煤炭地下气化
地下煤炭气化技术
煤炭地下气化技术目录引言 (4)1 煤炭地下气化基本原理 (5)1.1氧化区 (6)1.2还原区 (6)1.3干馏干燥区 (6)1.4地下气化炉的类型 (8)1.4.1 有井式 (8)1.4.2 无井式 (8)1.4.3 混合式 (8)1.5地下气化和煤层气开采的区别 (8)2 煤炭地下气化影响因素 (9)2.1气化炉温度场 (9)2.2鼓风速率 (9)2.3水涌入速率 (10)2.4气体通道的长度和断面 (11)2.5操作压力 (12)2.6煤层厚度 (12)2.7空气动力学条件和气化炉结构 (13)2.8煤质对气化的影响 (13)3 国外煤炭地下气化技术的发展 (14)3.1国外技术发展 (15)3.1.1 早期的有井(筒)式气化工艺 (15)3.1.2 UCG描述 (15)3.1.3 贯通技术 (15)3.1.4 煤层勘测和模型研究 (16)3.1.5 气化过程控制 (16)3.1.6 环境影响评价及防治技术 (17)3.2美国的CRIP气化工艺 (17)3.3国外重要UCG项目 (18)3.3.1 俄罗斯南阿宾斯克气化站 (18)3.3.2 美国汉那地下气化试验 (18)3.3.3 美国罗林斯地下气化试验 (18)3.3.4 美国森特雷利亚地下气化试验 (18)3.3.5 比利时图林煤炭地下气化试验 (19)3.3.6 西班牙特鲁埃尔煤炭地下气化试验 (19)3.4结论 (20)4 国内煤炭地下气化技术的发展 (22)5 煤气综合利用前景 (23)5.1化工合成联产 (23)5.1.1 合成氨 (24)5.1.2 合成二甲醚 (24)5.1.3 合成油 (25)5.2提取纯氢 (25)5.3地下气化煤气联合循环发电 (26)5.4经济效益分析 (27)5.5几个工程实例的效益分析 (28)6 国家对发展煤炭地下气化技术的政策 (29)7 几个比较关心的问题 (32)8 本公司技术人员对该项目的研究与发明专利 (36)引言中国一次能源消费总量中煤炭占65％以上（美国23％），是世界上最大的煤炭生产国和消费国。
煤炭地下气化技术研究与应用
煤炭地下气化技术研究与应用1. 引言煤炭地下气化技术是一种将煤炭在地下转化为合成气（syngas）的新型煤化工技术。
它是通过直接在煤层中进行气化反应，将固体煤转化为可燃性气体的过程。
与传统的煤矿开采方式不同，煤炭地下气化技术具有资源利用率高、环境污染低等优势，因此在能源领域引起了广泛的关注和研究。
本文将介绍煤炭地下气化技术的原理、方法以及在能源领域的应用情况。
首先，将详细介绍煤炭地下气化的基本原理和反应机制。
然后，将介绍煤炭地下气化的主要方法和技术，包括煤层气化和煤矿气化两种主要方式。
最后，将探讨煤炭地下气化技术在能源领域的应用前景和挑战。
2. 煤炭地下气化的原理和反应机制煤炭地下气化是指通过在煤层中引入氧气和蒸汽，并通过适当的温度和压力条件下进行反应，将煤转化为含有氢气和一氧化碳等可燃气体的过程。
其基本原理是在不使用传统的开采方式的情况下，直接将煤炭转化为气体，从而实现高效能源的利用。
煤炭地下气化的反应机制包括氧化反应、反应扩散和质量传递等多个步骤。
首先，通过氧化反应引入氧气和蒸汽，使煤炭中的碳和氢发生氧化反应，生成可燃性气体。
然后，由于反应速率的不均匀性，反应区域会逐渐扩散，进而扩大气化区域。
最后，通过质量传递过程将反应产物带出煤层，实现气体的采集和利用。
3. 煤炭地下气化的方法和技术煤炭地下气化通常有两种主要方法：煤层气化和煤矿气化。
3.1 煤层气化煤层气化是指直接在煤层中进行气化反应的一种方法。
其主要过程包括气井钻探、气化反应和气体采集等步骤。
首先，通过气井钻探将氧气和蒸汽引入到煤层中，形成气化反应区。
然后，通过适当的温度和压力条件以及催化剂的作用，使煤炭逐渐转化为可燃气体。
最后，通过气井将反应产物带出煤层，用于能源生产和化工应用。
3.2 煤矿气化煤矿气化是指在煤矿井下直接进行气化反应的一种方法。
其主要过程包括煤矿井下的气化反应、气体采集和煤矸石处理等步骤。
首先，通过在煤矿井下喷射氧气和蒸汽，形成气化反应区。
采矿课件第二十二章煤炭地下气化
热值
O2
kJ/m
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安格 兰
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前苏 联
