研究现状与发展

为探索模型试验在煤炭地下气化研究中的作用,阐述了煤炭地下气化模型试验气化炉的结构特征、燃空区扩展规律及气化工艺.研究结果表明,模型气化炉虽不能完全模拟地下煤层赋存条件,但可在煤层和岩层中设置温度、压力、组分和应力等测点,获得现场难以测得的温度场、压力场、浓度场和应力场等物理场;可对不同赋存条件下煤层的燃空区扩展形状及规律展开直观研究;气化工艺模型试验不仅可获得与现场试验相同的工艺参数,也可开展煤炭地下气化过程中污染物析出与迁移规律的研究,并用于现场生产.最后,提出了模型试验的发展方向.     

煤炭地下气化技术

介绍了煤炭地下气化的基本原理、应用地质条件、国内外发展概况以及与传统的井工开采煤炭相比的优越性。分析了实施煤炭地下气化所需解决的地下气化炉结构和气化工艺参数的选择、高温条件下煤和岩石物理化学性质的测试、物探测试和监控、大口径定向钻进等关键技术问题 ,提出了我国发展煤炭地下气化技术的对策。     

涌水条件下富氧煤炭地下气化温度场扩展的模型试验

借助模型实验系统进行了一定涌水条件下的富氧空气煤炭地下气化试验,研究了不同氧气浓度下炉内的最大升温速率、燃烧前沿的移动速率、以及量化的三带分布与煤气组分的对应关系。试验结果表明,在一定涌水条件下,富氧浓度在21%～80%的煤炭地下气化,煤层的最大升温速率在3.7～9.0 ℃/min,而且氧气浓度在45%左右时,升温效果较好;燃烧前沿沿气化通道的移动速率在0.07～0.11 m/h之间;温度场的三带分布情况对煤气组分有较大影响;当煤炭地下气化温度场的温度梯度比较小时,煤气的组分比较好。     

煤炭地下气化初步实践

介绍了进行煤炭地下气化半工业性试验的徐州矿务局卧牛山煤矿（原新河煤矿二号井）的地质条件、气化工业设计和近１０个月的试验效果，提出了今后的设想。     

煤炭地下气化中的地质问题

煤炭地下气化是弥补我国天然气供需缺口的多元化途径之一。然而,该项技术历经80余年现场试验目前仍未产业化应用。煤炭地下气化炉的载体为地质体,煤矿床地质禀赋约束了特定地下气化项目的可行性,推进这一过程必须跨越地质风险瓶颈。立足于这一战略需求和基本认识,简要回顾历史并提出问题,从资源禀赋、选址评价、环境安全3个方面评述了国内外关于煤炭地下气化地质因素的认识与进展,提出了推进煤炭地下气化产业化的地质工作建议。分析认为,煤炭地下气化地质工作贯穿于规划布局、炉址选择、气化生产、燃后处理整个过程,系统性地质工作尚不到位是煤炭地下气化长期未能实现产业化的重要原因,需要从战略高度上充分理解我国煤炭资源禀赋对当前地下气化技术的适应性,国外严格的选址"标准"启示我们加大对难采、劣质、零散煤炭资源原位规模性气化技术研究探索的力度,高温因素与静态地质体叠加所潜在环境地质安全问题需要正视并积极应对。基于上述地质思考,建议对煤炭地下气化技术应持谨慎的乐观态度,不宜保守,更不宜盲目,鼓励选择适宜地质条件开展工业性试验探索。将煤炭地下气化作为一项保障国家长远能源安全的战略措施,围绕煤炭地下气化资源评价选区与战略规划、气化炉勘查与选址评价技术、高安全广适性地下气化工艺技术、生产地质动态监测预警技术、地下气化地质保障系列规范5个方面,推进并组织论证和实施"煤炭地下气化地质风险评价与预测关键技术"计划。其中,煤炭地下气化资源评价选区与战略规划是打破目前"难以产业化"僵局的基础,需要立足于我国煤炭资源特性及赋存条件实际,总结国内外地下气化工业性试验经验,建立全国统一的煤炭地下气化资源评价技术准则,评价全国或大区煤炭资源对当前地下气化技术的适应性程度。然后,提出可供分步实施的典型地质条件国家级先导性试验区建议。     

