煤炭地下气化工艺
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。
煤炭地下气化
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
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。
1.9
35.0
16728.4
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
煤炭地下气化方法
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。
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20～30m。
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。
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。
（2）顺流火力作业方式逆流火力作业方式顺流火力作业方式一、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300m，钻孔水平钻进50m。
实际上水平钻进可达90～100m。
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；11—气化带；12—监测与控制钻孔煤炭地下气化分为有井式、无井式和混合式三种，中国开展地下气化大多是有井式，对于无井式煤炭地下气化，河北新奥集团新奥气化采煤投资有限公司,在内蒙古乌兰察布市进行了试验。
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。
煤炭地下气化工艺
煤炭地下气化工艺煤炭地下气化——是一种直接把煤在地下气化的采煤方法。
利用它可获得热能，电能或各种化学产品。
本采煤方法可解除矿井内的人员，矿工繁重的、不安全的劳动；可建立一个环保洁净的企业，这一工艺一百多年来吸引了多少研究工作者想把它会付诸于现实。
目前有关煤层地下气化发展前景的资料很多；但其作者对工技术的评价众说纷纭。
俄罗斯在煤层地下气化技术方面在世界上是处于领先地位。
早在三十年代初就在二个煤田；顺涅茨克、库兹巴斯和莫斯科近郊开始了实际工作。
第一批试验是在地底下建立层状的气化炉、以获取动力气体的水蒸气。
在四十年代末在戈尔洛夫城、里希查城和杜拉城建成了第一批工业试验性的地下气化站。
当时采用直井式和半直井式的气化方案，由于查明直井式方案有一系列原则缺点，所以后来就指定采用无井式方案。
通过实际研究表明，采用气流法能把原煤层气化。
地下气化的过程由下列主要阶段组成：从地表向煤层钻进垂直的、倾斜的和定向倾斜钻孔。
为了实现气化过程，将钻孔底端在煤层中贯通。
将煤层点燃使煤体气化：无井式方案揭露煤层的实质就是在煤层上相隔一定距离钻进进气孔和出气孔。
气化过程中吹入的氧气与煤层的碳作用，生成二氧化碳、一氧化碳、然后是氢；此外，在气体中还有其它可燃物质；甲烷，不定的碳氢化合物，硫氢化合物。
进、出气孔按一定的网格布置形成地下气化炉，在地表设有压送气化剂，例如“空气、富氧空气的管道和把气体输送到净化和冷却设施的管道以及相应的设备和厂房。
采用洗涤装置进行气体的净化，地下气化站可以同时或单独产生动力气体和进气体黔简单的气体方案是采用空气作为气化剂，其工艺示意图见图1。
所得气体的组成及热值取决于煤层埋藏的工艺条件、煤的质量、气化剂的成分以及气体净化程度。
当采用空气作用气化剂时，理论计算气体热值不会大于4.4MJ/m3（1050大卡/m3）；由于水蒸气和煤的其它有机物质的参于气化过程。
使热值达到4.6～5.0 MJ/m3（1100～1200大卡/m3）；当采用富氧气化剂时（含65%的氧），热值可提高至6.7MJ/m3（1600大卡/m3）；所以地下气化时所得到的是低值热气体。
