煤炭地下气化技术概况论文

煤炭地下气化技术发展概况

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摘要：本文介绍了煤炭地下气化（Underground Coal Gasification，UCG）的原理，对国内外煤炭地下气化的发展方向，包括UCG—IGCC、UCG—CCS、UCG—HUG和UCG—ACF等技术进行详细地阐述，通过对煤炭地下气化工艺的描述，指出了煤炭地下气化的影响因素和煤炭地下气化的特点，认为发展煤炭地下气化是我国解决当前能源安全和环境污染的有效途径。

关键词：煤炭地下气化；发展趋势；影响因素及特点

Underground Coal Gasification Technology Development Overview

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Abstract：In this work, the principle of the Underground Coal Gasification is introduced.And the current developments of UCG both in china and abroad,which includes UCG—IGCC、UCG—CCS、UCG—HUG and UCG—ACF,are detailed described.By describing the underground coal gasification process,the influence facters of UCG and UCG characteristics are pointed out.Most importantly,developing the technology of UCG is an effective approach to solve the problems of energy security and environment pollution.

Key words：Underground Coal Gasification；current developments；facters and characteristics

由于发展中国家经济发展对能源需求增长很快，以及油、气后备资源不足引起油、气价格剧烈上升，在其它再生能源等足以替代之前，石油价格很难降下来。在20世纪，西方国家开展“煤炭地下气化”（Underground Coal Gasification，UCG）工业试验研究，该过程大体上随油价高低而几起几落，一直没有停止。从21世纪开始，许多国家认识论到，发展UCG是大势所趋，一些国家（如美国、澳大利亚、英国、加拿大、南非、印度等）的UCG工作进展快速，UCG的气可用于发电、制氢、清洁燃料、化工原料等，有的已开始商业化生产。

近几年煤炭地下气化（UCG）产业的发展已经出现以下趋势：（1）煤炭地下气化与联合循环发电产业的结合（UCG-IGCC）；（2）煤炭地下气化与碳俘获、利用、储存产业的结合（UCG-CCS）；（3）煤炭地下气化与制氢产业的结合（UCG-HGC）；（4）煤炭地下气化与燃料电池发电产业的结合（UCG-ACF）。这是一个把化石燃料的煤转化成相当清洁的燃料的重要阶段。

1气化原理

煤炭地下气化（Underground Coal Gasification ，UC G）集建井、采煤、气化三大工艺为一体，抛弃了庞大笨重的采煤设备和地面气化设备，实现了井下无人、无设备生产煤气，变传统的物理采煤为化学采煤，是多学科开发清洁能源和化工原料气的高新技术。

煤炭地下气化就是向地下煤层中通入气化剂，使煤炭进行有控制的燃烧，通过对煤的热作用及化学作用产生可燃气体，然后将产品煤气导出地面再加以利用的一种能源采集方式。

建设时在工作面掘进出通道，与地面的钻孔相通，作为进气孔或出气孔。井下工作面密封点火后，通过有效控制风量等技术措施，在出气孔就会获得地下煤气，经过喷淋洗涤、捕滴、捕焦、脱硫等系列工艺进行净化处理后，通过管道、储气柜送入用户。

煤炭地下气化系统主要有五部分组成：地下气化炉：由气流通道、气化通道、钻孔三部分组成；测控系统：包括对地下气化炉、地面设备状态(温度、压力、流量、组份)的自动监测和自动控制；净化系统：包括洗涤塔、捕滴、捕焦、脱硫设备；储运系统：包括储气柜和煤气加压机及输配管道等；气化剂制取系统：包括鼓风机、富氧装置和蒸汽锅炉等设备。

气化过程主要是在地下气化炉的气化通道内实现的，可燃气体的产生，在气化通道中经过三个反应区域，既氧化区、还原区、干馏干燥区，（如图1所示）主要发生如下反应：在氧化区，空气中的氧与煤层中的碳发生多相化学反应，生成一氧化碳和二氧化碳，并产生大量的热使煤层炽热并蓄热；在还原区，二氧化碳和水蒸汽与炽热的煤层相遇，在高温下二氧化碳还原为一氧化碳，水蒸汽分解为氢气和氧气，氧气与碳生成一氧化碳，氢气与碳或一氧化碳、二氧化碳生成甲烷。在干馏干燥区，在高温热作用下无氧的气流混杂着析出的煤中的挥发物，形成焦炉煤气。[1]

2国内外发展概述

2.1煤炭地下气化与联合循环发电产业的结合（UCG-IGCC）

煤炭地下气化生产的气（有“空气煤气”、“水煤气”、“合成气”等，本文以下简称为“煤气”）应用于整体煤气化燃气-蒸汽联合循环发电[2]（Integrated Gasification Combined Cycle，IGCC），是合理使用地下气化热能的有效途径，是碳减排的重要方法。

在俄罗斯、乌兹别克早已生产2 930～4 187 kJ/m3的低热值煤气用来烧锅炉或发电，长达50多年。乌兹别克安格连矿每年气化35万吨煤[3]，供发电之用。在美国波德河盆地已有用UCG-IGCC发电运行多年。南非Majuba煤矿2007年5月31日建立第一个使用UCG煤气的电站，运转第一年已生产13亿立方煤气。

在中国目前已建成UCG与发电站的连接的有华亭、新汶等矿，电站规模较小与效率尚待UGC- IGCC 方向努力。

2.2煤炭地下气化与碳俘获、利用、储存结合（UCG-CCS）

据估计，一个200Mw的UCG-IGCC电站年产CO2大约为1Mt[4]。通过对CO2的分离可以使CO2得到利用和储存。例如，CO2可用以增高采油的回收率（美国波德河盆地[5]），余下可就地封存。CO2可提