煤炭地下气化炉型及工艺

为探讨不同煤层条件下地下气化炉结构及气化工艺,在模型试验和现场试验的基础上研究了煤炭地下气化有井式和无井式气化炉结构及其工艺参数,形成了有井式“长通道、大断面、两阶段”气化工艺和无井式渗透式气化方法.试验结果表明:空气气化时可获得热值在4.18 MJ/Nm3以上的煤气;富氧气化时,当富氧体积分数由30％上升到80％时,煤气中有效组分(H2+CO+CH4)体积分数由30％上升到60％;两阶段气化第2阶段可生产H2组分体积分数在40％、热值在11.45 MJ/Nm3以上的煤气.无井式渗透式气化通道贯通参数为:当供风压力0.75 MPa、供风流量600 Nm3/h时,贯通速度为0.34 m/d,通道当量直径0.39m,正向供风气化和反向供风气化能获得相同质量的煤气.     

缓倾斜薄煤层地下气化试验研究

确定了缓倾斜薄煤层条件下地下气化炉的结构参数,并测定了气化炉的密闭性能;研究了缓倾斜薄煤层地下气化过程的温度场、煤气组分、热值、流量和热效率的变化规律及提高煤气热值的工艺方法．试验结果表明,缓倾斜薄煤层的气化过程井温速度慢,热效率较急倾斜中厚煤层低,其空气连续气化过程冷煤气效率为56．4％,地下气化炉热损失率达到29．7％;脉动两阶段气化工艺是提高缓倾斜薄煤层气化过程煤气热值的一种行之有效的方法,能够获得热值在9．6MJ／m^3以上的煤气,满足民用及发电的要求．     

地下气化炉的生产与维护

地下气化炉分为有井式和无井式两种 ,国外都采用无井式炉型 ,这种炉型避免了井下作业 ,但缺点也非常明显 :①受矿井地质条件影响较大 ,在煤层淋水较大或断层较多的条件下 ,气化炉很难正常运转 ;②产气量和热值不稳定 ;③气化炉操作较为困难。国内目前所建气化炉都采用有井式 ,气化炉建在运行中的矿井煤田上 ,借助矿井的巷道向气化煤层中延伸 ,气化炉的井下通道建好后 ,在气化炉与矿井巷道连接的通道中筑一道密闭墙 ,然后再进行气化炉的点火工作。密闭墙的厚度一般在 6～ 10m ,中间注入水泥浆 ,可确保气化炉中的气体不向矿井泄漏 ,同时密闭墙…     

辽河油田煤炭地下气化点火方式模型试验研究

我国存在大量深部煤炭资源,井工无法开采,可以通过深部煤层气化方式将其开采出来,深部煤层气化利用地面打钻建造地下气化炉,其气化成功的前提是点火,深部煤层气化不同于浅部有井式煤层气化,其气化通道比较狭窄,点火只能通过拐弯钻孔下放点火器或点火剂来引燃煤层;深部煤层气化点火时是在煤层存在一定的水和压力下点火,同时还要能在通道内实现移动点火。目前的点火方式有电点火和化学点火法,经试验证明:电点火不适应深部煤层气化,化学点火法——利用自燃性气体硅烷可以完成深部煤层气化的点火。     

反向两阶段煤炭地下气化方法的研究

在物料平衡的基础上，建立了两阶段煤炭地下气化方法理想气化参数的计算模型。通过对模型试验结果的分析，指出了该气化方法温度场发展过程的一般规律和中热值地下水煤气的形成原因，从而得到了一些工艺控制参数。反向两阶段煤炭地下气化方法能够获得热值Ｑ＝１２．５６ＭＪ／ｍ３以上的地下水煤气，该煤气由水煤气和干馏煤气组成，与同向两阶段气化方法相比，进一步提高了气化过程的热效率。     

劣质瘦煤地下气化工艺试验研究

为实现高硫、高灰劣质瘦煤的地下连续气化,在羽状地下气化炉中,研究了空气、富氧、富氧-水蒸气气化剂条件下,出口煤气有效组分含量和热值的变化规律,研究了炉体坍塌高度与气化率的关系。结果表明:富氧体积分数大于80%时,劣质瘦煤地下气化可获得合格的化工合成原料气,φ(CO+H2)稳定在56%~65%,煤气热值9.2~10.9 MJ/m3;富氧-水蒸气气化时,水蒸气与O2体积比为1.5∶1~2.0∶1时可连续稳定气化,热值达9.2 MJ/m3,但煤气组分变化较大,空气气化效果不明显。炉体塌陷最深的地方在点火区,塌陷高度达250 mm,塌陷率50%,而出气口一侧的塌陷高度为0,说明出气口处煤层气化率相当低,为充分利用煤炭资源,需进行反向鼓风气化煤层,以提高煤层气化率。     

