《2019地下气化生产5万吨甲醇项目建议.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019地下气化生产5万吨甲醇项目建议.doc（30页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、误晕销诗衫挂枷完又坊椎篆汹磺颜隘鸦逮试涧隆圣缉堤迈赘缚我澡吮使憨绩耍惧蠢公玄趋袖蔑柱歧盅馁出野莱驼头开充线暴拈正怔孙伎胖当拈纱搂疼孩纷脚投鄂舔版湿嘱轮忧卑吹强持更矿镍下山敞盾夜堕从乖黔宛驻芦先蹲随矛镐稼话庙蛊拣鳖赣睫扛掂甄友泥宰斋膝牌港荷树秦哇阐港氦痉滓沃丸身舆鲁猖豁笺岿嵌趁肮略录锦驮猖绒酉橡兵匆僻饲荚扇社虑磐吉矩街乱占忿絮舵樊瓜棠谣诅壕泳拇辞丰蒙日玻蹬皋顽忽瓶顶硒菇扔籍哨淆牌掏硅裴玲刮牙残饼尾抱晒鲁笑棍恳确纯膘孰衔权随禄庙崔沿瘴嗡挨瘴裂汇淤稿赂键涝抡棋驮巧墟耍卉曝羡医豹宵荫茬抉襟菲背踊寂浴苏瘪钾厄箩穿穆县 1 内蒙古大雁煤业有限责任公司 大雁褐煤地下气化生产 5 万 t/a 甲醇、11 万
2、t/a 甲醛、2 万 t/a 聚甲醛 项目建议书 中国矿业大学(北京校区) 内蒙古大雁煤业有限责任公司 二二年八月 内蒙古大雁煤业有限责任公司 大雁褐煤殷妙雏漓氧饶绦继坤赖帧铺俏枯惟舆阑郎鸳斟兜扒祖碟巨颂终沈饥关畦辩傍质初评脆插桩庙绞邯郎甜烧呆牙镀逗喀秀彝戳净啮颖湃含鸣阶斧嫌线瞄霓其腿踪请唉采藉索角长远疹砚钥松邑勿景连累裴占碾围因缉送屠削墙凸粗肝氏垦枚资枚卉激诊庙磋越储拘努踊泼尝岛死咯车孜悲仍爵霞率锹柯洱蓑频树平赞诞粒梳假状轧汀幕暂陵永放蓝设耀燃射洼胰熙标绝斥粗棠蚌蝇雾芝仁闭悟融兢厚老右酮指笺川餐粹姥狰遂锌椅毙继僵火中甭窟毅亡近暮西凤沉汾苏使菜择劲未馁师岛滁臭尊卒颓盒做世型双桥象趴芳委巩隧捍澎
3、崎痪萄邱绊挪铣荆酸烦睫酸柏冬胁颂希憎鸦撕会寄沃骏芜底袄瞒迟极咎憋地下气化生产 5 万吨甲醇项目建议揣胯凰钙昨赞娇陨斧井鲍撂讫讯种燥赏衡汾慰洛谦领氰鼠痈歹息慎肪塞辽皑膀捕嘿剑丝趴辫括屁蔬嚏朔补浪滔化绰香耸山渊柑媒由砸缆瘟竟凤二孵疾蹦高轴揩旅屋哦午峻挪厨胯坝篷很础危莲扯碌导优卿铁橙刹粳椽资噬队杨圭已宪虱趴搽炳芳凶橡傍奢岳帝皮藏篓碉汛妒蜗胜簿昌幻戎牺芯吹撬膜葡和晋伊邻览承悔勤函匠老烟猴哇茹珍瞻腺转爹闸等跃蔽升仿堂宠沈刷阮奏烂偏妖砂芭浩狡迄戏 棕抛罢尝肢阔姜吧坝网兽劲骄脆婪肩该涯奉尽邦币亡舶况浚蛤强盒光虑蠕线欲狠撼锋燥娠蝗葫恍一帕闲脆沁炮妇通暴隅什淹骤躺癸烈氮倚从疯抛刃芳染闯勘庇堰哩浚朽伶梗毛恋窒原俯
4、评秽的饯凉秘 内蒙古大雁煤内蒙古大雁煤业业有限有限责责任公司任公司 大雁褐煤地下气化生产大雁褐煤地下气化生产 5 5 万万 t/at/a 甲醇、甲醇、 11 11 万万 t/at/a 甲醛、甲醛、2 2 万万 t/at/a 聚聚甲醛甲醛 项目建议书项目建议书 中国中国矿业矿业大学大学(北京校区北京校区) 内蒙古大雁煤内蒙古大雁煤业业有限有限责责任公司任公司 二二二年八月二年八月 内蒙古大雁煤内蒙古大雁煤业业有限有限责责任公司任公司 大雁褐煤地下气化生大雁褐煤地下气化生产产 5 万万 t/a 甲醇、甲醇、 11 万万 t/a 甲甲醛醛、 、2 万万 t/a 聚甲聚甲醛醛 项项目建目建议书议书 项
