煤炭地下气化技术研究与应用
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“UCG”技术，试验中)
地下气化中心
2 煤炭地下气化技术体系
煤炭地下气化技术体系
气化原理图 进气孔
辅助孔
排气孔
反应区变化示意图
灰渣
气化通道
C+O2
CO2+Q
C+1/2 O2
CO+Q
CO+1/2 O2
CO2+Q
氧化带
CO2+C H2O+C CO+ H2O C+2 H2
还原带
CO—Q H2+CO—Q
H2+CO2+Q CH4+Q
计算服务年限，考虑投资经济
性。理论上讲，矿区储量越大
，服务年限越长，具体情况视
设计要求而定。
9
地下气化中心
2.1 煤炭地下气化地质评价模型
（二）地质评价模型
评价体系
环保B1
水文B2
地质B3
安全B4
B5
Bn
煤质C1
煤层情况C2
地质情况C3
灰 分
碳 含 量
粘 结 性
D1
D2
D3
灰 熔 点
气 化 活 性
硫 分 D6
着 火 点
埋
厚
倾
夹
深
度
角
矸
D8
D9
D10
D11
稳 定 性
构
储
裂
顶
造
量
隙
板
D13
D14
D15
D16
勘 查 程 度
D4
D5
D7
D12
D17
＜5
30
5.01-10 90
10.01-20 80
20.01-30 70
30.01-40 50
40.01-50 0
＜55 50 55.01-60 75 60.01-77 90 77.01-90 80 ＞90.01 30
地下气化中心
1背 景
煤炭地下气化过程
煤炭地下气化就是将处于地下的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的过程。它集建井、 采煤、气化三大工艺为一体，变传统物理采煤为化学采煤。
地下气化中心
全球地下气化发展历史
•汉那(LVW-
RCL,1971)
•Hoe Creek(LVW-
RCL,1972)
入气化区，影响气化区温度，同时导致气化污染物扩散，影响地下水环境。
5
地下气化中心
2 煤炭地下气化技术体系
新 工 艺 地 下 气 化 炉
工艺类型：矿井式（有井式）
工艺类型：钻井式（无井式）
煤矿开采技术和煤气化技术的结合 石油钻井技术和煤气化技术的结合
中国矿业大学（北京）于1984年成立了煤
炭工业地下气化工程研究中心。
地下气化中心
2 煤炭地下气化技术体系
模型试验平台
监控系统
煤气净化和改制系统
模型试验研究平台
参数采集与分析系统
地下气化中心
2 煤炭地下气化技术体系
煤炭地下气化技术体系
煤层条件
气化开采煤层资源评价体系
煤炭地下气化基础理论研究
地质水文条件
实体煤层燃烧气化 特性及其演化规律
高温煤岩性质及 燃空区扩展规律
煤
CH4
+ H2
+ H2O +……
干馏干燥带
气化煤层 气流通道
特点：（1）地面气化气固相可以在小颗粒条件下均匀接触，而地下气化是在不均匀的大尺度煤
块中完成气固反应；（2）地下气化料层(煤层)不发生移动，而是气化工作面随时间和空间移动，
反应区面积不断变化；（3）地下气化过程当反应区扩展到一程度后，导致顶板冒落，地下水进
地质构造
主要影响因素为褶皱、断层 、岩浆岩等，其中断层对地 下气化的影响最大，断层带 易发生导水裂隙，产生环境 问题，要求不能断开煤层。
煤层厚度及粘结性
煤层厚度决定钻井和气化工艺 的具体实施 ，煤厚过薄，时围 岩的冷却作用对煤气热值的影 响剧烈；经济性不合理；煤质 的粘结性不能过高。
储量
储量评估依据为根据煤气产量
地下气化中心
2 煤炭地下气化技术体系
2.1 煤炭地下气化地质评价模型
（一）影响因素
煤层埋深
主要和环保、气闭性有关。埋深太 浅，气闭性差，造成环境污染；煤 层埋深过深，则建炉成本增高；根 据现场试验及国内外资料表明： 200-1200m较适合地下气化。
夹矸情况
主要考虑夹矸层数、单层厚度 等。煤层夹矸过多，单层夹矸 厚度过大影响气化稳定性，热 效率低，经济性较差；夹总厚 度小于煤层厚度的20%。
• 顿巴斯煤田(前苏联技
术,1932)
• 南阿宾斯克(前苏联技
术，运行40年)
• 安格林气化站(前苏联
技术,运行50年,运行中
)
• 南非Eskom(“UCG”技术,2007)
• Carbon Energy(美国CRIP
改进技术,试验中)
• Linc Energy, Cougar