莫斯 科近 郊
富氧 65%
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第一节 煤炭地下气化原理
▪ 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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第一节 煤炭地下气化原理
▪ 这种有气流通过的气化工作面被称为气化通道，
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。
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。
▪ 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，
煤炭地下气化技术研究与应用课件 (一)
煤炭地下气化技术研究与应用课件 (一)煤炭地下气化技术研究与应用课件煤炭地下气化技术是一种利用煤炭直接转化为燃料气的新型技术。
通过对高温高压下的煤炭进行间接气化，将煤炭中的化学能转化为燃料气，解决了传统煤炭开采方式中的环境污染和安全问题，是一种非常有前景的煤炭开采方式。
一、煤炭地下气化技术原理(一) 煤炭地下气化过程煤炭地下气化采用一种新的气化方式，通过利用煤炭内在气化反应，将煤炭内部的化学能转化为燃料气。
在地下工作面将氧、水蒸气、二氧化碳等气体送入地下煤炭中，通过煤与气混合反应，产生高温高压气体，将煤炭内部的化学能通过化学反应转化为燃料气，燃料气经过地上工厂加工处理后可作为燃料供应市场。
(二) 煤炭地下气化的优缺点优点：煤炭地下气化可以将深层煤层中的煤炭资源进行全面开采，储量大，上部地质条件无限制。
地下气化过程中产生的废弃物可以封存回填到井下，不仅减少了地面安全隐患，而且能够减少环境污染和二氧化碳排放。
缺点：由于煤炭地下气化是一种间接气化方式，反应过程较为复杂，容易产生煤炭留渣和渗透水等问题。
大型的地下气化项目需要消耗大量的资金和技术投入，从而存在一定的经济风险。
二、煤炭地下气化技术研究和应用现状近年来，在国内外开展了一系列的煤炭地下气化技术研究和应用探索。
国际上的代表性地下气化项目有美国的地下气化试验项目、苏联和德国等的工业化地下气化项目；国内的典型地下气化项目有宝山、新河、云南三条工业生产线。
目前，煤炭地下气化技术已经成为国家能源政策的重要组成部分。
新型煤化工产业已经成为我国经济发展的新动力，政府也对煤炭地下气化技术进行了大力支持。
三、煤炭地下气化技术发展趋势(一) 技术集成化趋势目前我国的煤炭地下气化技术主要是以气化、加工、储存、输送四个方面进行独立开发。
随着技术的不断发展，未来的趋势是更多地将协同处理、内在相容性以及多重功能草案融合在一起，实现技术的集成化。
(二) 高效、低成本等技术趋势煤炭地下气化技术虽然在实际应用中已经具有开采效率高、资源利用充分等显著优势，但是高成本、复杂设备等问题也对其发展带来了困境。
煤炭地下气化产气成分
煤炭地下气化产气成分煤炭地下气化是一种将煤炭在地下进行气化反应，生成可燃性气体的技术。
与传统的煤炭开采和地面气化相比，煤炭地下气化具有更高的能源利用效率和更少的环境影响。
本文将探讨煤炭地下气化的产气成分及其相关特性。
一、煤炭地下气化的基本原理煤炭地下气化的基本原理是将煤炭与氧气、水蒸气等气化剂在地下进行部分氧化反应，生成以甲烷为主要成分的可燃性气体。
气化反应的温度和压力条件对产气成分具有重要影响。
二、煤炭地下气化的产气成分1.甲烷（CH4）甲烷是煤炭地下气化生成的主要可燃性气体，其含量通常占产气总体积的50%以上。
甲烷是一种无色、无味、无毒的气体，具有较高的热值和燃烧效率。
1.二氧化碳（CO2）二氧化碳是煤炭地下气化生成的另一种重要气体，其含量通常仅次于甲烷。
二氧化碳是一种温室气体，对气候变化具有重要影响。
在煤炭地下气化过程中，二氧化碳的排放可以通过捕获和储存技术（CCS）进行减排。
1.氢气（H2）氢气是煤炭地下气化生成的另一种可燃性气体，其含量相对较低，但具有较高的热值和燃烧效率。
氢气可以用于燃料电池等清洁能源领域，具有广泛的应用前景。
1.一氧化碳（CO）一氧化碳是煤炭地下气化过程中生成的一种有毒气体，其含量通常较低。
一氧化碳的生成与气化反应的温度和压力条件有关，可以通过优化工艺参数进行控制。