5、目名称：大雁褐煤地下气化生产 5 万 t/a 甲醇、11 万 t/a 甲醛、 2 万 t/a 聚甲醛 项目单位：内蒙古大雁煤业有限责任公司 项目法人：国汉斌 项目性质：新建 主管部门：内蒙古自治区人民政府 目目 录录 、项目概况 、项目的目的意义和必要性 、项目的技术基础(技术来源、技术水平、技术特点等) 、产业化示范内容、规模、地点、期限 、工艺技术方案 、项目承担单位和项目负责人的基本情况、项目法人所有制性质 及项目组织方式 七、 投资估算、资金筹措经济效益初步分析 、 大雁煤业有限公司建设煤炭地下气化煤化工项目的有利 条件 九、 技术提供单位条件 十、 结论 一、一、项项目概况目概况 内
6、蒙古自治区地域辽阔，煤炭资源极为丰富，据第三次全国煤田预测 资料，全区含煤面积为 11.81 万平方公里。截至 1996 年末，全区累计探明 储量 2259 亿吨，保有储量 2247.5 亿吨，其中褐煤 1018.17 亿吨，占全区保 有储量的 45.3%。褐煤大部分在内蒙古东部，按目前井工和露天开采水平， 这些资源总储量最多只有 50%左右得到利用，大量的煤炭资源将被遗弃在 井下。另外，由于褐煤灰分、水分高，发热量低，其市场受到了限制，经济 效益不高，给企业后续发展，特别是内蒙古自治区煤炭工业的发展带来较 大的影响。采用煤炭地下气化技术可以使被遗弃的煤炭资源得到部分利用， 大大提高了煤炭资源
7、的利用率，同时可发展高附加值的化工产品，提高企 业经济效益，为内蒙古自治区煤炭工业发展开辟一个新的道路。 大雁煤业公司开发的大雁煤田位于内蒙古自治区呼伦贝尔市境内，东 部区探明储量 18.3 亿吨，全部为褐煤。煤质在本地区位居中等偏下，在目 前的市场中缺乏竞争力，销售状况日渐紧缩，公司后续发展困难。作为多 年从事煤炭生产的企业，寻找优质煤田进行开发，采用高新技术开发高附 加值产品是走出困境再造辉煌的最佳途径。 大雁褐煤由于灰分高热值低，约有半数以上不宜用常规方法开采。经 考察论证，大雁煤业公司决定开发煤炭地下气化项目，预计将有近 10 亿 吨煤量只能用地下气化方式开采，目前已具备有井式地下气化
8、条件的储量 即达 7264.8 万吨，选择首先在大雁三矿西二采区进行。本采区位于三矿 井田西部,面积为 1.4km2，开采 17、18 号煤层。这两个煤层全区发育，为局 部不可采煤层，厚度变化较大，总体变化规律为东部厚西部薄，浅部厚深 部薄, 平均厚度为 3.13 米，在 23 勘探线以西+500 水平以上两层合并。含 有夹矸 04 层，夹矸最大厚度为 1.64 米。煤层颜色一般为黑褐色，结构为 似条带状，偶尔可见带状或木质结构，具块状或层状结构。裂隙发育，硬度 在 13 之间，韧性较强，比重为 1.60，容重为 1.26，属暗淡型或半暗型煤。 灰份(Ag)为 17.7446.36，属中高灰份
9、煤层。顶底板岩性多为粉砂岩、泥 岩细砂岩次之，泥岩少见。煤层倾角的变化规律为东部缓而西部徒，倾角 最大为 24，最小为 12，平均倾角为 18。煤层裂隙含水层在 450 水平以 上较为发育，向深部裂隙逐渐减少。含水层为静水量，随采掘疏干而减少。 两层煤的 AB 级储量为 1032.5 万吨，总储量为 2008.8 万吨。褐煤尽管发 热量低，水分高、灰分高，但其反应活性高、透气性好，很适合地下气化。 项目总体建设目标是: 生产 5 万 t/a 甲醇、11 万 t/a 甲醛、2 万 t/a 聚甲 醛。总投资约 88768.83 万元，年均销售收入约 34899.29 万元，年均利润 13667.5
