煤炭地下气化技术

2005/1/6 12:06:14

    一、概述
    煤炭地下气化是将处于地下的煤炭进行有控制地燃烧，通过对煤的热解作用及化学作用产生可燃气体，是集建井、采煤、转化工艺为一体的多学科开发清洁能源与化工原料的新技术，其实质是将物理采煤转变为化学采煤，只提取煤中有用组分，将灰渣、矸石、放射物等有害物留在地下，完全抛弃了庞大、笨重的采煤和地面洗选转化设备，实现了井下无人、无设备的生产工作面，可充分回收和利用报废矿井煤炭资源，充分保障工人人身安全，减少地表环境破坏，实现清洁燃烧，以及为发展煤化工和理想新能源提供原料，因而，该技术具有安全、高效、污染少等优点，有利于环境保护与生态平衡。
    利用煤炭地下气化技术，可使我国"报废"煤炭资源50%左右得到利用，还可以用于开采井工难以开采的薄煤层、深部煤层和"三下"压煤等，大大提高煤炭资源的利用率以及煤炭生产的经济效益，是煤炭行业新的经济增长点。
    江泽民总书记曾题词："中国矿业大学煤炭地下气化试验，从煤炭资源的充分利用以及经济效益来讲值得进一步研究"。煤炭地下气化技术立足于我国煤炭资源丰富的优势，将有效地解决我国能源短缺，电力供应紧张，环境污染等问题，对国民经济的可持续发展具有十分重要的意义。
    二、成果成熟程度
    我国于1958年首次在新汶、枣庄进行了煤炭地下气化现场试验，并获得了可燃煤气，六十年代又在鹤岗、大同、皖南等6个矿区进行煤炭地下气化试验，并取得了一定的成果。1985年中国矿业大学针对我国报废矿井中煤炭资源多的特点，提出利用地下气化技术回收报废煤炭资源的设想，1987年完成了徐州马庄矿现场试验。本次试验进行了3个月，产气16万m3，煤气热值为4.2MJ/m3。马庄矿试验表明，在报废矿井进行地下气化是可行的。
    为克服无井式气化工艺的缺点，结合我国矿井报废煤炭资源多的特点，在总结国内外煤炭地下气化工艺的基础上，中国矿业大学煤炭工业地下气化工程研究中心提出了："长通道、大断面、两阶段煤炭地下气化新工艺"，并进行了多次急倾斜煤层地下气化模型试验，在此基础上完成了国家"八五"重点科技攻关项目--徐州新河二号井煤炭地下气化半工业性试验，和河北省重点科技攻关项目--唐山市刘庄煤矿地下气化工业性试验。试验都通过了省、部级鉴定，经科研查新表明, "长通道、大断面、两阶段新工艺"属国内外首创，试验结果达到了国际先进水平，并被评为国家85攻关重大科技成果。目前，山东新汶矿业集团孙村煤矿应用煤炭地下气化技术已经成功地将地下气化煤气用做民用燃气，并取得了一定的经济效益。
    "长通道、大断面、两阶段煤炭地下气化新工艺"，受到了国内外专家的肯定，国外专家表示如果该工艺经济、环境评价合理，则有意引进该工艺恢复他们国家已经关闭的煤矿。
    中国矿业大学经过15年的研究、开发，使煤炭地下气化技术在我国具备了推广应用的技术条件，并显示出良好的经济、环境效益和明确的产业化前景。
    三、主要技术参数及相关技术的比较
    地下气化煤气的生产工艺流程中，由于原料煤无需预处理，煤气出口温度一般较低（约100oC），使整个过程趋于简化。针对不同赋存条件、不同煤种和不同的地下气化工艺，地下气化煤气的组分有一定差别，但CO2和CH4含量一般较高，在表1中，以唐山刘庄矿和山东新汶孙村矿地下气化煤气组分为基础，将地下气化煤气与其它气化技术所生产的煤气的主要技术指标作了比较。

组分	H₂	CO	CO₂	N₂	CH₄	O₂
空气煤气	0.5-0.9	32-33	5-10	64-66	-	-
混合煤气	12-15	25-30	5-9	52-56	1.5-3	0.1-0.3
水煤气	47-52	35-40	5-7	2-6	0.3-0.5	0.1-0.2
半空煤气	37-39	28-30	6-12	20-23	0.3-0.5	0.2
UCG空气煤气	12-20	5-25	15-25	45-65	5-10	0.1-0.5
UCG水煤气	45-55	8-30	10-35	5-15	8-10	1-3

