煤炭地下气化及对中国天然气发展的战略意义

基于国内外煤炭地下气化技术发展现状与趋势,提出了煤炭地下气化基本概念、机理与模式,指出目前面临的挑战、发展潜力与发展路径。煤炭地下气化这一革命性技术能够实现"人工制气",且符合煤炭清洁利用方向,在新能源达到规模化供应之前,可开辟中国特色的有效供甲烷与氢气战略新途径。中国含油气盆地煤系发育,仅超出煤炭企业井工开采深度、埋深1 000～3 000 m的煤炭资源量即为3.77×10~(12) t,初步预计可气化煤炭折合天然气资源量为(272～332)×10~(12)m~3,是常规天然气资源量的3倍,与非常规天然气资源量的总和基本相当。根据煤炭地下气化反应机理和产物组分的差别,初步将煤炭地下气化分为"浅层富氢、中深层富甲烷、深层超临界极富氢"3种开发模式。石油石化企业可在煤炭企业井工开采范围之外,发挥自身技术、管道、市场等一体化优势,根据不同需求和相应技术成熟度,优选路径发展煤炭地下气化业务,可将大量煤炭资源进行有效清洁开发利用,缓解天然气供应紧张局面,还可结合产出氢气就近利用以及在邻近油区开展CO_2驱油与埋存,打造石油石化循环经济净零排放示范区,为"氢经济"时代到来储备资源和技术,更为中国"清洁、低碳、安全、高效"的现代能源体系建设开辟新的途径。     

我国中深层煤炭地下气化商业化路径

全球已开展的煤炭地下气化(UCG)矿场试验绝大多数都是在浅煤层进行的,受环境保护因素的制约很大;而中深煤层UCG项目环保优势突出、发展前景好于浅煤层,但选址因素却更加复杂、地下工程难度更大。为了实现我国中深层UCG技术的商业化,在调研国内外UCG技术发展现状的基础上,分析归纳了UCG技术商业化所面临的主要问题,进而探析了中深层UCG项目商业化的路径。现有的问题包括:①浅煤层气化存在着较大的环保风险;②中深煤层气化工程难度较大;③在目前的技术水平条件下,UCG项目投资的经济性较差;④选址和系统配套等条件对于UCG项目的竞争力影响较大。研究结果表明:①从投资经济性的角度来考虑,中深层UCG项目单个地下气化单元(UGU)设计需要实现较高的日产气量和累计产气量,同时也需要较长的气化通道来控制大量的煤炭资源,还要解决好气化通道堵塞和破坏失效等问题;②中深层UCG属于资金和技术密集型项目,项目选址不仅要考虑地下条件因素,而且还要充分考虑产品市场和公用工程系统配套等条件。结论认为,我国可以优先考虑在新疆准东、哈密、三塘湖,内蒙古鄂尔多斯、二连、海拉尔等煤炭资源条件优越的油气产区建设UCG试验基地、部...     

煤炭地下气化产业与技术发展的主要问题及对策

煤炭地下气化可实现煤炭资源清洁开采和利用,催生新的战略替代能源。国外自20世纪30年代开始了煤炭地下气化技术研究和现场试验,主要采用巷道式及浅层钻井式煤炭地下气化工艺。目前,浅层钻井式煤炭地下气化前端工艺基本成熟,但规模化开发技术尚未突破,受环保政策、资源条件、技术局限等因素限制,工业化进展缓慢,还需要在地质评价和选址、基础实验、气化炉建造、气化运行控制工艺、粗煤气综合利用、井下工程技术、规模化开发技术等方面取得进一步突破,并解决温室气体排放及项目经济性等问题。煤炭地下气化未来将由浅层向中深层发展,粗煤气处理技术将由单一发电向深加工、综合利用方向发展。大型石油企业具有发展煤炭地下气化的战略需求、资源基础和技术条件,应发挥上下游一体化综合优势,建立科研、试验、生产及工程技术服务一体化运营模式,加快推进煤炭地下气化商业化开发进程,引领产业发展。     

地下气化：煤炭清洁高效利用的重要途径

<正>我国是世界第一产煤大国和煤炭消费大国，2020年，煤炭占全国一次能源消费总量的56%。实现中深层煤炭资源的清洁、低碳、高效开发利用，逐步成为保障国家能源安全，助力国家实现“双碳”目标的重要途径。在此背景下，煤炭资源的高效清洁利用成为科学研究的重要方向和新课题，其中煤炭地下气化是相关领域的重要发展方向之一。     