贫瘦煤地下气化模型试验研究

为探索煤炭地下气化技术对贫瘦煤的适用性,在地下煤层模型试验平台上研究了贫瘦煤层的气化特性。结果表明:贫瘦煤层在空气气化下的煤气热值能达到3 404 MJ/m3,优于地下褐煤空气气化所生成煤气的热值;贫瘦煤层在富氧水蒸气气化下,煤气的有效组分和热值随气化剂中氧浓度的增加而增加,氧气体积分数在40%~50%时产生的煤气比较适合用于燃气发电;污染物分析说明煤气冷凝水中部分污染物含量超标。通过对燃空区三维形状及模拟煤层顶板的分析,发现燃空区沿气化通道稳步推进,横向扩展宽度自点火点处的0.86 m缩小至终点的0.43 m;模拟煤层的表土下沉量约占总厚度的6.5%,下沉面积约占煤层总表面积的6.1%左右。     

无井式气化采煤技术

我国首家地下无井式气化采煤、甲醇、甲烷、发电联产工业性试验项目在内蒙古取得重大技术突破。该项目由中国矿业大学和河北省新奥气化采煤投资有限公司共同承担,攻克了三大关键技术难题,在气化通道贯通、纯氧-水蒸气连续气化工艺参数控制等相关课题上取得突破性进展,达到国际领先技术水平。同时,经国家权威机构普尼监测中心认证,该项目安全环保监测也达到国家级环保标准。     

煤炭地下气化现场试验进展与启示

为进一步了解煤炭地下气化商业化面临的关键科学问题,基于对国内外典型煤炭地下气化试验的分析,总结归纳了典型煤炭地下气化试验的区域煤层特征、气化工艺、粗煤气组分及热值等要素.结果表明,气化选址需要综合考虑降低环境风险、较好的地质条件和煤炭品位、较好的地质力学-水文地质条件等因素;钻井式煤炭地下气化已成为主流;中深层富氧气化...     

煤炭地下气化温控爆破渗流燃烧模型试验

在煤炭地下气化过程中，为提供气固之间有效燃烧气化所需要的大反应表面，基于热爆炸原理在室内进行了模型试验，通过对试验数据的分析，指出了温控参数、温度场及煤气热值的发展变化规律，试验结果表明，温控爆破松动作用，提高了气体的渗透能力，改善了在坚硬的煤 进行渗流燃烧的气化环境，从而为氧化带的形成和发展创造了的条件。     

盲孔式煤炭地下气化模型实验

为适应回收“三下”煤炭资源的需要，提出了盲孔式煤炭地下气化技术。简述了盲孔式地下气化方法，介绍了模型实验台、实验系统及实验过程，并对实验结果进行了分析，测试结果表明，气化剂性质不仅影响着炉体的温度分布，而且也决定着煤气的组分和热值。盲孔炉四周煤体在高温作用下，其组织结构和表面形态都发生了质的变化，形成干馏组合碹，从而提高了气化炉周围煤体的承载能力和整体稳定性。这样，盲孔式地下气化方法使回收“三下”煤炭资源成为可能，这无疑为煤炭地下气化技术走向商业化生产，奠定了重要的理论基础。     

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...     

煤炭地下气化气化工作面径向扩展探测研究

地球物理方法可以实现燃空区的间接探测,而钻孔探测可以更直接地获得燃空区样品,深入了解地下气化工况及燃空区形貌。依托煤炭地下气化现场试验工程,采用直接钻孔探测及取样,对获取的煤、岩、焦、渣样品进行了元素分析及灰分分析,采用XRD,SEM-EDS对其矿物质组成进行了表征。研究结果表明,高活性褐煤煤层空气气化,气化面的径向扩展宽度小于17 m。在沿主气化通道径向扩展4 m附近,煤层经历了高温气化反应并伴随高温特征矿物质的生成,气化后煤层残炭约为10%,煤层的气化引起了上覆盖岩层的松动与坍塌;距离气化通道径向扩展17 m位置,接近气化传热的边缘,只有上部煤层受到热的影响,煤层顶板未发生变形;在此基础上绘制了燃空区综合形貌图。     