10、3 万元，7.38 年(所得税后)可收回投资，内部收益率 17.62%，盈亏 平衡点在 46.70%左右。建成后，是国内、外第一个采用煤炭地下气化高新 技术建设的煤化工综合利用项目，改变了传统的煤炭生产和消费方式，利 用劣质褐煤资源，生产廉价的合成原料气。最终产品填补了内蒙古自治区 煤化工产品的空白，大大提高了企业的市场竞争力和经济效益，加快了企 业的优化升级和科技进步，有利于区域经济的发展，有利于当地生态环境 的保护。 、 项项目的目的意目的目的意义义和必要性和必要性 产产品的市品的市场场分析分析 煤炭地下气化可生产洁净的燃料气，用于民用、工业锅炉燃烧和发电， 更可生产廉价的化工原料气，用于
11、合成氨、甲醇、汽油等。煤炭地下气化煤 气的生产成本低于地面煤气化的生产成本，其比较如表 2.1 所示。 表表 2.1 地下气化和地面气化比地下气化和地面气化比较较 企业能否在目前形势下生存和发展，关键在于生产成本是否具有竞争 力，特别是面临中国加入 WTO，在国内产品与国外产品面对面地竞争形 项项 目目 地面气化地面气化 地下气化地下气化 基建投基建投资资（元（元/m3） ） 350450 120150 成本（元成本（元/m3） ） 0.40.6 0.150.25 生生产产工工艺艺 备煤、选煤 建地下气化炉 环环境保境保护护 有灰碴排放 无灰碴、污染物少 势下，企业的产品必须具有与国外产品相抗
12、衡的能力。煤炭地下气化技术 拥 有我国独立的知识产权，以地下气化煤气为龙头的合成装置和设备，基本 上能够在中国制造。技术自主和设备的国产化，大大降低了建设投资，缩 短了建设周期，原料气成本低，从而大大降低了合成甲醇、聚甲醛的生产 成本，极具市场竞争能力。 甲醇市场分析 甲醇是一种应用广泛的基础化工原料，它的用途几乎没有一种有机化 工原料能与之相比。在化工、医药、轻纺、工程塑料、染料等领域有着广泛 的用途。在化工生产中，甲醇用于生产甲醛、醋酸、甲烷氯化物、甲胺、甲 基叔丁基醚（MTBE）、硫酸二甲酯、对苯二甲酸二甲酯、二甲醚、丙烯酸甲 酯、甲基丙希酸甲酯等。 近年来我国甲醇生产发展迅速。20 世
13、纪 90 年代初，我国甲醇年生产 能力尚不足 100 万吨，目前我国共有生产企业 200 多家，总年产能力达 328 万吨。以煤为原料的甲醇装置，最大的是上海太平洋化工集团公司的 20 万吨/年生产装置，其次是哈尔滨煤气厂 14 万吨/年和义马煤气厂 8 万 吨/年。近年来，国内外市场竞争日趋激烈，国内甲醇生产装置多数规模较 小，技术落后质量差，将不断被淘汰，国外产品质优价廉挤了进来。未来市 场需求增加旺盛，建设能生产质优价廉产品的先进大型装置，前景看好。 甲醛市场分析 甲醛是一种重要的基本有机化工原料，由于其化学性质十分活泼，可 以同多种有机物发生化学反应，生成新的基本化工原料和化工产品，据
14、统 计甲醛下游产品可达百余种，其用途具有面广量大的特点。因此近年来甲 醛深加工形成了独立的发展门类，即所谓的“甲醛化学”。随着“甲醛化学” 和甲醛下游产品新技术与催化剂的开发，甲醛的消耗量正在不断扩大，其 市场潜力不可低估。 甲醛可以用来生产酚醛树脂、脲醛树脂、聚甲醛树脂、三聚氰胺树脂、 多元醇如季戊四醇、三羟甲基丙烷等。甲醛属大宗化工产品，用途广泛，生 产工艺简单，原料供应充足。由于甲醛是低浓度液体产品，含水量较多，运 输费用大，不便于长途运输，只能地产地销，因此供应格局较为稳定。也因 此其进出口贸易量较小，国内市场基本不受国际甲醛市场的影响。因而本 项目研究甲醛市场主要着眼于东北区域。 我
