煤炭地下气化
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2017/2/21 20
思考题
1、叙述煤炭地下气化的原理和过程。 2、试分析缓倾斜煤层无井式气化工艺系统的特点。 3、如何提高煤炭地下气化的效果和煤气的质量。 4、试分析煤炭地下气化的使用条件和发展前景
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第一节 煤炭地下气化原理
1——鼓风巷道；2——排气巷道；3——灰渣；4——燃烧工作面； I——氧化带；II——还原带；III，IV——干馏-干燥带
2017/2/21 4
煤炭地下气化原理
第一节 煤炭地下气化原理
整个气化通道因反应温度不同，一般分为气化 带、还原带和干馏-干燥带三个带。 1.气化带
2017/2/21 2
第一节 煤炭地下气化原理
煤炭地下气化的原理（如图）。首先从地表沿煤层开掘两
条倾斜的巷道1和2，然后在煤层中靠下部用一条水平巷道 将两条倾斜巷道连接起来，被巷道所包围的整个煤体，就 是将要气化的区域，称之为气化盘区，或称地下发生炉。 最初，在水平巷道中用可燃物质将煤引燃，并在该巷形成 燃煤工作面。这时从鼓风巷道1吹入空气，在燃烧工作面 与煤产生一系列的化学反应后，生成的煤气从另一条倾斜 的巷道即排气巷道2排出地面。随着煤层的燃烧，燃烧工 作面逐渐向上移动，而工作面下方的采空区被烧剩的煤灰 和顶板垮落的岩石所充填，但塌落的顶板岩石通常不会完 全堵死通道而仍会保留一个不大的空间供气流通过，只需 利用鼓风机的风压就可使气流顺利通过通道。
2.还原带
气流沿气化通道继续向前流动，当气流中的氧 已基本耗尽而温度仍在800～l 000℃以上时， 二氧化碳与赤热的煤相遇，吸热并还原为一氧 化碳CO2+C→2CO。同时空气中的水蒸气与煤 里的碳起反应，生成一氧化碳和氢气以及少量 的烷族气体：4C+3H2O→CH4+3CO+ H2，这 就是还原区。
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第三节 煤炭地下气化的适用条件及 发展方向
长壁气化法及地面电站简图 1—压缩空气；2一气液分离器；3—热交换器；4—发电厂；5—煤气净化设备； 6—水净化循环装置；7一压缩与燃烧气体混合器；8—空气；9—煤气；10一煤层； 18 2017/2/21 11—气化带；12—监测与控制钻孔
本章主要内容
第
22章 煤炭地下气化
第一节 煤炭地下气化原理 第二节 煤炭地下气化方法及生产工艺系统 第三节 煤炭地下气化的适用条件及发展方向
2017/2/21
1
第一节 煤炭地下气化原理
煤炭地下气化是开采煤炭的一种新工艺。其特点
是将埋藏在地下的煤炭直接变为煤气，通过管道 把煤气供给工厂、电厂等各类用户，使现有矿井 的地下作业改为采气作业。煤炭地下气化的实质 是将传统的物理开采方法变为化学开采方法。 煤炭地下气化因具有安全、高效、低污染等优点， 所以世界各国对此都非常重视。我国于1958年 在几个矿区曾进行过地下气化的实验，最近又在 马庄矿、新河矿进行了试验，取得了一些经验。
（2）顺流火力作业方式
2017/2/21 12
第二节 煤炭地下气化方法及生产工 艺系统
逆流火力作业方式
2017/2/21
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Leabharlann Baidu
第二节 煤炭地下气化方法及生产工 艺系统
顺流火力作业方式
2017/2/21
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第二节 煤炭地下气化方法及生产工 艺系统
三、地下气化效果的主要影响因素 1、供氧量
实验表明，供风量越大，气化剂含氧量越高，煤气的热 值就越高。
在气化通道的起始段长度内，煤中的碳和氢与空 气中的氧化合燃烧，生成二氧化碳和水蒸气： C+O2→CO2；2H2+O2→2H2O。在化学反应过程 中同时产生大量热能，温度达1200℃到l 400℃， 致使附近煤层炽热。
2017/2/21 5
这种有气流通过的气化工作面被称为气化通道，
第一节 煤炭地下气化原理
2、温度与含水量 保持高温是提高地下气化强度的必要条件之—。 3、其他因素 气化通道的长度是影响气化的另一个重要因素。