1.其他微量气体除了上述主要成分外，煤炭地下气化产气中还含有一些微量气体，如硫化氢、氮氧化物等。
这些微量气体的含量通常较低，但对环境和人体健康具有一定的影响，需要进行有效的控制和处理。
三、煤炭地下气化产气成分的影响因素1.煤炭类型：不同类型的煤炭具有不同的化学组成和结构特性，从而影响气化反应的速率和产气成分。
例如，高阶煤（如无烟煤）通常具有较低的反应活性和甲烷生成率，而低阶煤（如褐煤）则具有较高的反应活性和甲烷生成率。
2.气化剂类型：不同的气化剂（如氧气、水蒸气等）对气化反应的路径和速率具有重要影响，从而影响产气成分。
煤炭地下气化
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。
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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。
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煤炭地下气化技术可行性与建议技术方案
■ 煤炭地下气化的效益在很大程度上取决于地区地质构 造的研究程度。总的要求是要确切搞清地下气化地区 的地质构造、煤层的贮存状况、产状、厚度、煤质情 况以及水文地质情况，即矿床的勘探程度要达到建竖 井所需的详细勘探要求。
（一）煤炭地下气化原理
➢ 煤炭地下气化原理与一般的煤气化 原理相同，区别在于它的气化炉直 接设在地下煤层，将空气或氧气或 水蒸气鼓入地下煤层的反应区，生 成的煤气由钻孔排出，主要成分是 H2、CO、CO2、N2和少量的CH4、 H2S和O2，残存的灰渣留在原处。
➢ 从地面向煤层施工两个钻孔1、2， 通过火力、电力、水力或定向钻进 等方法将两孔贯通形成气化通道， 在连通的空腔内点燃煤层进行气化 反应。空气或水蒸汽从孔1压入， 产生的煤气从孔2排出，获得煤炭 资源有用组分。
① 有利于深部煤炭资源低成本回收；
② 可以采用较高的气化压力；
③ 操作灵活；
④稳定气化时间较长，有利于工艺控制。
四、辽河油田煤炭地下气化 需要解决的主要问题
1、辽河油田深部煤层地质勘探与精 细勘测问题
■ 与地面气化炉生产过程不同，煤炭地下气化用煤是地 下自然赋存条件下的煤层，气化的稳定与气化效率受 煤的渗透性、膨胀性、胶结性、热传导率和热扩散系 数的影响较大。
■ 1976年，比利时和原西德签署了深部煤层地下气化试 验协议，1979年在比利时成立了地下气化研究所，进 行UCG实验室研究和现场试验。
■ 1978~1987年，在比利时的图林（Thulin）采用高压 气化进行现场试验，试验生产的煤气用于发电。采用 小直径定向钻孔和CRIP工艺，试验基本成功。
煤炭地下气化介绍
煤炭地下气化技术简介一、煤炭地下气化概述煤炭地下气化就是将处于地下的煤炭直接进行有控制的燃烧，通过对煤的热作用及化学作用而产生可燃性气体的过程。
煤炭地下气化的基本原理，与一般煤炭气化一样，是把煤炭的固体有机物通过热力和化学作用变为可燃气体，其区别在于这种变化过程是在地下进行，而不需要把煤炭开采出来。
煤炭不加氧进行加热，只能使煤炭有机物在高温下强烈地分解出挥发物——煤气和焦油蒸汽。
这样部分气化法，仅可能获取少量的煤炭热能。
剩余留下的炭和灰这两种主要成分组成的焦渣，采用氧和水蒸汽对其在高温下进行化学处理，使可燃固体变成可燃气体。
煤炭地下气化的基本概念与特征，可概括为以下几条：一种全新的采煤方法：与传统的物理采煤法有着根本的区别，地下气化是一种化学采煤法，即将埋藏在地下的煤炭就地进行有控制的燃烧，通过对煤的热作用与化学反应生产可燃气体输送出来。
二无采煤工艺：无人、无设备。
三合一的煤炭开采与气化工程：集建井、采煤、气化三大工艺为一体，在地下联合完成。
四个控制与稳定技术：（1）监控进行持续稳定的地下燃烧；（2）控制达到持续稳定的煤气产量；（3）调控得以保证稳定的煤气热值；（4）测控能以维持稳定的煤气组份。
五大优点：（1）充分利用煤炭资源：老矿井遗留丢失的煤柱，开采成本高不经济的煤层，高硫煤以及“三下”压煤等，可通过地下气化采出来。
（2）基建投资省、工期短、见效快：比井工开采可节省投资2/3并缩短工期一半以上；比地面气电站可节省大量设备和占地。
（3）生产管理操作简单、用人少、效率高、成本低、利润高，比井工开采可提高工效3倍以上，节约成本一半多。