利用深层煤炭地下气化技术建设煤穴储气库的可行性研究

我国天然气主要消费市场尤其是环渤海和华东地区,调峰和应急保障需求强烈,但地下储气库设施数量与规模都严重不足,与实际需求量差距很大。国外已有将煤炭矿井改造成地下储气库的经验,深层煤炭地下气化实验也已经取得成功。环渤海和华东地区已被证实存在大量的深部厚煤层,借鉴盐穴储气库建设、深层煤炭地下气化和煤穴封存CO_2的思路和技术,可将深层煤炭原位气化后所形成的煤穴空间改造为地下储气库。模拟案例分析结果表明,煤穴储气库在资源、选址、主体工艺、建设规模、建设周期和投资经济性等方面均较为可行,而且在投资经济性上优于环渤海和华东地区目前在建和规划建设的盐穴储气库。利用深层煤炭地下气化技术建设煤穴储气库,既能利用没有井工开采价值的深层煤炭资源,增加天然气供应量,又能提升天然气市场健康发展所急需的调峰和应急保障能力。最后建议:油气企业应与煤炭企业、燃气企业和研究院所等开展合资合作,在储气库调峰需求强烈的京津冀和华东地区,率先启动深层煤炭地下气化技术研究,开展矿场试验,尽快启动煤穴储气库建设。     

“十四五”我国油气发展路径选择

自20世纪50年代以来,我国油气发展经历了4次重大战略转型,极大地推动了油气工业的发展,使我国由贫油贫气国发展成为油气生产大国,并在海外建成五大油气合作区。我国能源安全的核心在油气,短板也在油气。21世纪以来,我国油气对外依存度大幅攀升,油气安全风险大增,亟需大力提升国内油气勘探开发力度,发挥国内油气供应的“压舱石”作用。系统梳理分析了我国油气发展战略演变历程,认为新形势下实施“稳油增气”战略是保障我国油气安全的现实选择,建议“十四五”期间将“稳油增气”上升为国家能源战略,并就推动我国原油产量2×108t长期稳定、天然气产量持续增长,提出未来我国油气发展战略部署;在用海用地、技术创新、体制机制及财税政策等方面提出保障措施与建议。     

煤炭地下气化是我国化石原料供给侧创新方向

中国能源需求量巨大,在富煤、贫油、少气、可再生能源总量有限且增速较慢的能源格局下,如何安全、清洁、高效开采和利用煤炭已成为讨论的焦点。为此,剖析了当前煤化工及整体煤气化联合循环发电系统(IGCC)等煤炭利用方式所面临的问题,提出煤炭地下气化技术是一种符合现实需求的选择。研究结果认为,煤炭地下气化技术在安全与环境、优势资源综合利用、经济可行性等多个方面都具有优势,可作为煤化工和IGCC的前端支撑和保障。在当前的发展形势下,应从以下几个环节入手,推动煤炭地下气化技术的发展:(1)加强技术产品的研发,建立可行性研究综合评价体系,制订产业化行业的相关标准;(2)给予煤炭地下气化产品精准的市场定位,关注产品全流程综合经济指标,先技术可行,后经济优化;(3)建立完善的运作及管理模式,严格把控高效、环保、安全、和谐、简洁的产业链目标。结论认为,实现煤炭地下气化的规模化将有力推动我国化石原料供给侧的优化创新。     

呼之欲出的中国生物天然气战略性新兴产业

生物天然气能源具有低成本、绿色、清洁、环保、可持续性等优势,是替代汽油、天然气、石油液化气和煤炭等最好的生物质可再生能源。鉴于欧盟国家近年来成功开发车用生物天然气的经验,为推动我国生物天然气产业的发展,分析了当前我国在这个领域存在的5大问题（中国传统沼气产业的转型升级、新型城镇化难题、温室气体减排、治霾问题、提高能源自给）。结果表明：生物天然气车用时比汽油、柴油及常规天然气能更有效地减少汽车尾气CO₂和致霾物的排放,在当前我国面临石油和天然气对外依存度急剧上升,迅速增加的机动车已成为大中城市雾霾天气的“罪魁祸首”,农民苦于找不到能长久居“卖方市场”产品的大背景下,应尽快开发我国的生物天然气产业。进一步介绍了欧盟各国成功开发、应用生物天然气能源的经验和做法,剖析了中国沼气行业当前陷入重重困境的根源。结论认为：国家能源主管部门应抓住难得的机遇,做出规划,制定扶持政策;沼气企业和技术人员要更新观念,推进传统沼气工程的转型和技术升级,以建成生物天然气战略性新兴产业。     