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第二节 煤炭地下气化方法及生产工 艺系统
生成气体所占体积/% 气化剂种类 H2 CH4 CO CO2 O2 N2 热值/ kJ· m3
空气
14.0
1.8
16.2
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第一节 煤炭地下气化原理
国家 地点 气化剂 出口煤气主要成分/%
CH4 1.8～1.9 H2 17.6～ 17.9 CO 4.5～7.5 CO2 17.2～20 N2 42.7～58 O2 0.3～0.4
热值
kJ/m3 3192～ 3570
前苏联
安格兰
空气
前苏联
莫斯科 近郊
富氧65%
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6
第一节 煤炭地下气化原理
3.干馏-干燥带
在还原反应过程中，要吸收一部分热量，因此气流的 温度就要逐渐降低到700～400℃，以致还原作用停止。 此时燃烧中的碳就不再进行氧化，而只进行干馏，放 出许多挥发性的混合气体，有氢气、瓦斯和其他碳氢 化合物。这段称为干燥带的干馏部分。 在干馏之后是脱水干燥。混合气体此时仍有很高的温 度可气化其中的水分，混合气体干燥后，最后可得到： CO2，CO，O2，H2，CH4，H2S和N2的混合气体，其 中CO，H2，CH4等是可燃气体，它们的混合物就是煤 气。
马庄矿
空气
3.0～9.0
10～20
10～25
20～35
40～60
0.0～0.2
中国
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实验室
空气+水 蒸气
0.9～2.0
10.6～ 21.7
12.2～ 54.1
4.6～ 12.8
29.5～ 57.2
0～1.19
第二节 煤炭地下气化方法及生产工 艺系统
一、煤炭地下气化方法 气化方法通常可分为有井式和无井式两种。。无井 式地下气化是应用定向钻进技术，由地面钻出进、 排气孔和煤层中的气化通道，构成地下气化发生炉。 避免了井下作业和有井式气化的其它问题，使煤炭 地下气化技术有了很大提高。目前它己在世界上被 广泛采用。 有井式气化法需要预先开掘井筒和平巷等，其准备 工程量大、成本高，坑道不易密闭，漏风量大，气 化过程难于控制，而且在建地下气化发生炉期间， 仍然避免不了要在地下进行工作。
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第二节 煤炭地下气化方法及生产工 艺系统
按作业方式的不同，生产工艺系统可分为两种，即
逆流火力作业方式和顺流火力作业方式。 (1)逆流火力作业方式
首先贯通第一排钻孔，形成一条点燃线。然后将第二排 钻孔与此点燃线贯通，贯通后即可进行气化。这种燃烧 方式的特点是两个钻孔都按照下列顺序起三种作用：贯 通、鼓风和排出煤气。这种方式煤层的气化方向与鼓风 和煤气的运动方向相反，所以称为逆流式火力作业方式。
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第二节 煤炭地下气化方法及生产工 艺系统
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第二节 煤炭地下气化方法及生产工 艺系统
二、无井式地下气化法的生产工艺系统 无井式气化法的准备工作包括两部分：即从地面 向煤层打钻孔和在煤层中准备出气化通道。 从地面向煤层打钻孔可以采用三种形式的钻孔： 垂直钻孔、倾斜钻孔和曲线钻孔。 根据煤层赋存条件的不同，其生产工艺系统也有 差异。对于近水平煤层和缓斜煤层，在规定的气 化盘区内，先打好几排钻孔。钻孔采用正方形或 矩形布置方式，孔距20～30 m。钻孔沿煤层倾向 成排地布置，每排钻孔的数目取决于气化站所需 的生产能力。
1.9
35.0
15.3
28.1
16.2
0.2
6728.4
美国
佳怀明 北
空气
0.4
20
10
16
50
——
3780～ 5460
3251～ 5515 4200～ 5250 4943～ 8583 8
中国
头山矿
空气
0.3～6.3
6.4～ 14.3
4.6～ 18.5
3.9～ 16.4
45.5～65
2.3～4.8
中国
第三节 煤炭地下气化的适用条件及 发展方向