而且生产安全性好。
（4）经济效益显著：不仅煤炭开采本身的直接利润高，而且可实现煤（地下气化）、热（地下煤气供工业与民用）、电（使用地下煤气发电）、化（应用地下煤气转变成化工产品）、能（利用地下煤气提取洁净能源——氢能、甲醇等）的综合开发、综合利用、多种经营，是煤炭价值和产业的经济效益提高十多倍。
煤炭地下气化[煤炭地下气化]
![煤炭地下气化[煤炭地下气化]](https://img.taocdn.com/s3/m/ea5b9a68e418964bcf84b9d528ea81c758f52e8e.png)
煤炭地下气化[煤炭地下气化]缺点1 很难控制气化过程中在地下产生的种种反应，合成气成分波动过大。
2 受煤层和地质影响大，容易造成井井之间相互漏水、通气等情况。
3 气化后出来的气体成分不稳定，有待改善气化剂种类与含量。
4 地下燃烧、气化情况不好控制，应加大地下气化过程的监控力度。
5 在该技术方面，大部分研究只注重化学工艺，很少关注行业发展动态。
煤炭地下气化作为清洁能源技术的主要研究方向和符合可持续发展战略的环境友好绿色技术，得到了国家领导人和著名科学家的关心和支持。
中国矿业大学 ( 北京校区 ) 煤炭工业地下气化工程研究中心，在国家高技术研究发展计划（ 863 计划）项目——“煤炭地下气化稳定控制技术的研究”的支持下，建成了具有世界先进水平的煤炭地下气化过程综合试验台，可完成不同煤种及不同煤层赋存条件下煤炭地下气化过程发展规律及工艺参数的模型试验研究。
1987 年完成了江苏省“七五”重点攻关项目——徐州马庄矿煤炭地下气化现场试验，获江苏省科技进步三等奖；1994 年完成了国家“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试验，首创“长通道、大断面、两阶段”新工艺，被评为国家“八五”重大科技成果。
获“矿井长通道、大断面煤炭地下气化工艺”，“两阶段煤炭地下气化工艺”，“推进供风式煤炭地下气化炉”三项国家专利。
1996 完成了河北省重点科技项目——“唐山刘庄煤矿煤炭地下气化工业性试验” ； 2000 年 9 月完成了“新汶孙村煤矿煤炭地下气化技术研究与应用”项目，并进行了民用及内燃机发电，获山东省科技进步一等奖和煤炭工业十大科技成果奖。
2005年，中国矿业大学在重庆中梁山北矿进行的煤炭地下气化试验首次实现了在高瓦斯矿井进行地下多煤层联合气化，所产煤气作为当地户居民和蒸汽锅炉燃气，这一试验的成功对今后煤炭开采过程的碳排放量控制具有重要意义。
2007年1月，新奥集团投资2亿多元组建乌兰察布新奥气化采煤技术有限公司,与中国矿业大学共同开展“无井式煤炭地下气化试验项目”研究，得到了内蒙古科技厅、乌兰察布市科技局的大力支持。
煤炭地下气化 标准
煤炭地下气化标准煤炭地下气化（Underground Coal Gasification，简称UCG）是指将煤炭在地下高温条件下进行化学反应，产生可燃气体的一种技术。
UCG技术可以有效利用深埋煤炭资源，提高能源利用率，减少煤矿开采对环境的影响。
为了确保UCG技术的安全、高效进行，各国制定了一系列标准和规范。
一、概述UCG技术标准主要包括对煤炭地下气化工艺的要求，以及对工艺过程中涉及的安全、环境等方面的规定。
标准的目的是确保UCG过程的可持续发展，并保护人类和环境的安全。
二、煤炭地下气化工艺标准1. 煤炭选择标准：UCG技术要求选择具有一定热值和适宜供气性质的煤炭进行地下气化。
标准应包括对煤种、煤层厚度、灰分含量等技术要求。
2. 井筒与工艺管道标准：UCG过程需要开挖井筒，以及连接与输送气体的工艺管道。
标准应包括井筒和管道的尺寸、材料和施工要求。
3. 反应区管理标准：UCG技术通过对煤层进行加热和气化反应，产生可燃气体。
标准应规定反应区的管理要求，包括温度控制、反应稳定性、废料处理等方面。
4. 气体收集与净化标准：UCG技术产生的气体需要进行收集和净化处理，以获得高质量的燃气。
标准应包括气体收集系统、净化设备以及废气排放的要求。
5. 安全与防灾标准：UCG过程中存在一定的安全风险，如煤层爆炸、顶板塌陷等。
标准应包括安全管理要求，如监测系统、应急救援等方面。
三、环境标准1. 大气污染物排放标准：UCG技术会产生一定的大气污染物，如二氧化碳、一氧化碳等。
标准应规定对这些污染物的排放限值，以保护大气环境质量。