油气与新能源融合发展路径思考与建议

“双碳”背景下油气田企业加快油气业务与新能源业务融合发展。实施路径上需推动“油、气、热、电、氢”综合能源开发利用和能源供应结构转型升级,利用低成本绿电支撑油气供给增长,大力发展地热清洁供暖以减轻冬季天然气保供压力,规模化开发光伏与风电,在风光资源丰富地区探索发展绿氢产业。同时,加大生产用能清洁替代,推动油气能源清洁低碳开发,具体包括：油气生产系统优化瘦身,推动节能提效;实施清洁电力替代,以绿电替代网电并不断提高绿电占比;实施清洁热力替代,构建低碳化、电气化工艺流程,探索利用光热、余热和低温空气热,实现对自用天然气的替代;实施生产系统再造,打造与清洁能源特性相耦合的低碳化油气生产系统。为保障油气与新能源深度融合发展,提出了四方面建议：一是推进油气产能与清洁能源同步规划、同步建设,实现“建设融合”;二是加强节能提效和新能源消纳,实现“生产融合”;三是通过一体化建设、运行和评价,实现“管理融合”;四是深化能源生产技术创新,实现“技术融合”。     

煤炭地下气化技术及其应用前景

煤炭地下气化是将处于地下的煤炭进行有控制的燃烧并产生煤气的一项清洁能源新技术。根据气化通道方式可分为无井式（钻孔作为气化通道）和有井式（人工巷道作为气化通道）。前苏联是世界上进行地下气化现场试验最早的国家，受能源危机的影响，美国、英国、法国、德国、比利时和东欧许多国家在20世纪也都进行了煤炭地下气化的试验。我国煤炭地下气化研究的开展是在20世纪80年代以后，中国矿业大学研究并提出了“长通道、大断面、两阶段”煤炭地下气化工艺，并在山东、河北、山西等地成功应用。煤炭地下气化的核心技术是气化建炉技术和控制技术。煤炭地下气化煤气可用于联合循环发电、提取纯Ｈ₂以及用作化工原料气、工业燃料气、城市民用等。计算表明，我国目前适合地下气化的煤炭资源量达6244.6亿吨，可得到合成天然气量为214.03万亿立方米。     

Progress in Coal Liquefaction Technologies

1. China’s energy status The proven recoverable reserve of coal in China ranks the third, while those of oil and gas rank the 11th and 19th, respectively in the world. Coal makes up a large percentage in China’s primary energy consumption. The percentage of coal consumption reduced from 76.2% in 1996 to 66.3% in 2002 as a result of the adjustment of energy structure, but the total coal consumption increased to 1.39 billion tons in 2002. Based on China’s energy status and economic developm…     

Status and Prospect of CTL and SNG Industry

Since the beginning of this century, revolutionary progress has been made in the understanding of resources and in the mining technologies of the oil and gas industry. Advances in petroleum engineering technology represented by horizontal wells and large-scale fracturing have promoted the scale development of low-grade and unconventional oil and gas resources. After the rapid growth of natural gas production in China for more than 10 consecutive years, the replacement of conventional natural gas resources has been weak and unconventional natural gas has become the major force for increasing production. Coal based SNG(synthetic natural gas) has also become a major competitor in the domestic market. The development of CTL(coal-toliquids) and SNG industries has brought coal resources into the oil and gas product market, expanding the concept of traditional oil and gas resources. The continuous improvement of petroleum engineering technology has promoted the development of deep underground coal gasification technology, which has given economic value to the huge amount of deep coal resources that are unable to be exploited by underground mining, and provides a tremendous resource guarantee for the sustainable development of the traditional oil and gas industry. A preliminary calculation shows that deep underground coal gasification has a competitive advantage in cost compared with high-cost, low-grade, unconventional gas and coal-based natural gas. Deep underground coal gasification is a typical cross-disciplinary and cross-sectoral sophisticated technology. Domestic oil and gas enterprises have dominant advantages in the engineering technology of this field. Further technical integration innovation and multi-industry joint research are needed to eventually realize the commercial application of this deep underground coal gasification technology.     

节约和替代燃料油新技术的应用

中国石化集团公司所属的燕山石油化工公司、胜利石油管理局和镇海炼油化工股份有限公司等企业分别开发和采用新型洁净煤水煤浆、高硫焦循环流化床锅炉和吸收式热泵回收油田采油污水余热和地热以及煤气发生炉制热煤气等新技术 ,用洁净煤、高硫石油焦或采油污水余热和地热替代燃料油或原油 ,减少了石油化工企业的燃料油自用量 ,在减少污染物排放、满足环境保护要求的同时 ,降低了成本、提高了经济效益。     