二、煤炭地下燃烧工艺 用煤炭地下燃烧工艺来回收被以往采煤所遗弃 的煤柱。该工艺主要是采用抽风机造成负压， 将燃烧产生的高温气体(300～600℃)通道热交 换器使水变为蒸气供发电和民用。钻孔为过气 孔，根据煤层的赋存条件进行布置。 三、对地下气化区燃烧面位置与温度的控制 地下气化燃烧面位置与温度的控制是一个难题， 目前美国已使用卫星红外摄影进行监控。它可 以探明燃烧面的确切位置和温度情况，从而用 调节供氧量和供水蒸气量来控制其温度，提高 或降低燃烧面的气化强度，提高煤气热值，试 用效果良好。
10.2
0.2
57.6
4229
富氧空气（O2，37%）
21.0
2.5
22.1
15.5
0.2
38.7
5987
富氧空气（O2，48%）
28.2
3.5
26.1
15.4
0.3
26.5
7645
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第三节 煤炭地下气化的适用条件及 发展方向
煤炭地下气化可以使埋藏过深或过浅不宜用井工 开采的煤层得到开发，它不但改善了矿工的劳动 条件，而且气化对地表破坏较小，没有废矸，还 有利于防止大气污染。煤炭地下气化的经济效益 较好，其投资仅为地面气化站的1/2～1/3。 一、无井式长壁气化法 为了提高煤气的质星和产量，国外实验了无井式 长壁气化法。这种方式完全取消地下作业，但钻 孔和定向弯曲钻孔要求技术水平高。该站的煤层 条件是煤厚2m，埋藏深度300 m，钻孔水平钻 进50m。实际上水平钻进可达90～100m。
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第三节 煤炭地下气化的适用条件及 发展方向
四、气化、化工联合企业的发展 地下气化得到的煤气不仅可供民用，还可 发电。煤气中除可燃气体以外，还伴生有 许多重要的化学物质，如酚、苯、吡啶、 油酸、硫等物质。因此，地下气化站不仅 可以作为动力企业，而且作为化学联合企 业也是合适的。煤炭地下气化作为一种开 发地下煤炭资源的新技术，目前在世界各 主要产煤国均在进—步研究，煤炭地下气 化的理论也在不断地深化与完善。
思考题
1、叙述煤炭地下气化的原理和过程。 2、试分析缓倾斜煤层无井式气化工艺系统的特点。 3、如何提高煤炭地下气化的效果和煤气的质量。 4、试分析煤炭地下气化的使用条件和发展前景
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第一节 煤炭地下气化原理
1——鼓风巷道；2——排气巷道；3——灰渣；4——燃烧工作面； I——氧化带；II——还原带；III，IV——干馏-干燥带
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煤炭地下气化原理
第一节 煤炭地下气化原理
整个气化通道因反应温度不同，一般分为气化 带、还原带和干馏-干燥带三个带。 1.气化带
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第一节 煤炭地下气化原理
煤炭地下气化的原理（如图）。首先从地表沿煤层开掘两
条倾斜的巷道1和2，然后在煤层中靠下部用一条水平巷道 将两条倾斜巷道连接起来，被巷道所包围的整个煤体，就 是将要气化的区域，称之为气化盘区，或称地下发生炉。 最初，在水平巷道中用可燃物质将煤引燃，并在该巷形成 燃煤工作面。这时从鼓风巷道1吹入空气，在燃烧工作面 与煤产生一系列的化学反应后，生成的煤气从另一条倾斜 的巷道即排气巷道2排出地面。随着煤层的燃烧，燃烧工 作面逐渐向上移动，而工作面下方的采空区被烧剩的煤灰 和顶板垮落的岩石所充填，但塌落的顶板岩石通常不会完 全堵死通道而仍会保留一个不大的空间供气流通过，只需 利用鼓风机的风压就可使气流顺利通过通道。
2.还原带
气流沿气化通道继续向前流动，当气流中的氧 已基本耗尽而温度仍在800～l 000℃以上时， 二氧化碳与赤热的煤相遇，吸热并还原为一氧 化碳CO2+C→2CO。同时空气中的水蒸气与煤 里的碳起反应，生成一氧化碳和氢气以及少量 的烷族气体：4C+3H2O→CH4+3CO+ H2，这 就是还原区。
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第三节 煤炭地下气化的适用条件及 发展方向
