煤炭地下气化原理
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7898.pptx
▪ 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
无井式地下气化法
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第二节 煤炭地下气化方法及生产工 艺系统
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。
▪ 1.气化带
▪ 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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第一节 煤炭地下气化原理
▪ 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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采矿课件第二十二章煤炭地下气化
热值
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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
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）
课程导师：***教授 学生姓名：*** 学号：********
目录 contents
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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第二十二章煤的地下气化
必须是长通道、大断面。
§2 煤的地下气化工艺
一、准备工作
有井式 气化方法分为两种 无井式
无井式地下气化准备工作
、倾斜、曲线钻孔 打钻孔：垂直（常用） 贯通
1．火力渗透贯通法
2．电力贯通法
在两个钻孔中放入电极，把高压电流输入煤层， 利用电能的热效应进行烧穿。 对煤层顶底板没有破坏作用，只有预热干燥作 用，利于气化。 但这种方法耗电量大，漏电达70－80％，电 能利用率低，至今未推广使用。
整个气化通道因反应温度不同分为三个带：
1．气化带
温度达1200－1400℃
C+O2→CO2；2H2+O2→2H2O
2.还原带
氧已基本耗尽，温度在800－1000℃时
CO2+C→2CO；4C+3HO2→CH4+3CO+H2
3.干馏－干燥带 还原反应过程中要吸收热量所以温度降到700－ 400℃还原停止。碳不再氧化而是进行干馏，放出 氢气、瓦斯、和其他碳氢化合物，成为干燥带的
第二十二章 煤的地下气化
§1 煤的地下气化原理
煤炭地下气化最早是由俄国门捷列夫在 1888 年提出的， 从1914年开始英国、前苏联都是进行气化比较早的国家。 我国是1958年开始在鹤岗、大同、抚顺、皖南等矿区做的
试验。
中国矿业大学于1994午3月在徐州矿务局取得了半工业 性试验成功，而且于1996年6月，在河北省唐山市刘庄煤矿， 成功的从井下输出煤气点火燃烧。这标志着此项技术已进 入工业性试验实用阶段。
（2）顺流火力作业方式
2．倾斜及急倾斜煤层
采用垂直钻孔和倾斜钻孔相结合的方式进行。 垂直的钻孔用来贯通，贯通后即封闭，气化由倾 斜钻孔来进行。 当垂直钻孔不封闭时，用来鼓风和排煤气：
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
＊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
煤炭地下气化技术可行性分析与建议.
3、地下气化站地面系统组成
钻机及贯通设备 鼓风和蒸汽系统 煤气冷却净化系统 煤气输送管道 计量系统
二、国内外煤炭地下气化发展 现状和趋势
（一）国外煤炭地下气化技术发展现状
1868年德国科学家威廉·西蒙斯首先提出了煤炭地下气 化（UCG）的概念。