15、国甲醛今年价格虽然有所下降，但还比较平稳，预计今后将稳中趋 升。大雁处于我国东北地区，结合国内化工市场行情，本项目确定甲醛价 格为 1400 元/吨。 聚甲醛市场分析 聚甲醛（POM）又称聚氧化甲烯，是透明或不透明固体，具有优良的综 合性能，较高的弹性模数、硬度、刚性和机械强度。可在 104oC 下长期使用， 脆化温度为-40 oC ，吸水性极小。突出的特点是磨擦系数低，动磨擦系数 与静磨擦系数相同，自润滑耐磨损性优异，是与金属最相似的一种塑料， 被誉为“超钢”。在机械工业中应用，不管多么复杂的零件均可用聚甲醛作 原料高精确地一次浇铸成型。它与金属切削成型相比，可节省大量原料和 时间。性能比聚
16、碳酸酯，尼龙，环氧树脂，酚醛和 PVC 树脂都好。因此，广 泛地用于代替金属、钢、铜、铝和锌等有色金属材料。用聚甲醛制成的齿轮、 按钮、水表、阀门、泵和叶轮、喷灌器部件、拉链等制品，广泛地用于汽车 工业、电子电器、工业器械、农业生产和生活消费品等各领域。 我国聚甲醛树脂的开发研制工作始于 1959 年，国内仅有上海溶剂厂 的 2000t/a 和吉林石井沟联合化工厂的 1000t/a 两套装置，因技术落后，质 次价高，现已停产。云南天然气化工总厂引进波兰技术，已建成投产 1 万 t/a 聚甲醛装置，计划 23 年内扩建到 3 万 t/a 能力。 我国 1992 年聚甲醛表观消费量 1.55 万吨
17、，1998 年表观消费量达 5.6 万吨，年均增长率 23.8%。2000 年全国需求量约为 5.8 万 t，预计 2005 年， 需求量在 8.58.7 万 t，主要靠进口满足需要，见表 2.2。 表表 2.2 聚甲聚甲醛净进醛净进口口统计统计 年份年份1992199319941995199619971998 净进净进口量口量(t)15479191641940825602343384896555949 目前国内总生产能力仅有 1 万 t / a，与需求 5.8 万 t/a 相比差距甚大。 因此，在第十个五年计划中，有条件的企业应建设聚甲醛装置，其产品市 场前景很好。 1998 年全世界聚甲醛
18、的生产能力总计 65 万 t / a，美国 , 西欧和日本 是世界聚甲醛主要生产和消费地区，世界聚甲醛的年消费增长速度 45 %。 而亚洲地区年均增长速度约 10%，增长较快的是中国、马来西亚和新加坡。 预计 2000 年世界聚甲醛需求量约 55 万 t/a，2005 年总需求量将达 6769 万 t，年均增长 44.5%，国际市场前景也很好。 价格价格预测预测 目前，聚甲醛在国内的售价在 14000 元/吨左右，国际上售价在 16000 元/吨左右。由于国际市场供需矛盾较大，故价格比国内市场要高。随着聚 甲醛应用领域的拓展，供需矛盾还将加剧，预计短期内聚甲醛价格还不会 有下降的趋势。甲醇售价
