地下煤气化简介

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地下煤气化 (UCG) 介绍
2
地下煤气化发展历程
3
地下煤气化技术的现状
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目 录
CONTENTS
关于地下煤气化技术的讨论
1.
地下煤气化 (UCG) 介绍
1.1 1.2
1.1
地下煤气化的原理
地下煤气化(Underground Coal Gasification，UCG)就是将处
于地下的煤炭进行有控制地燃烧,通过对煤的热作用及化学作用而 产生可燃气体的过程。该过程集建井、采煤、地面气化三大工艺 于一体,变传统的物理采煤为化学采煤,化采煤为采气，被誉为第 二代采煤方法 。
以气体原料合成油技术(又称煤的间接液化)
煤的间接液化在许多国家已进行了工业化生产，合成工艺包括F-T直接合成及Mobil工艺通过甲 醇间接合成。其中的地面煤气化通常采用鲁奇炉或温克勒气化法。若采用煤炭地下气化工艺， 只需将合成气的供给由地面气化改为地下气化，而其他成熟技术都可以保持不变。地下气化煤 气从组成上与鲁奇炉加压气化法及其它先进气化工艺所产煤气有效成分相当，因而可以作为合 成油原料气应用于生产。
由于煤层是倾斜的，煤层上方有
顶板。当由一个钻孔通入空气， 生成煤气则从另一个钻孔逸出。
右图所示进空气的钻孔底部燃烧
较为激烈，时间一久使煤层严重 变形。为了避免这种情况，可交 替得向一个钻孔供给气化剂，与 此相应，生成煤气可以交替从另 一钻孔排出。
1.2
地下煤气化的分类
煤炭地下气化根据井下主体气化炉的构筑方式可分为两类生产方式：有井式和 无井式。 有井式气化就是在井下建立竖井、平巷工程、注排气通道等地下气化炉生产系 统。其特点是在井下操作加工煤层，并可控制注气点及气流流动方向。煤层气化工 艺包括爆破松动煤层气化工艺（图a）、“长通道、大断面、两阶段”地下气化工 艺（图b）和换管注气点后退式气化工艺。
专题十九
2016
主讲人：张婷
地下煤气化技术
Abstract
To push the underground coal gasification (UCG) technology toward commercialization, its competiveness and cost components still need to be investigated. This paper compares the power generation cost of underground coal gasification combined cycle (UCGCC) with pulverized coal (PC) plants, integrated gasification combined cycle (IGCC), and natural gas combined cycle (NGCC). Cost sensitivity of the UCGCC as a function of coal seam depth and thickness was also examined. The results indicate that UCGCC is very competitive compared
UCGCC was able to provide a lower CO2 capture cost. Dependent upon the assumed fuel
prices, the capture cost for the UCGCC was $27−28/tonne of CO2, whereas it was $47−58/tonne of CO2 for NGCC. It is also found that the cost of UCGCC decreased with the increase in coal seam thickness and increased with coal seam depth, but the effect of depth
图a
图b
无井式气化一般通过定向钻孔或者渗透的方式完成气化炉的建设，且气化炉的建设都在
地面完成。根据气化通道的注气方式，无井式地下气化技术可分为2 类: 渗透式气化和定向 孔气化。渗透式是从地面上向被气化的地下煤层钻有相当数量的孔，并使孔之间能相互渗 透。它的特点是先点燃煤层，通过钻孔向煤层鼓风，鼓入的空气沿煤层的天然裂缝渗透， 即可在煤层中形成气化带 ——工作面。定向孔气化是采用定向钻进技术施工气化通道，直 接连通进/排气孔。随着定向钻进技术的发展，定向孔长度可达到150 m 以上，因此可形成 长壁式气化。为克服长壁式气化通道易堵，温度不集中的缺点，在长壁式气化基础上，发 展成为长壁式控制后退注气点气化工艺。
to PC and IGCC. Within the same assumed fuel price range, the power generation cost for
UCGCC was $45−48/MWh, whereas it was $45−60/MWh for PC and over $100/MWh for IGCC.The generation cost of UCGCC was as low as NGCC at low natural gas prices, but
煤地下气化与碳俘获、利用、封存结合（UCG-CCS）
英国在2004 年10 月出版了《在英国地下煤气化可行性的评论》报告（DTI/Pub URN
04/1643，DTI2004）中总结：UCG-CCS技术是碳减排的重要出路，UCG 与CO2 的俘获连 接起来，对减少CO2 的排放，具有极重大的潜在意义。英国的《未来能源白皮书》中强调能 源使用中，CO2 的低排放和零排放技术，唯一的方法是对CO2 进行提取、分离和封存，即 UCG-CCS 技术。因此，这一技术被看作是发展可持续低碳洁净能源的有效技术途径。
3.2 国内外主要UCG项目及公司
我国煤炭地下气化试验研究发展主要在20 世纪80 年代以后。目前也由实验室试验研