长壁气化法及地面电站简图 1—压缩空气；2一气液分离器；3—热交换器；4—发电厂；5—煤气净化设备； 6—水净化循环装置；7一压缩与燃烧气体混合器；8—空气；9—煤气；10一煤层； 18 2017/2/21 11—气化带；12—监测与控制钻孔
本章主要内容
第
22章 煤炭地下气化
第一节 煤炭地下气化原理 第二节 煤炭地下气化方法及生产工艺系统 第三节 煤炭地下气化的适用条件及发展方向
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第一节 煤炭地下气化原理
煤炭地下气化是开采煤炭的一种新工艺。其特点
是将埋藏在地下的煤炭直接变为煤气，通过管道 把煤气供给工厂、电厂等各类用户，使现有矿井 的地下作业改为采气作业。煤炭地下气化的实质 是将传统的物理开采方法变为化学开采方法。 煤炭地下气化因具有安全、高效、低污染等优点， 所以世界各国对此都非常重视。我国于1958年 在几个矿区曾进行过地下气化的实验，最近又在 马庄矿、新河矿进行了试验，取得了一些经验。
（2）顺流火力作业方式
2017/2/21 12
第二节 煤炭地下气化方法及生产工 艺系统
逆流火力作业方式
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第二节 煤炭地下气化方法及生产工 艺系统
顺流火力作业方式
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第二节 煤炭地下气化方法及生产工 艺系统
三、地下气化效果的主要影响因素 1、供氧量
实验表明，供风量越大，气化剂含氧量越高，煤气的热 值就越高。
在气化通道的起始段长度内，煤中的碳和氢与空 气中的氧化合燃烧，生成二氧化碳和水蒸气： C+O2→CO2；2H2+O2→2H2O。在化学反应过程 中同时产生大量热能，温度达1200℃到l 400℃， 致使附近煤层炽热。
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这种有气流通过的气化工作面被称为气化通道，
第一节 煤炭地下气化原理
2、温度与含水量 保持高温是提高地下气化强度的必要条件之—。 3、其他因素 气化通道的长度是影响气化的另一个重要因素。
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第二节 煤炭地下气化方法及生产工 艺系统
生成气体所占体积/% 气化剂种类 H2 CH4 CO CO2 O2 N2 热值/ kJ· m3
空气
14.0
1.8
16.2
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第一节 煤炭地下气化原理
国家 地点 气化剂 出口煤气主要成分/%
CH4 1.8～1.9 H2 17.6～ 17.9 CO 4.5～7.5 CO2 17.2～20 N2 42.7～58 O2 0.3～0.4
热值
kJ/m3 3192～ 3570
前苏联
安格兰
空气
前苏联
莫斯科 近郊
富氧65%
2017/2/21
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第一节 煤炭地下气化原理
3.干馏-干燥带
在还原反应过程中，要吸收一部分热量，因此气流的 温度就要逐渐降低到700～400℃，以致还原作用停止。 此时燃烧中的碳就不再进行氧化，而只进行干馏，放 出许多挥发性的混合气体，有氢气、瓦斯和其他碳氢 化合物。这段称为干燥带的干馏部分。 在干馏之后是脱水干燥。混合气体此时仍有很高的温 度可气化其中的水分，混合气体干燥后，最后可得到： CO2，CO，O2，H2，CH4，H2S和N2的混合气体，其 中CO，H2，CH4等是可燃气体，它们的混合物就是煤 气。
马庄矿
空气
3.0～9.0
10～20
10～25
20～35
40～60
0.0～0.2
中国
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实验室
空气+水 蒸气
0.9～2.0
10.6～ 21.7
12.2～ 54.1
4.6～ 12.8
29.5～ 57.2
0～1.19
第二节 煤炭地下气化方法及生产工 艺系统