Energy(加拿大Ergo公司
污染物富集及 迁移规律
计算机模拟及 仿真
煤炭地下气化工程技术开发
气化炉结构设 计与施工技术
气化工作面综 燃空区扩展及
合探测技术
水控制技术
气化过程稳 定控制工艺
污染物监测 与控制技术
动态监测与分 析控制技术
设计、施工、运行技术规范，能效、环境、经济全生命周期评价模型，煤炭地下气化工艺包
产业化示范与推广
•落基山1号(CRIP
技术,1987)
• 波兰斯扎煤矿(“有井式”,1960) • 比利时图林(CRIP技术,1979) • 英国Newman Spinney (U型炉,1958) • 英国巴通(有井式，盲孔炉，1959) • 西班牙El Tremedal (“CRIP”技术，
1991-1998)
徐州新河矿(“长通道,大断面, 两阶段”工艺，有井式，1994) 新汶孙村矿，鄂庄矿(有井式， 2000) 唐山刘庄矿(“长通道,大断面, 两阶段”工艺，有井式，1996)
内容
11
背景
2 2 煤炭地下气化技术体系
33
矿井式地下气化试验
44百度文库
钻井式地下气化试验
55
煤炭地下气化技术评价与应用前景
6 结束语
地下气化中心
1背 景
◆ 中国能源现状
石 油: 还能使用20至30年, 到2020年缺口达45% 天然气: 2015年缺口达43%以上 煤 炭: 在今后很长一段时间内仍然以煤为主
◆中国的煤炭资源开采现状
遗弃的煤炭资源: 超过500亿吨 低品位煤: 褐煤, 高硫煤 “三下”压煤 深部煤炭资源: 主要是埋藏深度在1000米以下的资源（约2.7万亿吨）
◆中国环境现状
地表塌陷量: 300,000 公顷 煤矸石的累积: 覆盖12000公顷的区域, 约30亿吨 煤燃烧排放物: 占SO2 总排放的87%,占CO2总排放的71%,占NOx 总排放的67%,占灰尘 总排放的60%，雾霾
＜5 100 6-50 80 50-65 60 ＞65 0
＜1100 60 1100-1250 80 1250-1500 90
＞1500 100
＜15 0 15-30 60 30-60 85 ＞60 90
＜0.5 100 0.51-1 95 1.01-1.5 90 1.51-2 85 2.01-2.5 80 2.51-3 75 ＞3.0 60
地下气化中心
2 煤炭地下气化技术体系
煤炭地下气化技术体系
气化原理图 进气孔
辅助孔
排气孔
反应区变化示意图
灰渣
气化通道
C+O2
CO2+Q
C+1/2 O2
CO+Q
CO+1/2 O2
CO2+Q
氧化带
CO2+C H2O+C CO+ H2O C+2 H2
还原带
CO—Q H2+CO—Q
H2+CO2+Q CH4+Q
计算服务年限，考虑投资经济
性。理论上讲，矿区储量越大
，服务年限越长，具体情况视
设计要求而定。
9
地下气化中心
2.1 煤炭地下气化地质评价模型
（二）地质评价模型
评价体系
环保B1
水文B2
地质B3
安全B4
B5
Bn
煤质C1
煤层情况C2
地质情况C3
灰 分
碳 含 量
粘 结 性
D1
D2
D3
灰 熔 点
气 化 活 性
硫 分 D6
着 火 点
埋
厚
倾
夹
深
度
角
矸
D8
D9
D10
D11
稳 定 性
构
储
裂
顶
造
量
隙
板
D13
D14
D15
D16
勘 查 程 度
D4
D5
D7
D12
D17
＜5
30
5.01-10 90
10.01-20 80
20.01-30 70
30.01-40 50
40.01-50 0
＜55 50 55.01-60 75 60.01-77 90 77.01-90 80 ＞90.01 30
地下气化中心
1背 景
煤炭地下气化过程
煤炭地下气化就是将处于地下的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的过程。它集建井、 采煤、气化三大工艺为一体，变传统物理采煤为化学采煤。
地下气化中心
全球地下气化发展历史
•汉那(LVW-
RCL,1971)
•Hoe Creek(LVW-
RCL,1972)
入气化区，影响气化区温度，同时导致气化污染物扩散，影响地下水环境。
5
地下气化中心
2 煤炭地下气化技术体系
新 工 艺 地 下 气 化 炉
工艺类型：矿井式（有井式）
工艺类型：钻井式（无井式）
煤矿开采技术和煤气化技术的结合 石油钻井技术和煤气化技术的结合