地下煤气化技术及煤气化联合循环发电
一、地下煤气化技术煤炭地下气化(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。
1、煤炭地下气化原理煤炭地下气化工艺可用图1简单描述：图1 煤炭地下气化原理(俯视图)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。
最初，在水平巷道中用可燃物将煤引燃，并在该巷形成燃烧工作面。
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输出地面。
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。
(1)气化带亦称氧化区，在气化通道的起始段长度内，煤中的碳与气化剂中的氧发生多相化学反应，同时产生大量热能，温度迅速升高至1200~1400℃，致使附近煤层炽热和蓄热。
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。
2
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）
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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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煤炭地下气化工艺————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期:ﻩ煤炭地下气化工艺煤炭地下气化——是一种直接把煤在地下气化的采煤方法。
利用它可获得热能，电能或各种化学产品。
本采煤方法可解除矿井内的人员，矿工繁重的、不安全的劳动;可建立一个环保洁净的企业，这一工艺一百多年来吸引了多少研究工作者想把它会付诸于现实。
目前有关煤层地下气化发展前景的资料很多;但其作者对工技术的评价众说纷纭。
俄罗斯在煤层地下气化技术方面在世界上是处于领先地位。
早在三十年代初就在二个煤田；顺涅茨克、库兹巴斯和莫斯科近郊开始了实际工作。
第一批试验是在地底下建立层状的气化炉、以获取动力气体的水蒸气。
在四十年代末在戈尔洛夫城、里希查城和杜拉城建成了第一批工业试验性的地下气化站。
当时采用直井式和半直井式的气化方案，由于查明直井式方案有一系列原则缺点，所以后来就指定采用无井式方案。
通过实际研究表明,采用气流法能把原煤层气化。
地下气化的过程由下列主要阶段组成:从地表向煤层钻进垂直的、倾斜的和定向倾斜钻孔。
为了实现气化过程，将钻孔底端在煤层中贯通。
将煤层点燃使煤体气化:无井式方案揭露煤层的实质就是在煤层上相隔一定距离钻进进气孔和出气孔。
气化过程中吹入的氧气与煤层的碳作用,生成二氧化碳、一氧化碳、然后是氢；此外,在气体中还有其它可燃物质；甲烷，不定的碳氢化合物，硫氢化合物。
进、出气孔按一定的网格布置形成地下气化炉,在地表设有压送气化剂,例如“空气、富氧空气的管道和把气体输送到净化和冷却设施的管道以及相应的设备和厂房。
采用洗涤装置进行气体的净化，地下气化站可以同时或单独产生动力气体和进气体黔简单的气体方案是采用空气作为气化剂，其工艺示意图见图1。
所得气体的组成及热值取决于煤层埋藏的工艺条件、煤的质量、气化剂的成分以及气体净化程度。
当采用空气作用气化剂时，理论计算气体热值不会大于4.４MJ/m３（105０大卡/m3)；由于水蒸气和煤的其它有机物质的参于气化过程。
使热值达到4．6~5．0 MＪ/ｍ3（11０0～１2０0大卡/ｍ3);当采用富氧气化剂时(含6５%的氧)，热值可提高至6.7MJ/ｍ3（16００大卡/m３）;所以地下气化时所得到的是低值热气体。
图1 煤炭地下气化站工艺流１公斤煤能气化成1.5～5.５m３的煤气。
整个气化过程以及燃烧热的维护是通过调整进、出气量,对于地下气化的控制是通过工艺、地质和测定的方法。