2. 地下水保护标准：UCG技术涉及地下水资源，标准应包括对地下水保护的要求，如井筒防渗漏措施、废水处理等方面。
3. 土壤保护标准：UCG技术可能会对土壤产生一定影响，标准应包括土壤保护和修复的要求，如污染防治、土壤改良等方面。
四、监测和评估标准UCG技术需要进行系统的监测和评估，以确保其符合标准。
煤炭地下气化
＊高压火力渗透贯通法：
与低压法基本相同。主要区别是本法的风压较高,通常 为7～15atm,最高达 80atm。高压气流可压裂煤层，造成大量人 工裂隙，以提高贯通速度。本法宜用于反应性差的煤层。
3.地下气化方法 ⑴有井式气化法
Hale Waihona Puke 从地面向煤层开掘井筒，在气化区开掘巷道或打钻孔，形 成气化通道后，点火气化。此法须进行井下施工，作业环境和 安全性差，目前已基本为无井法所取代。 ⑵无井式 钻孔:从地面向煤层钻鼓风和排气钻孔; 贯通:底部贯通，形成初始气化通道。
贯通方法有4种： ①气流贯通法： ＊低压火力渗透贯通法：
§ 5、煤的气化
§ 5．7 煤炭地下气化
§ 5．7 煤炭地下气化
1.煤炭地下气化的意义： 在某些场合，如煤层埋藏很深，甲烷含量很高，或 煤层较薄，灰分含量很高，顶板状况险恶，进行开采既 不经济又不安全时，如能采用地下气化方法则可以解决 这些问题。 2.地下气化的原理： 原理过程： ⑴燃烧区 ⑵还原区 ⑶干馏区 ⑷干燥区
从地面向煤层钻进弯曲钻孔，形成初始气化通道。 目前正在研究的还有激光贯通法、爆破压裂贯通法等。
4.影响因素
⑴煤的性质：
如：褐煤适于地下气化（机械强度差，易风化，难保存，水分大，热值低，不宜矿井开采；而其
透气性好，热稳定性差，没有黏结性，较易开拓气化通道，有利于地下气化。）
无烟煤不适于地下气化（透气性差，气化活性差）
② 电力贯通法：
将两个电极从鼓风与排气钻孔插入煤层，通入5～6kV或更 高的工频高压电。电流的热效应使煤层焦化，形成孔隙较大的气 化通道。
煤炭气化与液化
3．各区的反应及现象
（1）氧化区（带）—实质是煤燃烧氧化，产生大量 的热，温度在1200—1400℃。
C+O2 → CO2+热量
2C+O2→2CO+热量
（2）还原区—CO2、水蒸气H2O与煤层相遇进行还 原反应，吸热反应。
温度在800—1000℃。
CO2+C=→2CO-热
H2O+C→H2+CO-热
两段直接液化工艺—通过两个反应品分两步（段）进行；
第一段进行煤的溶解，不加催化剂或是少加低活性可弃催 化剂。
第二段加高活性催剂，加氢生产馏分。
（2）共同液化 实质是对煤和非煤烃类液体，同时提质加工； 非煤烃质如 ： 沥青，超重质原油 ， 蒸馏残
渣，焦油等。 （3）间接液化 第一步：利用蒸气气化打破煤的原有结构，
（1.3m以上）
（5）采用大断面气化通道，双火源。 图5—14
五、适用条件及发展方向
1.适用条件：无法用正常工艺开采的褐煤， 烟煤，边角煤柱，可提高资源回收率，报废 矿井的残留边角煤资源回放。
2.发展方向
监控燃烧工作面的位置及温度，调节供氧量， 提高热值；
向气化、民用、发电、化工综合体发展，各 国都比较重视。
还原区温度越高产气率越高。
（3）干馏区—此区还原反应停止，只进行干 馏，使煤中的挥发物质放出。
主要有：H2，CH4 温度400—700℃
（4）干燥区—煤气在该区不反应，只干燥， 温度进一步降低，放出煤气排至地面。
4．煤气的主要成分
可燃成分：CO，CH4，H2 不可燃成分：CO2，N2，O2 热值：3000——8000KJ/m3
《煤炭地下气化》课件
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不同种类煤炭地下气化的工艺差异
不同种类煤炭在地下气化过程中存在差异，需要采用不同的处理方法和工艺流程。
煤炭地下气化的应用
煤炭地下气化在能源领域的应用
煤炭地下气化可用于发电、供热和工业燃料等能源领域，提供可再生的能源来源。
煤炭地下气化在化工领域的应用
煤炭地下气化可以产生合成气、合成油和化学品等，为化工领域提供重要原料。
2 煤炭地下气化的发展历史和现状
煤炭地下气化技术起源于20世纪初，经过多年发展，已经成为一种重要的煤炭能源开发 技术。
3 煤炭地下气化的优点和局限性
煤炭地下气化具有资源丰富、环境友好等优点，但也存在一些技术难题和安全风险。
工艺流程
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煤炭地下气化的基本工艺流程