究、现场试验研究逐步转向工业示范生产应用，开发了具有自主知识产权的煤炭地下气 化技术。目前工业示范情况比较好的是新矿集团(有井式技术) 和新奥集团(无井式技术)
，它们都与中国矿业大学进行合作。
煤地下气化与燃料电池发电结合（UCG-ACF）
近年来，有人提出采用煤炭地下气化生产富氢煤气，然后用氢作燃料电池，这一煤炭地下气化 于燃料电池相结合的技术称之为UCG-AFC 技术。UCG-AFC 技术是当今世界一个新的方向。 UCG-ACF 技术可以大规模地生产富氢气，同时，也可进行CO2 俘获和地质储存。在这一过程 中，CO2 和其他不可燃气体从煤气中分离出来，产生低碳气和部分纯氢或合成气。
1) 新矿集团“有井式”UCG 技术。新矿集团地下煤气化1999 年开始试验研究工作， 2000 年3月点火成功，同年7 月正式向1 万余户居民供生活用燃气。于2001—2002 年
相继建成了协庄气化站、鄂庄气化站( 一期) ，并一次点火成功。目前日产气量达到10
万m³ ，煤气热值达到11. 26MJ /m³ 。2002 年地下煤层气化申报了国家“863”计划“煤 炭地下气化稳定控制技术的研究”课题，获得科技部批准并被列入中国“863”计划和
煤地下气化与燃气—蒸汽涡轮联合循环发电技术结合（UCG-
IGCC）
利用煤地下气化产生的合成气，与燃气—蒸汽联合循环发电结合，是合理使用地下气化煤气 的有效途径。美国GasTech 公司（2008），在美国怀俄明州波德（powder）盆地煤地下气化 合成气中，将燃气—蒸汽联合循环发电（UCG-IGCC）的投资与地面气化发电作了比较，优 势十分明显。
试验基地。
2) 新奥集团“无井式”UCG 技术。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，与中国矿业大学和乌兹别克斯坦Angren 气化站共同开展
“无井式煤炭地下气化试验项目”研究。同年10 月，我国首套日产煤气15 万m³ /d 的 无井式煤炭地下气化试验系统和生产系统一次点火成功。该试验现场已具备供热、发
合循环（UCGCC）技术的CO2 捕捉成本为27-28美元/吨，而天然气联合循环（NGCC）发电 的CO2 捕捉成本则为47-58美元/吨。研究还发现地下煤气化联合循环（UCGCC）的成本随着 煤层深度的增加和煤层厚度的增加而降低。但是煤层厚度对成本的影响更加显著。提高地下煤 气化联合循环（UCGCC）竞争力的一个有效办法就是用较厚的煤层。
电、生产化工原料的能力，取得了一批创新性研究成果，申报了9 项专利。这项研究
廉价合格的二甲醚原料气，为煤炭转化及二甲醚合成开创新的途径。
制取纯氢
中国矿业大学余力教授等所创建的煤炭地下气化新工艺“长通道、大断面、两阶段”，就是将 地面“两阶段”气化原理移植应用到地下气化中。用这种工艺使煤地下气化后的氢气含量可高 达60%~70%。其它煤地下气化H2 含量仅为7.6%~31.2%。因此，煤地下气化提供了非常廉价 的氢气能源。
从地表沿煤层开掘两个钻孔1和2，两孔底部
与一水平通道3相连，图中1、2、3所包围的 整体煤堆为气化盘区4气化时，在钻孔1处点
火并鼓入空气燃烧。此时，在气化通道的一
段形成燃烧区，其燃烧面成为火焰工作面。 生成的高温气体沿水平通道3向前，同时把 热量传给周围的煤层，随着煤的燃烧，气化 区逐渐扩及整个气化盘区，高温气体流向钻 孔2，由钻孔2得到焦油和煤气。
环（IGCC）相比，地下煤气化联合循环（UCGCC）具有更大的竞争力。假定同样的煤价范围
，地下煤气化联合循环（UCGCC）的发电成本是45-48美元/Mwh。当天然气价格低的时候， 天然气联合循环（NGCC）和地下煤气化联合循环（UCGCC）的发电成本一样，但是地下煤
பைடு நூலகம்
气化联合循环（UCGCC）技术能提供更低的CO2 捕捉成本。基于假定的煤价，地下煤气化联
前苏联化学 家门捷列夫 提出了煤炭 地下气化技 术
美国工程师发 明了与现代地 下煤气化非常 接近的技术， 并获得专利
前苏联开始 大量开展地 下煤气化实 验
A
B
C
D
E
F
3. 地下煤气化技术的现状
3.1 3.2
3.1 地下煤气化技术的应用
合成氨
合成氨是一项成熟的煤气化及化工合成联产项目。但传统的煤气化工艺普遍采用常压固定床间歇 气化法。过去中国先后引进了鲁奇炉Lurgi、德士古炉Texaco、U-gas炉, 这些气化技术存在着投 资大、运行费用高等缺点, 导致合成氨及后续化工产品缺乏市场竞争力。若采用煤炭地下气化提 供的原料气，则可使合成氨产品成本大幅度降低。
was not as pronounced as that of the seam thickness.An effective way to enhance the
competitiveness of UCGCC is to use thicker coal seams.
翻译
为推动地下煤气化（UCG）技术的商业化，我们仍需对它的竞争力和成本构成进行调查。这篇 文章对地下煤气化联合循环（UCGCC）和煤粉厂（PC），整体煤气化联合循环（IGCC）和 天然气联合循环（NGCC）的发电成本进行了比较。也考察了影响地下煤气化联合循环（ UCGCC）成本敏感性的煤层深度和煤层厚度。结果显示与煤粉厂（PC）和整体煤气化联合循
合成二甲醚
二甲醚(DEM) 作为21 世纪的世界清洁能源已引起人们的普遍关注。合成二甲醚要求煤气中氢与一 氧化碳的比例为1.15∶ 1～2∶1 ，每吨二甲醚的煤气消耗定额为4500m³ /h。太原东山瘦煤地下气
化模型实验表明, 采用纯氧-水蒸气地下气化工艺, 调节气化剂纯氧及水蒸气用量比例, 可以生产出
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地下煤气化 (UCG) 发展历程
威廉· 西门 子（William Siemens） 首先提出煤 炭地下气化 的概念 英国化学家威 廉· 拉姆齐 （William Ramsay）提议 将地下煤气化 作为一种避免 燃煤污染物排 放的技术方案 前苏联发现了 大型的天然气 与石油资源， 地下煤气化的 实验规模因而 被大幅缩减