火烧煤层开采煤层气的研究

我国煤田地质条件复杂,煤层的透气性低,鉴于我国煤储层的特点,借鉴火烧油层、煤的地下气化以及注热、注二氧化碳对提高煤层气产出机理上,本文提出一种地面强化开采煤层气的新方法一火烧煤层开采煤层气,其实施步骤主要包括井网的布置、煤层的贯通、煤层的点燃、煤层气的采集以及煤层燃烧范围的控制,并讨论避免井下爆炸应注意的问题。     

再生火源现象的煤炭地下气化模型实验研究

煤矿外因火灾发生与煤炭地下气化点火过程具有很大的相似性,两者皆会发生再生火源现象。实践证明,再生火源是煤炭地下气化的正常点火和煤矿火灾控制的一个重要影响因素。通过对煤炭地下气化点火过程进行模型试验台研究,通过对其温度场、浓度场进行监测,全面探索了再生火源的发生规律,发现再生火源是由烟气拥塞和烟气加热共同作用产生。在此基础上,提出了预防煤矿外因火灾及煤炭地下气化点火过程中再生火源产生的一些可行性措施。     

鄂庄煤矿四煤层地下富氧气化试验

分析了鄂庄煤炭地下气化工程自投产以来产气量低且不稳定的原因.研究了空气连续气化、富氧气化、富氧-水蒸气气化等参数,探索鄂庄煤层地下气化规律,认为可采用脉动两阶段工艺提高煤气热值.当煤层气化最佳气、氧体积比为1.4:1,氧气体积分数为40%时,气化效率较高.在气化过程中,需根据气化工作面、高温温度场的移动及煤气组成的变化,采用辅助孔气化、反向气化等辅助气化工艺,维持气化煤层高温温度场,提高煤层气化效率,保证气化过程连续稳定进行.该结论为2号炉建设及采用富氧-水蒸气连续气化工艺提供理论依据,二期工程在此基础上实现了煤层地下气化的稳定高产.     

地下气化炉前方煤壁周期性非稳态导热研究

研究了煤炭地下气化炉前方煤壁的周期性非稳态导热。在燃烧区沿气化工作面移动的基础上,建立了周期性简谐式波动的气化炉温度场。以此为前提,研究了煤壁的半无限体温度响应及煤壁导热传递,并得出气化炉前方煤壁温度及热流随时间发生周期性非稳态简谐式变化的结论。这为进一步研究煤壁导热对煤炭地下气化过程中气体渗流扩散及煤层干馏分解的影响,提供了必要的理论依据。     

煤炭地下气化温度场动态扩展对顶板热应力场及稳定性的影响

为探索煤炭地下气化过程中煤层温度场扩展对顶板应力的热影响,利用相似材料制作大尺度顶板模拟内蒙古乌兰察布褐煤层顶板泥质软岩,对煤层温度场动态扩展条件下,顶板应力场扩展过程及顶板稳定性进行实验研究。结果表明,在模型实验中,顶板热应力的最大值可达1.5 MPa。在氧化区培育阶段和气化阶段,煤层温度场沿通道轴向平均扩展速率分别为0.018,0.028 9 m/h,顶板热应力场沿通道轴向扩展速率分别为0.015和0.027 m/h。氧化区培育阶段煤层温度场扩展主方向与裂隙方向一致,煤层温度场动态扩展与顶板热弥散的双重作用使顶板应力场的扩展速率逐渐趋近于煤层温度场扩展速率。同时,泥岩顶板受高温影响在垂直气化通道方向形成稳定的拱形结构,可维持顶板在垂直气化通道方向的区域稳定。     

高瓦斯不易自燃煤层瓦斯燃烧事故引火源分析

随着开采深度的增加,矿井老巷、老空区增多,高瓦斯不易自燃煤层瓦斯燃烧事故也随之增多,准确分析引火源是预防和处理此类事故的关键。引用矿压、煤自燃、采空区瓦斯流动、瓦斯燃烧等理论,以祁东矿6135工作面瓦斯燃烧事故为例进行分析,确立煤自燃是此次瓦斯燃烧事故的点火源;在准确分析引火源产生和火灾传递过程的基础上,制定了封闭火区治理方案并实施,火区得到快速治理。