准备阶段、点火阶段、气化阶段、冷却阶段是煤炭地下气化的基本工艺步骤。
煤炭地下气化的安全问题
1 煤炭地下气化过程中可能存在的
安全隐患
2 如何有效降低煤炸、 溢漏和地质灾害等安全隐患。
通过严格的监测和控制系统、安全培训、 危险源防范等措施，可以有效降低煤炭地 下气化的安全风险。
未来发展
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煤地下气化的未来发展趋势
随着能源需求和环境保护意识的提高，煤地下气化技术将迎来更广阔的发展前景。
《煤炭地下气化》PPT课 件
煤炭地下气化是一种创新的能源开发技术，通过将煤炭在地下加热和气化， 将其转化为可用的燃气。本课件将介绍煤炭地下气化的工艺流程、应用领域 和未来发展趋势。
概述
1 什么是煤炭地下气化？
煤炭地下气化是指将煤炭在地下加热和气化，将其转化为可用的燃气，实现对煤炭资源 的高效利用。
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如何进一步推广和应用煤炭地下气化技术
加强科研创新、政策支持和国际合作，可以促进煤炭地下气化技术的更广泛应用 和推广。
煤炭地下气化技术应用
▪ 设备维护与保养
1.设备定期检查：定期对地下气化设备进行检查，确保设备正 常运行，防止故障发生。 2.设备维护保养：按照设备维护要求，对设备进行保养，延长 设备使用寿命，提高设备效率。 3.备件管理与储备：建立备件管理制度，储备足够的备件，确 保设备故障时能及时更换，减少停机时间。
煤炭地下气化技术应用
煤炭地下气化技术应用
技术原理及工艺流程
技术原理及工艺流程
▪ 煤炭地下气化技术原理
1.煤炭地下气化是将地下煤炭资源转化为气态能源的一种技术 。 2.通过地下钻孔向煤层中输入氧化剂，使其与煤层中的碳发生 化学反应，生成可燃气体。 3.技术原理主要包括氧化反应、传热传质过程和地面采集处理 系统。
▪ 煤炭地下气化工艺流程
▪ 地下气化炉设计
1.炉型选择：根据煤炭地质条件和气化技术要求，选择合适的 地下气化炉炉型。 2.炉体结构设计：优化炉体结构设计，提高气化效率，确保气 化过程稳定可控。 3.耐火材料选择：选用高性能耐火材料，提高炉体使用寿命， 降低维护成本。
关键技术与设备
▪ 气化工艺控制
1.气化参数优化：根据煤炭地下气化实际情况，优化气化参数，提高气化效率和产气质量。 2.气化过程监控：实时监测气化过程，及时发现并解决潜在问题，确保气化过程顺利进行。 3.数据分析与应用：对气化过程数据进行深入分析，为优化气化工艺提供理论依据，提高气化 技术水平。
▪ 技术产出效益分析
1.技术产出效益包括煤炭产量、质量、销售收入等。 2.需要对技术产出效益进行全面评估，并与传统采煤技术的产 出效益进行比较。 3.技术产出效益的评估需要考虑市场需求、竞争环境、价格等 因素。
技术经济性分析
技术比较优势分析
1.技术比较优势是指煤炭地下气化技术相对于传统采煤技术的优势。 2.需要从技术效率、环保性、安全性等多方面进行比较优势分析。 3.技术比较优势的评估需要结合具体的应用场景和市场需求。
煤炭地下气化
显改善了气化效果
3.煤炭地下气化方法
无 井 式
无井式气化法是用 钻孔代替坑道，以 构成气流通道，避 免了井下作业。无 井式气化法的准备 工作包括两部分： 即从地面向煤层打 钻孔和在煤层中沟 通出气化通道。
进、排气孔的 贯通（即气化 炉的建炉）是 无井式气化工 艺的关键技术。
图2：无井式气化工艺
3.煤炭地下气化方法
煤种、灰分、煤层厚度、煤层倾角等天然赋存条件都会对煤炭地下气化产生不同程度的影响。 煤种：结构方向性弱，孔隙率和比表面积大，水分大，透气性高，较易开拓气化通道，并容易实现火
力贯通，故有利于地下气化。如褐煤。 灰分：煤层的灰分越小，对顶板的影响就越强。因为灰分不能形成透气的支撑体，顶板易发生垮落，
威廉▪西门子
提出煤炭 地下气化
19世纪60年代
门捷列夫
1.简介
煤炭地下 气化
煤炭地下气化（简称UCG）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。其实质是将 传统的物理开采方法变为化学开采方法
2.煤炭地下气化原理
绿色开采之煤炭地下气化 （Underground Coal Gasification）
课程导师：***教授 学生姓名：*** 学号：********