能源革命:从化石能源到新能源

为了预测世界总体能源发展的态势,从分析能源发展历史入手,明确了能源利用方式将在木柴向煤炭、煤炭向油气之后经历油气向新能源的第三次重大转换。尽管全球化石能源供应量总体比较充足,但关键技术突破和生态环境保护需求加快并推动了化石能源向新能源的转换。世界能源消费正在迈入石油、天然气、煤炭和新能源"四分天下"的时代,其在一次能源消费结构中的比例分别为32.6%、23.7%、30.0%和13.7%,中国能源消费也将由煤炭独大,逐步进入煤炭、油气和新能源"三足鼎立"的时代。对全球能源发展的预判结果表明:①石油迈入"稳定期",产量高峰将出现在2040年前后,高峰年产量约45×10~8 t;②天然气步入"鼎盛期",产量高峰将出现在2060年前后,高峰年产量约4.5×10~(12)m~3(40.5×10~8 t油当量),将在未来能源可持续发展中发挥支柱作用;③世界煤炭产量稳中有降,煤炭发展进入高效清洁化"转型期",污染物排放量将大幅降低,其占一次能源消费结构的比重也将有所下降;④新能源开发利用渐入"黄金期",占一次能源消费结构的比重将大幅提升。结论认为:①我国能源生产和消费具有自身特点,能源发展需从国情实际出发,加强煤炭资源清洁高效利用是解决我国能源环境问题的关键;②我国石油产量需达2×10~8 t,以保障国家能源安全;③加快致密气和页岩气等非常规资源开发步伐,力争实现2030年我国天然气产量超3 000×10~8 m~3的目标;④加强新能源资源的开发利用,2030年我国有可能实现非化石能源占一次能源消费结构比重20%的目标。     

中国石化油气勘探进展与上游业务发展战略

战略重组以来,中国石化上游资源战略稳步推进,构建了由东部到西部、由石油到油气、由常规到非常规及新能源的发展格局,形成了石油稳定发展、天然气快速发展、新能源有序推进、海外油气业务持续优化、工程技术支撑能力不断提升、信息化与智能化建设快速推进的发展态势。2016年以来,油气勘探开发成效显著,塔里木盆地、四川盆地海相碳酸盐岩领域油气储量、产量实现大规模增长,东部成熟探区精细勘探开发实现效益增储建产,中西部盆地碎屑岩勘探开发实现效益建产,四川盆地深层、常压页岩气勘探开发取得新突破,海外油气勘探取得新进展。展望未来,中国石化以保障国家能源安全为己任,大力提升国内油气勘探开发力度、持续优化海外油气勘探开发结构、加快推进天然气产供储销体系建设、积极推进新能源业务发展,大力推进高质量勘探、效益开发,实现规模增储上产,确保“七年行动计划”目标顺利实现。     

全球能源变局下的石油石化业发展动向

世界能源结构正在发生变化,石油比例在下降,天然气在页岩气的带动下快速发展,份额上升,生物能源迅速崛起。石油石化行业也相应呈现出业务布局调整,发展重心东移,产业装置规模大型化,清洁燃料标准趋严,节能减排要求提高,生物燃料、天然气及煤化工等能源多元化发展的新趋势。论述了全球能源结构的变化趋势以及世界石油石化行业的最新发展动向。     

中国采气采煤协调发展的“三交模式”

煤层气与煤炭两种矿产资源同根同源、紧密共生,因开发利用方式不同而分属石油与煤炭两个开采主体。在我国,煤层气与煤炭两种资源部分矿权区块存在重叠的有1.5×104km2之多。为解决两种矿权重叠的矛盾,采用一种采气采煤协调发展的综合开发模式,不但有效地促进了煤层气开采企业与煤炭开采企业的友好合作,使煤炭和煤层气开采企业都获得很好的效益,同时也促进了地方经济的发展,安全与环保进一步得到保障。在山西省矿权重叠最为严重的三交地区,双方通过签署合作协议,实行采气采煤协调发展,形成了"三交模式":在矿权重叠区,将石油和煤炭两家开采主体相互配合,利用联合勘探(地震、钻井相互结合)、联合开发(采前抽、采中抽、采后抽)、联合利用(瓦斯发电)等方式各取其利,实现共赢。两家企业的关系从对立转化为合作,将"1-1小于0"变成"1+1大于2"。实施"三交模式"有效地解决了三交地区的矿权重叠矛盾,得到了国家政府部门的认可,并在国内发挥了很好的引领作用和示范意义。     

满足全氢型炼化模式的加氢催化剂开发技术平台的构建和工业应用

针对市场需求结构的变化,中国石化石油化工科学研究院（石科院）致力于石油资源的高效利用以提高轻质油的收率、实现低成本绿色生产清洁油品以及多产汽油、油化结合等关键技术的提升和推广。通过长期的基础研究,紧密结合工业实践,成功构建了加氢催化剂开发技术平台。它是由催化材料平台、活性相平台和催化剂生产技术平台组成的有机整体。基于加氢催化剂开发技术平台,石科院可以快速响应工业实践中遇到的实际问题和产生的技术需求,提出适应性好、针对性强的技术措施,为炼油企业创造更大的经济效益和社会效益。