二次大战后又恢复了地下气化工作,当时主要注意力集中在燃料再处理的化学工艺,矿山和钻探工作,地下流体和气体动力学、水文地质、设计专用机械设备。
从１９49年至１96４年,从事煤层地下气化问题的单位有全苏地下气化研究所和地下所气化地质研究设计院以及１8个科学分析有关研究所。
在此阶段，设计和投产的有19５5年“南阿宾斯克”站,设计能力为5亿m3/年（相当于2５吨库茨涅茨煤)，１9５8年“沙特卡亚”站,产量为6.6亿m3/年（相当于25吨莫斯科近郊褐煤),1961年“安格林”站,产量为23亿m３/年(相当于50吨煤)；还有在顿巴斯煤系和高湿润性的第聂伯尔煤田建的“卡敏斯克”和“西涅尼柯夫”气化试验站。
经过研究和工业性的试验工作证明了无井式气化褐煤层厚度从２ｍ至22ｍ,埋深从30m至2５0m；烟煤层厚度为０．６m至10ｍ,埋深从５0m至400m。
在六十年代初发现了大规模天然气,改变了国家能源利用的结构。
天然气与石油气产品成为主要燃料，从这以后煤层地下气化工作大大缩减。
从1973-197４年,整个资本主义世界发生了经济危机、重新引起了对地下气化的注意力。
由于石油、天然气的减少以及未来对能源需求增加。
煤在未来的动力和工业中的作用越来越显著;还应注意到，在资本主义发达国家中,化学工业对液态和气态的碳氢原料的需求，据预测至2000年,将达到总产量的２0-５0%。
对燃料需求的增加不得不设法提高煤的利用,最理想工业能源可能就是地下气化出来的气体。
在俄罗斯积累了多年从事煤层地下气化的经验。
例如“南阿宾斯克”站正常工作了36年,而“安格林”站正常工作了３２年。
“安格林”站的气体热值为3.１～3.4 MＪ/m３（7４0~810大卡/m3)；而在“南阿宾斯克”站为3.4~4.2MJ/m3（81０~１0０0大卡/m3）。
“安格林”站生产的气体供给安格水力发电站,“南阿宾斯克”站供应基西列夫斯克城10个取暖锅炉,“南阿宾斯克”站主要用“基西列夫斯克——伯洛柯彼夫斯克”烟煤（库兹巴斯),共23层,厚2m~6.５m，埋深50m～300ｍ，倾角35°～36°，煤的牌号гж。
该站的工艺流程见图2,它包括高压(至7.０ＭＰa)压缩空气装置,用于贯通；中压（７．0MPａ）装置,用于形成气化通道;低压（0.25～０.46MＰa）装置，用于维持燃烧煤层。
低压空气输送至地下气化炉内，经过燃烧形成气体,原生气体进入地表洗涤装置，经喷水冷却至2０°~３0°，同时从气体中分离灰屑、油脂物：CＯ2和H2部分被洗涤。
冷却后的气体即可经管道供给用户,用于冷却的水在洗涤循环中反复利用——那里有冷却塔和沉淀池等专用装置,水的苯酚层在开式沉淀池中,经过脱酚后变为废水排放,为了冷却空压机和输送管道采用标定图2 南阿宾斯克地下气站工艺流程该站的设计能力为5亿m3/年,而成本为1．8卢布／1000ｍ３（１２.6卢布/吨煤),196５年实际最大产量达４.5亿m３／年(相当于气化19万吨煤/年)。
安格林站位于塔什干地区,用的是安格林褐煤，设计年产量为２3．2亿ｍ3，被气化煤层厚度从3m～２9ｍ,埋深1２0m～250ｍ，其特点是煤层和有热质的砂岩和粉砂岩围岩含有极低的含水量和渗透性，煤层上面有一层厚为6０m~１00ｍ的隔水层。
在地下气化炉范围内，从地表相隔15m～2０m钻有垂直孔，钻孔内下入套管,管外用水泥加固。
除揭露煤层的垂直孔外，还有倾斜——水平孔，仅在岩石部分下入套管,在煤层中钻孔的贯通借助３．０~6.0MPa压力，吹入空气气化时采用低——中压（０.2~0.6MPa),参与气化的是煤，空气中的氧气和煤的水份。
最大产量达14.10亿ｍ3(相当于气化５2吨煤）。
工作过程相当稳定,证明采用空气吹孔在不同的矿山——地质条件下可达４00m的深度,在地表综合解决了气体的除硫化氢的净化工作,获得了宝贵的化工原料（次亚硫酸盐和硫和脱酚的排放水）。
至19９4年初，气化站消耗了146百万吨煤，获得了50０亿m3气体,用于动力、取热和获得化学产品。