目录 contents
1 煤炭地下气化简介 2 煤炭地下气化原理 3 煤炭地下气化方法 4 影响地下气化过程的因素 5 煤炭地下气化的发展趋势
1.简介
火力渗透法
无
井
式 气
渗透法
电力渗透法
化
通 道
水力压裂法
的
贯
通 方
定向钻进法
煤炭地下气化技术评述及展望
煤炭地下气化技术评述及展望煤炭地下气化是一种将煤炭直接转化为可燃气体(主要是一氧化碳和氢气)的技术，同时也能实现煤炭的高效利用和环境友好。
它通过在地下将煤炭加热至高温，使其在缺氧或低氧条件下发生气化反应，从而将煤炭转化为合成气。
煤炭地下气化技术具有以下几个优点。
首先，它可以实现对低质煤和难以开采的煤炭资源的有效利用。
地下气化不受煤炭厚度和埋深的限制，能够对煤炭资源进行充分利用。
其次，地下气化技术能够减少煤炭采矿带来的地表环境破坏。
相比传统的煤炭开采方式，地下气化能够减少或避免煤矿废弃物的堆放和环境污染。
此外，煤炭地下气化可以生产出清洁燃料气体，具有较低的碳排放和烟尘排放，对环境的污染较小。
然而，煤炭地下气化技术也存在一些挑战和问题。
首先，地下气化过程中会产生大量的煤矿瓦斯，如果不能有效地进行收集和利用，将产生安全隐患。
其次，由于地下气化过程中需要在地层中引入氧气或水蒸气，可能会引起地壳下沉和热干扰等地质问题。
此外，地下气化过程还需要对反应产物进行处理和净化，提高了投资和运营成本。
对于煤炭地下气化技术的展望，我们可以看到一些发展趋势。
首先，煤炭地下气化技术将与CO2捕获和储存技术相结合，实现煤炭的低碳利用。
通过捕获和储存地下气化过程中产生的CO2，可以有效地减少温室气体的排放。
其次，随着煤炭资源的日益稀缺，煤炭地下气化技术将面临着更高的技术要求和经济压力。
未来的发展方向将更加注重技术创新和成本降低，提高煤炭地下气化的经济性和可行性。
此外，煤炭地下气化技术还可以与其他能源技术相结合，实现多能互补和综合利用。
例如，可以将地下气化过程中产生的废热用于蒸汽动力发电，提高能源利用效率。
还可以利用合成气制备化学品和液体燃料，实现煤炭资源的高附加值利用。
这些综合利用技术的发展将进一步促进煤炭资源的可持续开发和利用。
总的来说，煤炭地下气化技术作为一种将煤炭转化为可燃气体的新型能源技术，具有巨大的潜力和前景。
在有效解决煤炭资源困境、环境保护以及能源转型等方面，煤炭地下气化技术将发挥重要作用。
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无井式
无井式气化法是用钻孔代替坑道， 以构成气流通道，避免了井下作业。 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 层中沟通出气化通道。进、排气孔 的贯通（即气化炉的建炉）是无井 式气化工艺的关键技术。
3.煤炭地下气化方法
传统有井式：即采用爆破松动煤层，用空压机压入高压空 气或者富氧的方法进行煤炭地下气化。一般气化通道的断 面小、长度短，且采用单一气化剂。如图1所示。
5.煤炭地下气化技术的发展方向
煤炭地下气化技术（UCG）已经已经呈现出与其它清洁能源技术相结合的 趋势，发展出一系列综合清洁能源技术，主要包括： • 煤地下气化（UCG）—整体循环发电（IGCC）—碳俘获与地质封存（CCS） 相结合；即UCG-IGCC-CCS联合技术。 • 煤地下气化（UCG）—氢地下气化-燃料电池（AFC）—碳俘获与封存 （CCS）相结合；即UCG-AFC-CCS技术。
4.影响煤炭地下气化的主要因素
气 化 炉 的 结 构
如前所述，传统气化工艺的气化炉 和“长通道、大断面、两阶段”炉 以及定向钻井法炉进行气化的气化 结果有明显差异。
Байду номын сангаас
4.影响煤炭地下气化的主要因素
温度场对煤气热值的影响 是显著的。维持一个高温 温度场和相对较长的气化 通道有利于煤气热值的稳 定和提高。同时，温度是 决定煤气产品组成的主要 因素，提高温度可促使二 氧化碳的还原，使CO含量 增加。随着温度的增加， 水蒸气的分解速度也增加， 这就增加了煤气中的可燃 成分氢气
绿色开采之煤炭地下气化 （Underground Coal Gasification）
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煤炭地下气化简介 煤炭地下气化原理