阜新煤炭地下气化试验

文章介绍了在阜新矿区王营子煤矿进行的小规模煤炭地下气化实验情况 ,王营矿由于井深、压力大、地质条件复杂、自然灾害严重、吨煤成本高等因素 ,造成煤炭开采亏损严重。通过阜新煤田长焰煤地下气化工业型试验 ,为煤炭地下气化提供了实验数据 ,为其规模工业化提供了基础 ,加速了其商业化进程。     

长通道大断面两阶段煤炭地下气化工艺的试验研究

在传统的煤炭地下气化试验中，气化炉炉型很小，徐州新河二号井煤炭地下气化半工业性试验采用“长通道大断面两阶段煤炭地下气化”工艺，取得了满意的结果。试验表明，大型炉是煤炭地下气化走向应用的有效途径。     

煤炭地下气化综合电磁法监测技术的应用

煤炭地下气化可以从根本上消除煤炭开采的地下作业工程，充分利用煤炭资源，将煤层所含的能量以洁净气体的形式输出地面，而将灰烬和废渣留于地下，从而大大减轻传统采煤和气化工艺对环境造成的不良影响。为了使地下煤层的燃烧和气化得到有效的控制，使气化工艺有效地发挥作用，及时准确地了解地下气化状态（包括燃烧工作面的位置、移动速度及燃空区的范围等）至关重要。监测试验表明，综合电磁法是进行煤炭地下气化监测的有效方法。     

煤炭地下气化--在西班牙的一次欧洲野外联合试验

1　概述1 988年 ,欧洲 6国就煤炭地下气化成立了一个工作小组 (EWG) ,决定在西班牙 Teruel地区中等深度煤层中组织一次欧洲联合野外试验。其主要目的是 :论证在欧洲 50 0～ 70 0 m地层中进行煤炭地下气化的可行性 ;试验在地表采用定向钻进技术控制煤层中气化通道的钻进 ,并与垂直井连通以建立有效的气化流通循环通道 ;发展气化反应和气化空间扩展的控制技术 ;监测气化进展和产品气体的质量和数量 ,以便对煤炭地下气化作出经济评价 ;证明材料性能和环境安全的可接受性。　　试验的主要任务为 :(1 )准备工作。勘探钻孔 ,进、出气孔钻进和工…     

大城勘查区煤炭地下气化地质条件评价

在煤炭地下气化的开发中,针对整个煤田某一煤层具体位置的选择非常重要。通过对大城勘查区地质数据的评估,来判断该区煤层地下气化开采的地质可行性。主要从地质条件、煤层赋存情况、煤质情况、水文情况4个方面考虑。地质条件主要与实施气化采煤是否有风险相关;煤层赋存情况与炉区布置及炉型相关;煤质与气化工艺相关;水文情况与气化过程对环境的影响相关。通过研究各相关因素对煤炭地下气化各环节的影响程度,对气化作用进行评价,确定各相关因素对煤炭地下气化可行性的权重,最终得出评价依据,对大城勘查区煤层地下气化开采的地质条件的可行性进行量化评价,其结果作为该区地下气化的基础依据。     

煤炭加压气化技术的研究及开发

:简要介绍了北京煤化学研究所在加压固定床气化———包括D6 5 0mm中试和D10 0mm小试气化技术 ,D30 0mm和D10 0mm加压流化床气化技术 ,加压气流床气化数学模拟等方面的研究和开发情况 ,给出了典型煤种在不同气化炉、不同操作条件下的试验数据 ,讨论了我国煤炭气化技术的发展前景     

影响煤炭地下气化稳定性生产因素

分析了煤炭地下气化稳定性运行的影响因素，在地下气化炉的建造过程中，应考虑煤层赋存条件，地下水涌入情况，不同的条件其地下气化炉结构也不同，在煤炭地下气化生产运行时，气化剂的配比，操作环境压力，温度都将影响其稳定生产。     