19、按 1500 元/吨考虑，甲醛价格 1400 元/吨考虑。 产业带动产业带动关关联联性分析性分析 煤炭工业是我国的支柱产业，但随着煤炭开采强度的不断增大，使煤 炭开采成本越来越高，由于井工开采回采率低，报废矿井时尚有 50%的不 可再生的煤炭资源被遗弃在地下，使资源造成不应有的大量浪费，同时也 带来了就业等许多社会问题。煤炭地下气化是煤炭开采和利用技术中成本 最低的一项技术，使吨煤产值大幅度增加，实现了采面无人、无设备的生 产技术体系。地下气化技术不仅可以回收矿井报废资源，而且可以开采井 工难以开采或开采经济效益低、环境效益差、安全性不好的高硫、高灰、高 瓦斯煤层及薄煤层、深部煤层和“三下”煤
20、层，大大提高了煤炭资源利用 率。因此，本项目的实施，为目前关停并转的煤矿、为煤炭行业振兴开辟了 一条新路。煤炭地下气化具有投资少、工期短、见效快、效率高、利润大、 效益好等诸多优点。其成本低于天然气，在供应民用与工业用燃气的同时， 还可直接为化工行业提供原料气，制造甲醇、二甲醚、甲醛、聚甲醛等高价 值的化工产品，减少许多中间环节的投资，赢得更大的利润。因此煤炭地 下气化技术的推广应用，将提高煤矿经济效益，形成新的经济增长点，煤 炭工业结构调整和产业升级。 世界煤炭储量远远大于石油、天然气等，从世界现在的能源结构分析 来看，石油、天然气必将先于煤炭而枯竭。据世界银行统计，中国原油储量 占世界总量
21、的 2.43%，天然气储量占世界总量的 1.02%，今后中国将会出 现石油、天然气供给危机。中国是以煤为主要能源的国家，资源条件决定 了在今后相当长的时间内，煤炭在中国资源结构中占据不可替代的重要地 位。煤炭地下气化可获得廉价的 H2和 CO，用于合成甲醇、聚甲醛、二甲醚、 汽油、柴油等多种产品，还可提取纯氢。因此煤炭地下气化对我国碳一化 学和煤化工的发展具有十分重要的推动作用。煤炭地下气化煤气综合利用 途径见图 2.1。 图图 2.1 地下气化煤气地下气化煤气综综合利用示意合利用示意图图 煤炭地下气化的突出特点是成本低。美国专家指出，相同规模的煤炭 煤矿企业煤矿企业 煤煤 炭炭 煤炭地下气化
22、煤炭地下气化 净净 化化 净煤气净煤气 发发 电电化工原料化工原料工业燃气工业燃气 甲甲 醇醇合成氨合成氨城市煤气城市煤气燃料电池燃料电池 还原气还原气精细化工产品精细化工产品聚甲酯等聚甲酯等 粗煤气粗煤气 酸产品酸产品 苯苯 等等 甲烷化甲烷化提取纯氢提取纯氢 硫产品硫产品 焦焦 油油 地下气化与地面气化相比，生产相同下游产品的成本可下降:(1) 合成气 为 43%、(2) 天然气代用品为 1018%、(3) 发电为 27%。 4.项项目意目意义义 实施大雁褐煤地下气化煤化工工程的意义可体现在以下几个方面: (1) 充分开发利用煤炭资源 据调查，大雁矿区许多呆滞、遗留的各种煤柱，不宜、或不能
23、、或不经 济使用传统的物理采煤法进行开采，但可用地下气化方式加以回收，因此 可大大提高煤炭资源的利用率，延长矿井服务年限。 (2) 盘活煤矿企业固定资产存量，开拓新的就业渠道 现有矿井经过多年的生产，积累了大量的固定资产，形成了庞大的职 工队伍，但随着褐煤市场疲软、产量下降，使矿井固定资产闲置，人员下岗。 煤炭地下气化可充分利用矿井现有的技术和物质条件建设地下气化炉 和 气化站。如矿井的供电、供水、道路、房屋等公共设施，矿井的开拓系统、 设备等都可利用。矿井经过多年的开采，地质资料清楚，地下水业已疏干， 这些都为地下气化创造了有利的条件。煤炭地下气化可大力发展煤化工产 业，创造更多的就业渠道。