煤层地下气化与常规传统采煤相比表明一系列技术优点:解除了地下矿工的繁重劳动;排除了含高废渣燃料的运输,地表的灰渣堆以及含硫灰尘和硫酸物的污染;可开采不受灰分和煤层厚度以及复杂矿山——地质条件限制的煤层;可实现工艺的全部自动化和机械化；可获得用于经济建设宝贵的化学产品;与建设深的竖井来比可养活基本投资。
阻碍广泛应用地下气化技术的因素有:低的化学和能量气化有效利用系数;与天然气相比低的热值;稳定地下气化产出气体的组分过程比较复杂;综合利用和排除气体所含的物理热能问题比较复杂;还缺乏对煤层地下气化工艺的技术经济评价方法。
虽然存在上述缺点,但俄罗斯及国外的专家们已经证实了煤层地下气化技术上的可行性和能够稳定的取得计划的气体产量。
二、煤层地下气化企业与传统的采煤方法的技术经济分析2.1“南阿宾斯克”地下气化站建于１952年，1955年投产,气化23层煤，厚为2m，倾角为５５°~70°，气化所用工业储量煤为32６0万吨(1977年6月1日统计）。
气化站的工业用地建于不含煤的地层上,主要车间为：空压机和气化炉,钻探车间有必要的钻探设备;而安装车间主要为地表管道服务。
主要投资分配见表1（１9８0年价格，参图３所示)表１主要投资分配顺序号名称价值千卢布%1 厂房３１0 62 建筑物718.４143 气化炉（煤）57.3 1４传送设备3７1.5 ７5 地表管线614．３１26 动力机械18 07 工作机械868 １６8 注用房输送管路２33５.4 ４49 其它机械３．5 0１0 器材 1.7 0１1 测量仪表18.6 012 工具0．3 ０合计5317 10０图3 主要投资分配图从图中可以看出，主要投资用于输送设施(44％),这是由于1０个锅炉用户的管道比较分散所造成。
气化站的设计能力为５亿ｍ3／年,成本为1.8卢布/1000ｍ3（１２.6卢布/吨煤);19５5年投入生产，１９59年产量为２亿～4.56亿ｍ3/年,它要比“基西列夫斯克——伯洛柯比夫斯克”区以下简称“基——伯”区,矿井的生产能力小很多倍。
由于缺乏大的用户,还受季节的影响,冬天每天生产90万至２00万ｍ3气体;而夏天——30万m3~40万m3。
至1967年气体产量逐步增加至1亿至4．４8亿m３，而且部分气体没被利用和放空。
由于产量的增加,气体成本逐渐下降,至1966年降至最低为１.９8卢布/1０00ｍ3或14卢布吨煤。
此外，气化站生产接近设计能力（４．４8亿m３／年)。
表２是“基——伯”地区几个矿井生产能力和1977年采煤成本（按78．1.1统计）;图4为企业生产能力有关的吨成本变化图。
表2“普洛哥比煤”矿务局竖井与露天开采的经济指标名称竖井露天矿伐汝雪太平契尔卡索夫索塔哈克西列夫1２＃捷尔金克西列夫伐汝雪７5年元月元日生产能力千吨标准煤１０１1.３9４2．9 1５7.７８28．８1571．8 10０1.5 1２79.0 976.2１349.377１．0开采1吨煤至用户成本吨标准煤,卢布13.73 １4.28 28.99 12.54 12.12 1３.114．６８1１.82 13.2１11.078年元月元日生产能力千吨标准煤815 761 ５5２.1 842.2 10１0１３47.5.4开采1吨煤至用户成本吨标准煤,卢布1７.1６18.96 １5.14 １2.55 13.95 15．761０．５5９．0411．1９图4按交通综合研究所的资料，对于“基——伯”地区10公里的运输费用为1.４6／０.８91=１.６４卢布/吨标准煤,0．89１为实际燃料成本转为标准成本的系数。
按研究所资料，把煤送到用户(含仓库保管、装卸、粉碎等），对于电站为1卢布/吨煤或1.１2卢布／吨标准煤。
因此，煤的开采成本,若换算成标准煤,则增加至2.7６卢布/吨标准煤。
假如为了比较取一个平均水平，对于“基——伯”地区N3１2矿井,其生产能力为101万吨标准煤，从表2可知，其煤的成本为1３．9卢布／吨煤标准煤;当时矿井的生产能力为“南阿宾斯克”站的１5倍。
194９年，该站的生产能力已达到４．４8亿m3和６万吨标准煤,气化站所生产的气体成本为1．9８卢布／1０0０m3或１4卢布/吨标准煤,没有超过当地煤的开采成本。