矿井煤层气化试验自动点火技术的研究及实践

为合理利用煤炭资源,提高企业经济效益,寻找企业可持续发展之路,开展了煤炭地下气化试验。介绍了矿井煤层气化试验自动点火技术在重庆中梁山煤电气有限公司矿业分公司北矿煤层气化试验中的应用情况。分析了矿井煤层气化的特殊性和煤层点火的可靠性、安全性,讨论了煤炭地下气化工程的点火思路、供电方案,对自动点火装置进行了设计,并阐述了煤炭地下气化的过程测控,以及所产生的社会、经济和环境效益,为今后矿井进行煤层气化试验提供了宝贵经验。     

浅论内蒙古自治区准格尔煤田老三沟井田煤炭地下气化可行性

煤炭地下气化技术是集建井、开采、气化三大工艺为一体的前沿技术,对于提高煤炭资源利用率,降低开采成本等具有先天优势。内蒙古自治区准格尔煤田老三沟井田是国家煤制天然气项目配套煤炭资源开采区,通过从地质资源条件、技术成熟度、经济效益等方面的可行性分析,结果表明老三沟井田运用煤炭地下气化技术是可行的。依据可行性分析结论,提出老三沟井田开展煤炭地下气化示范实验项目初步设想方案,方案涉及实验区优选、工艺技术选择、产品方向及融资渠道分析等方面,为老三沟井田后期规模化煤炭地下气化开发生产提供了有益参考。     

深部煤炭原位气化开采关键技术及发展前景

我国深部煤炭资源储量丰富。煤炭地下气化可将其转化为燃气输出到地面,是深部煤炭原位流态化开采的重要途径。本文介绍了煤炭地下气化技术(UCG)的发展历程、技术现状以及中深部煤炭地下气化典型案例,基于现代煤炭地下气化技术体系剖析了深部煤炭地下气化的关键技术及技术攻关方向,展望了以天然气生产为目标的深部煤炭气化开采前景。UCG的发展呈现由矿井式向钻井式、由浅部煤层向深部煤层、由单一发电向综合利用的趋势;中深部煤炭地下气化的实践验证了深部煤炭地下气化的技术可行性。深部煤炭地下气化的关键技术主要包括地质评价和科学选址、气化炉构建技术、深部煤层高压点火技术、可控移动注入技术和深部火区地球物理探测技术。深部煤炭气化开采生产天然气,不仅可实现深部煤炭资源的清洁高效利用,还有望解决天然气消费的供需矛盾。     

煤地下气化对地下水的影响及防治措施

概述了煤炭地下气化过程对地下水环境的影响,指出煤炭地下气化生产过程中产生的主要污染物为有机物和无机物两大类:有机物主要包括酚类、杂环类以及多环芳烃,无机污染物主要有钙、钠、钾、镁等无机阳离子以及硫酸盐、碳酸氢盐。提出气化压力控制法和严格的水文地质条件遴选是控制煤炭地下气化环境污染的主要防治措施。     

浅谈内蒙古自治区伊和达布斯矿区煤炭地下气化

煤炭地下气化技术是煤炭开采方式变革的前沿技术,在提高煤炭资源利用率、降低开采成本、安全环保等方面具有较大优势。本文从地质角度出发,对阿拉达布斯煤田伊和达不斯矿区应用煤炭地下气化技术的适宜性、存在的局限性及在未来开发生产过程中气化产品利用方式的选择进行了探讨。认为伊和达不斯矿区从地质角度分析采用地下气化技术开采是适宜的,虽存在一定的局限性,但只要选择合适的煤炭地下气化技术和最优的气化产品利用方式,此项技术在本矿区的采用有可能获得较好的经济效益。     

煤炭地下气化新工艺

介绍了煤炭地下气化的原理，国内外发展概况，简述了煤炭地下气化最新工艺理论体系，以及在此理论指导下，刘庄煤矿煤炭地下气化工业性试验情况。