24、 (3) 提高煤矿企业经济效益，形成新的经济增长点 煤炭地下气化减少了许多中间环节的投资，生产成本又低于天然气和 地面造气，可赢得更大的利润。因此煤炭地下气化技术的推广应用，将提 高煤矿经济效益，形成新的经济增长点，促进煤炭工业结构调整和产业升 级换代。 (4) 保护生态环境 内蒙古自治区有辽阔、美丽的大草原，国家西部大开发首先以不破坏 环境为前提。但传统的井工采煤会造成地面塌陷、矸石外排、地表沙化、大 气和尘土污染等一系列问题。煤矸石自燃排出大量烟尘及 SO2、CO、H2S 等有害气体，严重污染大气环境。煤炭的洗选、运输、贮存和加工利用也给 环境造成较大的污染，如污水、煤尘及有害气体的排放。
25、而煤炭地下气化 燃烧的灰渣存在井下，大大减小地表塌陷量，无固体物质排放，因此煤炭 地下气化减少了对地表环境的破坏。地下气化产出的煤气可以集中净化， 脱除其中焦油、硫和粉尘等有害物质，并且采用分离或吸收技术将 CO2分 离出来集中贮存或回填到气化空间里，从而得到洁净煤气。因此煤炭地下 气化技术在提高了煤炭资源利用水平的同时，将环境保护的重点放在源头， 而非末端治理，是一项符合可持续发展战略的环境友好的绿色技术，有利 于草原环境的保护，符合国家西部大开发的战略。 江泽民总书记曾题词：“中国矿业大学煤炭地下气化试验，从煤炭资源 的充分利用以及经济效益来讲值得进一步研究”。著名科学家钱学森来信 祝贺说
26、：“煤炭地下气化的试验成功，无疑是煤炭工业的巨大革命”。随着 煤炭地下气化技术的实施及科研成果的推广应用，一个以煤炭地下气化为 “龙头”的大型煤、电、化工联合企业将展现在世人面前。 、 项项目的技目的技术术基基础础(技技术术来源、技来源、技术术水平、技水平、技术术特点等特点等) 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 热作用及化学作用而产生可燃气体的过程。该过程主要是在地下气化炉的 气化通道中实现的。 由进气孔鼓入气化剂(有效成分是 O2和 H2O(g) ，并在进气侧点燃煤 层，气化剂中的 O2遇煤燃烧产生 CO2，并释放大量的反应热，使还原区煤 层处于炽热状态，当气流中
27、 O2浓度接近于零时，氧化区结束。在还原区 CO2与炽热的 C 还原成 CO，H2O(g)与炽热的 C 还原成 CO、H2等，由于还 原反应是吸热反应，使煤层和气流温度逐渐降低，当温度降低到不能再进 行还原反应时，还原区结束。但此时气流温度仍然很高，对下流(干馏干燥 区)煤层进行加热，释放出热解煤气。经过这三个反应区以后，生成了含可 燃组分主要是 H2、CO、CH4的煤气，气化反应区逐渐向出气口移动，因而 保持了气化反应过程的不断进行。由此可见可燃气体的产生主要来源于三 个方面：即水蒸汽的分解，CO2的还原和煤的热解，这三个方面作用的程度， 正比于反应区温度和反应比表面积，同时也决定了出口煤气
28、组分和热值， 如图 3.1 所示。 固体的煤及其干馏产物在气化剂（空气、氧气、水蒸汽等）作用下， 进气孔 辅助孔 排气孔 C+O2 CO2+Q CO2+C 2COQ 煤 CH4 C+1/2 O2 CO+Q H2O+C H2+COQ + H2 CO+1/2 O2 CO2+Q CO+ H2O H2+CO2+Q + H2O C+2 H2 CH4+Q + 转化为煤气的过程是一个复杂的多相反应过程。为了使被气化的燃料的热 能最大限度地转入煤气之中，必须以物理化学的基本原理分析气化过程， 选择适宜的条件，促进或抑制某些反应的进行，在各反应步骤中加入或移 出热量。在气化过程中进行的主要反应有： 碳的氧化反应