一、煤炭地下气化方法 气化方法通常可分为有井式和无井式两种。。无井 式地下气化是应用定向钻进技术，由地面钻出进、 排气孔和煤层中的气化通道，构成地下气化发生炉。 避免了井下作业和有井式气化的其它问题，使煤炭 地下气化技术有了很大提高。目前它己在世界上被 广泛采用。 有井式气化法需要预先开掘井筒和平巷等，其准备 工程量大、成本高，坑道不易密闭，漏风量大，气 化过程难于控制，而且在建地下气化发生炉期间， 仍然避免不了要在地下进行工作。
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第二节 煤炭地下气化方法及生产工 艺系统
按作业方式的不同，生产工艺系统可分为两种，即
逆流火力作业方式和顺流火力作业方式。 (1)逆流火力作业方式
首先贯通第一排钻孔，形成一条点燃线。然后将第二排 钻孔与此点燃线贯通，贯通后即可进行气化。这种燃烧 方式的特点是两个钻孔都按照下列顺序起三种作用：贯 通、鼓风和排出煤气。这种方式煤层的气化方向与鼓风 和煤气的运动方向相反，所以称为逆流式火力作业方式。
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第二节 煤炭地下气化方法及生产工 艺系统
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第二节 煤炭地下气化方法及生产工 艺系统
二、无井式地下气化法的生产工艺系统 无井式气化法的准备工作包括两部分：即从地面 向煤层打钻孔和在煤层中准备出气化通道。 从地面向煤层打钻孔可以采用三种形式的钻孔： 垂直钻孔、倾斜钻孔和曲线钻孔。 根据煤层赋存条件的不同，其生产工艺系统也有 差异。对于近水平煤层和缓斜煤层，在规定的气 化盘区内，先打好几排钻孔。钻孔采用正方形或 矩形布置方式，孔距20～30 m。钻孔沿煤层倾向 成排地布置，每排钻孔的数目取决于气化站所需 的生产能力。
1.9
35.0
15.3
28.1
16.2
0.2
6728.4
美国
佳怀明 北
空气
0.4
20
10
16
50
——
3780～ 5460
3251～ 5515 4200～ 5250 4943～ 8583 8
中国
头山矿
空气
0.3～6.3
6.4～ 14.3
4.6～ 18.5
3.9～ 16.4
45.5～65
2.3～4.8
中国
第三节 煤炭地下气化的适用条件及 发展方向
二、煤炭地下燃烧工艺 用煤炭地下燃烧工艺来回收被以往采煤所遗弃 的煤柱。该工艺主要是采用抽风机造成负压， 将燃烧产生的高温气体(300～600℃)通道热交 换器使水变为蒸气供发电和民用。钻孔为过气 孔，根据煤层的赋存条件进行布置。 三、对地下气化区燃烧面位置与温度的控制 地下气化燃烧面位置与温度的控制是一个难题， 目前美国已使用卫星红外摄影进行监控。它可 以探明燃烧面的确切位置和温度情况，从而用 调节供氧量和供水蒸气量来控制其温度，提高 或降低燃烧面的气化强度，提高煤气热值，试 用效果良好。
10.2
0.2
57.6
4229
富氧空气（O2，37%）
21.0
2.5
22.1
15.5
0.2
38.7
5987
富氧空气（O2，48%）
28.2
3.5
26.1
15.4
0.3
26.5
7645
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第三节 煤炭地下气化的适用条件及 发展方向
煤炭地下气化可以使埋藏过深或过浅不宜用井工 开采的煤层得到开发，它不但改善了矿工的劳动 条件，而且气化对地表破坏较小，没有废矸，还 有利于防止大气污染。煤炭地下气化的经济效益 较好，其投资仅为地面气化站的1/2～1/3。 一、无井式长壁气化法 为了提高煤气的质星和产量，国外实验了无井式 长壁气化法。这种方式完全取消地下作业，但钻 孔和定向弯曲钻孔要求技术水平高。该站的煤层 条件是煤厚2m，埋藏深度300 m，钻孔水平钻 进50m。实际上水平钻进可达90～100m。
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第三节 煤炭地下气化的适用条件及 发展方向
四、气化、化工联合企业的发展 地下气化得到的煤气不仅可供民用，还可 发电。煤气中除可燃气体以外，还伴生有 许多重要的化学物质，如酚、苯、吡啶、 油酸、硫等物质。因此，地下气化站不仅 可以作为动力企业，而且作为化学联合企 业也是合适的。煤炭地下气化作为一种开 发地下煤炭资源的新技术，目前在世界各 主要产煤国均在进—步研究，煤炭地下气 化的理论也在不断地深化与完善。