煤炭地下气化方法 影响地下气化过程的因素 煤炭地下气化的发展趋势
1.简介
提出煤炭 地下气化
有 井 式
改进的有井式：“长通道、大断面、两阶段”地下气化工 艺。以钻孔或原有井作为气化炉的进、排气孔，以矿井已 有的井巷条件施工气化通道。
3.煤炭地下气化方法
两 种 有 井 式 气 化 方 法 效 果 对 比
热值 可燃气体 组分 气体流量
效果优
劣
由图表可以看出改 进后的气化工艺明 显改善了气化效果
渣留在地下，减少了地表下沉，无固体物质排放，煤气可以集中净化，大大减少了煤炭开采和使 用过程中对环境的破坏。地下气化煤气不仅可作为燃气直接民用和发电，而且还可用于提取纯氢 作为合成液体燃料和化工原料的原料气。因此，煤炭地下气化技术具有较好的经济效益和环境效 益，可大大提高煤炭资源的利用率和利用水平，是我国煤炭绿色开采技术的重要研究和发展方向。
温 度
4.影响煤炭地下气化的主要因素
空气
气 化 剂 富氧
富氧+水蒸汽
4.影响煤炭地下气化的主要因素
涌水
煤炭地下气化炉内温度场的一个重要影响因素就是煤层的含水量。在 干燥煤层中实施煤炭地下气化时，需要注入水蒸气调整煤气中氢气的含 量。在含水比较小的煤层中进行地下气化时，煤层的水有助于氢气的生 成；当煤层含水量比较大时，水的相变和分解会消耗大量的热能，导致 炉内温度下降，进而使得煤气组分变差，就需要采取有效措施(如增加气 化剂的鼓风量)降低煤层含水的影响。
3.煤炭地下气化方法
无井式气化法是用 钻孔代替坑道，以 构成气流通道，避 免了井下作业。无 井式气化法的准备 工作包括两部分： 即从地面向煤层打 钻孔和在煤层中沟 通出气化通道。 进、排气孔的 贯通（即气化 炉的建炉）是 无井式气化工 艺的关键技术。
无 井 式
图2：无井式气化工艺
3.煤炭地下气化方法
煤炭地下 气化原理
图1：煤炭地下气化原理示意图
2.煤炭地下气化原理
（1）气化带：
（2）还原带：
煤炭地下 气化原理
（3）干馏带：得到氢气、一氧化碳和甲烷 （4）干燥带：析出水蒸汽和挥发分
3.煤炭地下气化方法
有井式
有井气化需要预先开掘井筒和平巷等， 其典型示意图如图1所示，即首先从 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，称为气化盘区，亦称地下发生炉。
威廉▪西门子 19世纪60年代
门捷列夫
1.简介
煤炭地下气化（简称UCG）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。其实质是将 传统的物理开采方法变为化学开采方法
煤炭地下 气化
2.煤炭地下气化原理
火力渗透法 无 井 式 气 化 通 道 的 贯 通 方 法 电力渗透法
渗透法
水力压裂法
定向钻进法
定向钻孔法
3.煤炭地下气化方法
正向供风 无 井 式 气 化 生 产 工 艺
渗透式气化
反向供风
定向孔气化
4.影响煤炭地下气化的主要因素
影响煤炭地下气化的 主要因素
煤层赋存条件
气化炉的结构
温度
气化剂
涌水
4.影响煤炭地下气化的主要因素
• 煤地下气化（UCG）—气变液、化工—碳俘获与封存（CCS）相结合；即
UCG-GTL-CCS技术。
6.结语
煤炭地下气化技术（UCG）作为一种开采地下煤炭资源的新技术，较传统物理井工开采有明显 的优点。不仅可以回收矿井遗弃煤炭资源，而且还可以用于开采井工难以开采或开采经济性、安
全性较差的薄煤层、深部煤层、“三下”压煤和高硫、高灰、高瓦斯煤层；地下气化燃烧后的灰
煤层条件 煤种、灰分、煤层厚度、煤层倾角等天然赋存条件都会对煤炭地下气化产生不同程度的影响。 煤种：结构方向性弱，孔隙率和比表面积大，水分大，透气性高，较易开拓气化通道，并容易实现火 力贯通，故有利于地下气化。如褐煤。 灰分：煤层的灰分越小，对顶板的影响就越强。因为灰分不能形成透气的支撑体，顶板易发生垮落， 而顶板的垮落将破坏气化过程。然而，随着煤的灰分增加，煤燃烧气化时会被灰覆盖成壳，即使在送 风速度很大时，也不能清除灰壳，在燃烧工作面长度不变时，鼓风的工作速度受到限制，降低其气化 强度，增加热损。 厚度：在地下气化过程中，燃烧区和煤气化区会因水的涌入而被冷却，而且其中一部分热量散失到煤 层和围岩（底板、顶板等)中。当煤层厚度小于2m时，围岩的冷却作用剧烈变化，对煤气热值影响甚大。 煤层倾角：任何倾角的煤层都可以用地下气化方法开采，缓倾斜和近水平煤层在顶板容易错动及不稳 定的条件下，气化开采难度比较大。