（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。
气化过程的化学反应
（1）氧化区： 气化剂中的氧和炽热的煤中碳发生多相化学反应产生并释放 出大量的热： C+O2=CO2+393.9 kJ 2C+O2=2CO+231.4 kJ
（2）还原区： 气流继续向前流动，CO2和H2O在炽热的煤层表面分别发生还 原反应： CO2+C=2CO―162.4 kJ H2O+C=H2+CO―131.5 kJ 甲烷化反应：CO+3H2=CH4+H2O―206.4 kJ
煤田等地建成5个试验性气化站，已气化了1500多万t 煤炭，获得50多亿m3的商品煤气。
美国地下气化研究试验投入了大量资金。 七十年代能源危机期间，组织了28个大学和科
研机构，在俄怀明州进行了大规模、有计划的 科研工作。 到80年代中期，累计进行了29次实验室和现场 实验，气化煤炭4万t，纯氧气化煤气热值最高 达14MJ/m3。 1987年，劳伦斯利弗莫尔国家实验室在洛基山 1号进行注入点控制后退（CRIP）气化新工艺 试验，它是地下气化技术的一种新模式，是 UCG技术的一项重大突破。 与此同时也进行了扩展贯通井孔（ELW）模式 试验，气化的气化剂采用了富氧/水蒸气或氧 气/水蒸气，获得了不同组成的中热值煤气。
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
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2018/8/24
《煤炭气化工艺》
煤炭气化设备
2018/8/
地面气化 气 化 技 术 地下气化
将煤从地下挖掘出来后再经过各种气化技 术获得煤气的方法称地面气化。 煤炭地下气化，就是将埋藏在地下的煤 炭进行有控制的燃烧，通过对煤的热作用 及化学反应而产生可燃气体的过程。 其过程集建井、采煤、气化工艺合二为 一，将传统的物理采煤方法转变为无人无 设备的化学采煤方法，省去了传统的采煤 机械设备和地面气化炉笨重复杂设施。
加氢气化 水蒸气气化
此时可加水蒸气、氧气与未反应的碳进行气化生 成H2、CO、C02等。
气化剂是水蒸气
2018/8/24
《煤炭气化工艺》
煤气分类
定义:是以空气为气化剂生成的煤气。 成分:含有60%的N2和一定量的一氧化碳、少量二氧化碳和氢 气 空气煤气 特点:热值最低，主要作为化学工业原料，煤气发动机燃料等。 定义:以空气和适量的水蒸气的混合物为气化剂所生成的煤 气 混合煤气 成分:含有N2，CO，CO2，H2。 特点:这种煤气在工业上一般用作燃料。
第二章
煤炭气化原理
第一节 煤炭气化方法
第二节 煤炭气化原理
2018/8/24
《煤炭气化工艺》
知识目标
熟悉与理解气 化过程的理论 基础与煤气平 衡组成的计算
掌握煤炭气化 方法、煤炭气 化原理
了解地下气化
2018/8/24
《煤炭气化工艺》
能力目标
能掌握煤 炭气化反 应
会判断实际 用煤气化时 的主要影响 因素
(三)其他分类
(1)以入炉煤块度分类可分为粉煤炭气
化、块煤炭气化等。 (2)以燃料在炉内的状况分类移动床气 化、沸腾床气化、气流床气化、熔融床 气化等。
2018/8/24
《煤炭气化工艺》
第二节 煤炭气化原理
煤的气化是指利用煤或半焦与气化剂
进行多相反应产生碳的氧化物、氢、甲
烷的过程，主要是固体燃料中的碳与气 相中的氧、水蒸气、二氧化碳、氢之间 相互作用。也可以说，煤炭气化过程是 将煤中无用固体脱除。转化为可作为工 业燃料、城市煤气和化工原料气的过程。
外热式
传热 方式 内热式
此过程的反应式如下：
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《煤炭气化工艺》
（二）地面气化技术的分类
气化剂是富氧空气
富氧气化
纯氧气化
气化剂是纯氧气体
气化剂是氢气。加氢气化是由煤与氢气在温度为 800~1000 ℃ ，压力在1～10MPa下反应生成甲烷 的过程。煤与氢的反应中仅部分碳转变成甲烷。
气 化 介 质
巷道式建 地下气化 炉技术
钻井式建 地下气化 炉技术
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地下气化的概况