中国矿业大学（北京）于1984年成立了煤
炭工业地下气化工程研究中心。
地下气化中心
2 煤炭地下气化技术体系
模型试验平台
监控系统
煤气净化和改制系统
模型试验研究平台
参数采集与分析系统
地下气化中心
2 煤炭地下气化技术体系
煤炭地下气化技术体系
煤层条件
气化开采煤层资源评价体系
煤炭地下气化基础理论研究
地质水文条件
实体煤层燃烧气化 特性及其演化规律
高温煤岩性质及 燃空区扩展规律
煤
CH4
+ H2
+ H2O +……
干馏干燥带
气化煤层 气流通道
特点：（1）地面气化气固相可以在小颗粒条件下均匀接触，而地下气化是在不均匀的大尺度煤
块中完成气固反应；（2）地下气化料层(煤层)不发生移动，而是气化工作面随时间和空间移动，
反应区面积不断变化；（3）地下气化过程当反应区扩展到一程度后，导致顶板冒落，地下水进
地质构造
主要影响因素为褶皱、断层 、岩浆岩等，其中断层对地 下气化的影响最大，断层带 易发生导水裂隙，产生环境 问题，要求不能断开煤层。
煤层厚度及粘结性
煤层厚度决定钻井和气化工艺 的具体实施 ，煤厚过薄，时围 岩的冷却作用对煤气热值的影 响剧烈；经济性不合理；煤质 的粘结性不能过高。
储量
储量评估依据为根据煤气产量
地下气化中心
2 煤炭地下气化技术体系
2.1 煤炭地下气化地质评价模型
（一）影响因素
煤层埋深
主要和环保、气闭性有关。埋深太 浅，气闭性差，造成环境污染；煤 层埋深过深，则建炉成本增高；根 据现场试验及国内外资料表明： 200-1200m较适合地下气化。
夹矸情况
主要考虑夹矸层数、单层厚度 等。煤层夹矸过多，单层夹矸 厚度过大影响气化稳定性，热 效率低，经济性较差；夹总厚 度小于煤层厚度的20%。
• 顿巴斯煤田(前苏联技
术,1932)
• 南阿宾斯克(前苏联技
术，运行40年)
• 安格林气化站(前苏联
技术,运行50年,运行中
)
• 南非Eskom(“UCG”技术,2007)
• Carbon Energy(美国CRIP
改进技术,试验中)
• Linc Energy, Cougar
Energy(加拿大Ergo公司
污染物富集及 迁移规律
计算机模拟及 仿真
煤炭地下气化工程技术开发
气化炉结构设 计与施工技术
气化工作面综 燃空区扩展及
合探测技术
水控制技术
气化过程稳 定控制工艺
污染物监测 与控制技术
动态监测与分 析控制技术
设计、施工、运行技术规范，能效、环境、经济全生命周期评价模型，煤炭地下气化工艺包
产业化示范与推广
•落基山1号(CRIP
技术,1987)
• 波兰斯扎煤矿(“有井式”,1960) • 比利时图林(CRIP技术,1979) • 英国Newman Spinney (U型炉,1958) • 英国巴通(有井式，盲孔炉，1959) • 西班牙El Tremedal (“CRIP”技术，
1991-1998)
徐州新河矿(“长通道,大断面, 两阶段”工艺，有井式，1994) 新汶孙村矿，鄂庄矿(有井式， 2000) 唐山刘庄矿(“长通道,大断面, 两阶段”工艺，有井式，1996)
内容
11
背景
2 2 煤炭地下气化技术体系
33
矿井式地下气化试验
44百度文库
钻井式地下气化试验
55
煤炭地下气化技术评价与应用前景
6 结束语
地下气化中心
1背 景
◆ 中国能源现状
石 油: 还能使用20至30年, 到2020年缺口达45% 天然气: 2015年缺口达43%以上 煤 炭: 在今后很长一段时间内仍然以煤为主
◆中国的煤炭资源开采现状
遗弃的煤炭资源: 超过500亿吨 低品位煤: 褐煤, 高硫煤 “三下”压煤 深部煤炭资源: 主要是埋藏深度在1000米以下的资源（约2.7万亿吨）
◆中国环境现状
地表塌陷量: 300,000 公顷 煤矸石的累积: 覆盖12000公顷的区域, 约30亿吨 煤燃烧排放物: 占SO2 总排放的87%,占CO2总排放的71%,占NOx 总排放的67%,占灰尘 总排放的60%，雾霾
＜5 100 6-50 80 50-65 60 ＞65 0
＜1100 60 1100-1250 80 1250-1500 90
＞1500 100
＜15 0 15-30 60 30-60 85 ＞60 90
＜0.5 100 0.51-1 95 1.01-1.5 90 1.51-2 85 2.01-2.5 80 2.51-3 75 ＞3.0 60