    矿井遗弃煤炭资源地下气化可充分利用矿井现有的技术和物质条件建设地下气化炉和气化站，如矿井的供电、供水、道路、房屋等公共设施，矿井的井筒、巷道、设备等，盘活了矿井固定资产存量。且矿井经过多年的开采，地质资料清楚，地下水业已疏干，无需勘探费用，这样大大节省了气化炉(站) 的建设投资，吨煤气化与吨煤开采相比，其效益可提高3倍以上。煤气深加工、综合利用后，经济效益更加显著。
美国专家对地下气化和地面气化进行经济分析后指出，地下气化与地面气化生产相同下游产品相比成本可下降：①生产合成气为43%、②生产天然气代用品为10-18%、③发电为27%。据前苏联列宁格勒火电设计院计算，地下气化热力电厂与燃煤热力电厂相比，厂房空间可减少50%，锅炉金属耗量可降低30%，运行人数可减少37%，发电成本可降低28%。地下气化煤气成本较低，水煤气含氢量高，环保效益好，煤气应用于各生产领域，将降低下游产品生产成本和环保投入，因此煤炭地下气化技术有较好的市场前景和潜力，能够在未来市场竞争中取得优势。
     煤炭资源地下气化不仅具有较好的经济效益，其社会效益尤为显著：
    1．促进煤炭产业结构升级，改变产煤地区的经济与生活面貌
    煤炭工业为我国的经济发展做出了杰出的贡献，但随着开采强度的增大，开采成本的提高，煤矿企业经济效益普遍不好，职工下岗，影响了产煤地区的经济发展和人民的生活水平。矿井遗弃煤炭资源地下气化可促进煤矿企业产品结构升级，增加劳动就业，促进产煤地区的经济发展，变煤炭工业为"朝阳工业",再现煤炭工业的腾飞和可持续发展。同时还可充分利用煤炭资源，保护耕地，减少城乡等建筑搬迁费用，缓解交通运输压力。
    2．促进我国国民经济的发展
    本项目的实施及推广应用将大大提高我国能源的利用率和利用水平。煤炭地下气化是煤炭开采和利用技术中成本最低的一项技术，它还能直接为化工行业提供原料，带动煤化学工业上规模、上档次，同时可以优化电力生产结构（燃气代替燃煤），延缓石油枯竭，为电子工业、汽车工业、冶金工业等提供氢气，减少了许多中间环节的投资。因此，项目的实施与推广应用，将会促进我国国民经济的发展。
    3．减少环境污染
煤炭地下气化灰渣留在地下，煤气能集中净化，同时进行CO2吸收、速凝、回填，可提供清洁能源和化工原料气，改善整个生态环境。
    五、市场前景预测
    我国绝大部分矿井大都经过了几十年的开采，已逐步走向衰老。可井工开采的资源枯竭、开采成本提高、煤炭市场疲软等，给矿区经济发展带来了严重困难，也带来了劳动就业等许多社会问题。但这些矿井由于受井工采煤技术水平的限制，仍有一半以上的贮量遗弃在井下。而煤矿企业受其本身的技术及物质条件的限制，寻求发展还必以丰富的煤炭资源为基础，因此，矿井遗弃煤炭资源地下气化技术则成为他们的首选技术。目前除了河北煤炭地下气化中心、山东新汶矿业集团、山西义棠煤矿、甘肃华煤(集团) 公司、山西省昔阳煤炭化学公司、山西阳曲能源开发有限公司等单位已经进行具体工作以外，全国还有许多省市如江苏徐州、内蒙古、辽宁阜新、吉林长春、江西萍乡、广东茂名(油母页岩地下气化) 等许多大企业集团都积极收集资料，做矿井遗弃煤炭资源地下气化的前期准备工作。另外，煤炭地下气化技术对于煤层埋藏深，煤层薄，灰分高，顶底板状况险恶的煤炭资源也是一种经济而安全的开采方法。
    六、合作方式
    技术转让，合作开发。

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