煤炭地下气化开采能有效地利用矿物能源资源，毕 竟国内井工可采煤炭含量仅占煤炭资源储量的 11.43%，地下气化开采就是有效利用资源的途径。 目前山东、山西、内蒙古、贵州、河南、四川、辽 宁等地区都在引入煤炭地下气化技术，使“报废”的 煤炭资源得到充分利用。
2018/8/24
《煤炭气化工艺》
一、气化过程主要化学反应
C O2 CO2 3 9 4 .1KJ / m o l
一次 反应
1 O 2 CO 1 1 0.4 KJ / m o l 2 c H 2 O H 2 CO 1 3 5.0 KJ / m o l c C 2 H 2O CO2 2 H 2 9 6.6 KJ / m o l C 2 H 2 CH 4 8 4.4 KJ / m o l C CO2 2CO 173.3KJ / m ol 2CO O2 2CO2 566.6 KJ / m ol CO H 2O H 2 CO2 38.4 KJ / m ol CO 3H 2 CH 4 H 2O 219.3KJ / m ol 3C 2 H 2O CH 4 2CO 185.6 KJ / m ol 2C 2 H 2O CH 4 CO2 12.2 KJ / m ol
煤气组成为：φ（C02）：9％～11％；
φ （CO）：15%～19％； φ （H2）：14%～17％； φ （CH4）；1 4％～1 5%； φ （O2）：0. 2％～0．3％； φ （N2）：53％～55％。 《煤炭气化工艺》
2018/8/24
煤炭地下气化原理
2018/8/24
《煤炭气化工艺》
（二）地面气化技术的分类
是指利用外部给气化炉提供热量的过程。 其热源可由加热外部炉壁来加热燃料，炉壁需选用耐火 煤在气化过程中不需外界供热，而是利用煤与氧反应放出 度高且导热性好的材料； 热量来达到反应所需温度，即燃烧一部分气化所用燃料， 同时也可用高度过热水蒸气(1100 ℃)； 将热量积累到燃料层里，再通入水蒸气发生化学反应制取 另外也可用加热水蒸气和粉末燃料的混合物到 煤气。 1100℃．达到水煤气反应温度。 其原理如图所示 其原理如图
会解释T、P 对气化的影 响
2018/8/24
《煤炭气化工艺》
煤的气化
是煤或煤焦与 气化剂(空气、 氧气、水蒸气、 氢等) 在高温下发生 化学反应将煤 或煤焦中有机 物转变为煤气 的过程
是获得基本 有机化学工 业原料的重 要途径
2018/8/24
《煤炭气化工艺》
煤气
定义：气化剂通过炽热固体燃料层 时，所含游离氧或结合氧将燃料中的 碳转化成的可燃性气体。 煤气的有效成分：为一氧化碳、氢 气、甲烷等 用途：其可作为化工原料、城市煤 气和工业原料。
其生产煤气具有安全性好、投资少、见 效快、污染少、效益高等显著优点，深受 世界各国的重视，被誉为第二代采煤方法。
2018/8/24
《煤炭气化工艺》
建地下气化炉的两种技术途径
在正开采或废弃的煤矿井中可启建地下气化炉，由人工 掘进的方式在煤层中建立起气化巷道，并在进气孔底部 巷道壁筑起一道密闭墙（促使定向燃烧煤层），便可将 密闭墙前面的煤炭点燃。单套炉由气化通道进气孔、辅 助孔和出气孔组成，气化通道于同一煤层内连通各孔。 但该技术人工竖井深度受限，因受煤层的地应力和煤层 温度制约。 即采用常规的油气井钻井技术，钻一口一般的长祼眼水平 井段，与另外的二口直井于同一煤层内以洞穴式相连通。 单套地下气化炉仍由气化通道、进气孔、辅助孔和出气孔 等组成。将进气孔底部的气化穴煤炭点燃，鼓入汽化剂促 使连续气化煤炭，由辅助孔鼓入氢气，气化通道内仍有氧 化带、还原带和干馏干燥带出现。此种建地下气化炉技术 于国外多采用，但国内的辽河油田于2005年内成功建起了 首座钻井式地下气化炉，开创了国内建地下气化炉新阶段。 但因钻井井径受限，制约着单套炉规模化开采 《煤炭气化工艺》
煤 气
水煤气 半水煤气
定义:是以水蒸气作为气化剂生成的煤气. 成分:其中氢气和一氧化碳的含量共达85%(体积分数)以上， 用作化工原料。 是以水蒸气为主，加适量的空气或富氧空气同时作为气化剂 制得的煤气。 合成氨时较多使用半水煤气，此时氢气与一氧化碳的总质量 是氮气质量的3倍。 《煤炭气化工艺》
2018/8/24