煤炭地下气化技术现状及产业发展分析

煤炭地下气化技术现状及产业发展分

析

(2014-11-11 09:29:45)

煤炭地下气化技术现状及产业发展分析

煤炭地下气化（ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｃｏａｌｇａｓｉｆ

ｉｃａｔｉｏｎ，ＵＣＧ）是将地下赋存的煤在煤层内燃烧、气

化成煤气，输送到地面，作为能源或化工原料，特别适用于常规

方法不可采或开采不经济的煤层，以及煤矿的二次或多次复采，

产品气可以经过处理通过管道输送，也可以直接使用煤气发电或

化工合成。煤炭地下气化（ＵＣＧ）是一门融多学科为一体的综

合性能源生产技术，牵涉到地质学、水文学、钻井技术、点火燃

烧控制技术、产品气加工利用技术、生态环境保护技术等一系列

目前，技术，其复杂程度远超地面气化，这也使其风险程度增加。

煤炭地下气化（ＵＣＧ）技术在少数国家已经实现了少量的商业

化应用，俄、美、英、德国、澳大利亚、日本和中国等国家已不

同程度地掌握了该领域的一些关键技术。

１煤炭地下气化（ＵＣＧ）基本原理及相关技术

１. １基本原理

煤炭地下气化的过程主要是在地下气化炉的气化通道中实现

的，整个气化过程可以分为氧化、还原、干馏干燥３个反应区（图１）。从化学反应角度来讲，３个区域没有严格的界限，氧化区、还原区也有煤的热解反应，３个区域的划分只是说在气化通道中

氧化、还原、热解反应的相对强弱程度。经过这３个反应区以后，生

成了含可燃组分主要是Ｈ２、ＣＯ、ＣＨ４的煤气，气化反应

区逐渐向出气口移动，因而保持了气化反应过程的不断进行，气

化通道的煤壁（气化工作面）不断燃烧，向前推进，剩余的灰分

和残渣遗留在采空区。

１ . ２关键技术类型

１）有井式气化技术。该法又称巷道式地下气化炉技术（图２）。在开采或废弃的煤矿井中建地下气化炉，以人工掘进的方式在煤

层中建立气化巷道，并在进气孔底部巷道筑一道密闭墙（促使定

向燃烧煤层），然后便可将密闭墙前面的煤炭点燃气化，从一个

井筒鼓风，通过平巷，由另一个井筒排出煤气。

此法只应用于关闭矿井中遗弃资源的回收，须进行井下施工，

作业环境和安全性差，这对其应用带来不利。除新奥集团内蒙古

地下气化试验外，我国已完成的ＵＣＧ项目以及正在进行前期工

作的绝大部分ＵＣＧ项目都是有井式的。

２）无井式气化技术。该法采用常规的油气钻井技术钻孔（图３），很好地发挥了石油企业的钻井技术优势，免去了巷道式建

地下气化炉的条件限制。相比于“有井式”气化炉，“无井式” 气化建炉具有工艺简单、建设周期短的特点，适用于整装煤田的大规模地下气化，也可用于深部及水下煤层气化。

无井式煤炭地下气化法从地面向煤层打直径１５０～４００

ｍｍ、间距１０～４０ｍ的一系列钻孔，两钻孔之间贯通形成气

化通道，点火气化。双孔式气化技术中两孔间的贯通方法常用的

有低压火力渗透贯通法、高压火力渗透贯通法、电力贯通法、水

力压裂贯通法以及定向钻孔贯通法５种。

１ . ３产气率及产品气组成

１）产气率。产气率与煤质、赋存条件以及采用的气化剂种类等有关（表１）。一般来说，气化烟煤时，如果采用空气作为气化剂，煤气热值１２００ｋｃａｌ／Ｎｍ３，产气效率大约为３８３０Ｎｍ３／ｔ，若采用富氧水蒸气作为气化剂，煤气热值２

２００ｋｃａｌ／Ｎｍ３，产气效率大约为２１００Ｎｍ３／ｔ。

２）产品气的组成。煤炭地下气化产品气的组分与煤阶、气化剂类型以及工程技术等因素相关，与地面煤炭气化产品气组成基本一致，不同煤阶、气化剂所对应的产品气组分如表２所示。

２国内外煤炭地下气化（ＵＣＧ）技术发展现状

２ . １国外主要技术现状

１）前苏联ＵＣＧ技术。前苏联是世界上进行煤炭地下气化试

验研究最早的国家，也是地下气化工业应用最成功的国家之一，我

国目前比较先进的煤炭地下气化技术主要是在前苏联技术基础上发

展起来的。

前苏联最初试验于１９３３年，到２０世纪６０年代初期，在莫斯科近郊、顿巴斯和库兹巴斯已有５个商业规模的地下气化试

验区，利用气化技术已回收了约１５００万ｔ煤，生产煤气超过

５００亿ｍ３，所生产的煤气用于发电或工业燃料。１９４２年

苏联在莫斯科近郊煤田又试验成功无井式地下气化炉，同时还发

展了各种贯通技术，由过去的渗透技术转向定向钻孔贯通技术，

以求得长距离贯通。在气化技术上，他们对气化剂进行了试验，

由过去的鼓入空气得到低热值煤气转向鼓入氧气得到中热值煤气，

大大提高了煤炭地下气化技术的水平，从而在苏联和世界各国得

到推广。

该地下气化技术的优点表现在：ａ逆向火力燃烧＋定向钻

进，形成渗滤气化通道；ｂ采用Ｕ型结构实现煤层预热，减小热

损，提高气化效率；ｃ实现多点移动注气、多孔稳定出气，

保证煤气产量；ｄ实现中等规模生产。

缺点表现在：ａ气化钻孔比较多，气化炉成本高；ｂ对地质水文要求比较高；ｃ缺少富氧和纯氧运行经验。

２）美国ＣＲＩＰ（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｒｅｔｒａｃｔ

ｉｏｎｉｎｊｅｃｔｉｏｎｐｏｉｎｔ，受控注入点后退气

化）工艺。美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室１９７６年开始研究

地下煤气化，在模拟研究和实验室研究的基础上，研发出受

控注入点后退气化工艺（ＣＲＩＰ）。这种新工艺把定向钻进和

反向燃烧结合在一起，定向钻孔先打垂直注入孔和产气孔，到达煤

层后，从注入孔沿煤层底板继续打水平孔，直到与产气孔底