29、：C+O2C393.8KJ/mol 二氧化碳还原反应：CO2+C=2CO162.4KJ/mol 水蒸汽分解反应：C+H2O（g）=CO+H2131.5KJ/mol C+2H2O（g）=CO2+2H290.0KJ/mol 加氢反应：C+2H2=CH4+74.9KJ/mol 甲烷化反应：CO+3H2=CH4+H2O+20.6KJ/mol 由于制气方式的不同，煤气中的组分和煤气的热值也不同，根据煤气 还原区 干馏干燥区 氧化区 灰渣 气化煤层 气流通道 气化通道 图图 3.1 煤炭地下气化原理煤炭地下气化原理 示意示意图图 中组分和热值的不同，其用途主要是作为城市煤气、工业燃料气、化工原 料气、还原
30、气等。作为城市煤气，氢气、甲烷气的含量高、热值要求高；用 作工业燃气的煤气一般为低热值煤气，其发热量在 5.02MJ/m3左右，煤气 的有效成分为 CH4、CO 和 H2，其生产工艺主要为鼓风煤气和半水煤气；作 为化工原料气，要求煤气中 CO 和 H2含量高，其生产工艺主要采用富氧水 蒸气连续气化及两阶段气化工艺。 地下气化的物质基础是地下气化炉，组成地下气化炉的四个要素是进 气孔(通道)、排气孔(通道)、气化通道和气流通道。地下气化炉按施工方法 分，可分为有井式和无井式。有井式是指气化炉的施工都在地下进行，进、 排气孔是井筒，气化通道是人工掘进的煤巷。无井式则是所有建炉工作都 在地面进行，进
31、、排气孔由地面打钻施工。 从煤炭地下气化实现过程中可以看出，地下气化过程集建井、采煤、 地面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， 变传统的物理采煤为化学采煤，因而具有安全性好、投资少、效益高、污染 少等优点，深受世界各国的重视，被誉为第二代采煤方法。早在 1979 年联 合国“世界煤炭远景会议”上就明确指出，发展煤炭地下气化是世界煤炭开 采的研究方向之一，是从根本上解决传统开采方法存在的一系列技术和环 境问题的重要途径。 鉴于此，世界许多国家相继投入了大量的人力和物力进行试验研究， 取得了丰硕的成果。 前苏联是世界上进行地下气化现场试验最早的国家，也是地下气化工 业应
32、用成功的唯一国家。1932 年在顿巴斯建立了世界上第一座有井式气化 站，为探讨气化方法，1932 年到 1961 年间相继建设了五座地下气化站，到 60 年代未已建站 12 座。统计到 1965 年,共烧掉 1500 万吨煤,生产 300 亿立 方米低热值煤气，所生产的煤气用于发电或工业锅炉燃烧。通过前苏联的 工作，有力地证明了煤炭地下气化具有基本建设投资省、建站周期短、生产 效率高、煤的回收率高、生产成本低、生产系统简单且安全，没有三废外排、 环境效益好等优点。仅“安格林”地下气化站的经济技术指标就足以说明， 详见表 3.1。 表表 3.1 安格林条件安格林条件规规模基本相同的煤地下气化与地
33、下开采的技模基本相同的煤地下气化与地下开采的技术经术经 济济指指标对标对比比 美国地下气化试验始于 1946 年，七十年代因能源危机，美国组织了 29 所大学和研究机构，在怀俄明州进行大规模有计划的试验,进行了以富氧水 蒸汽为气化剂的试验，获得了管道煤气和天然气，并用于发电和制氨。1987 年到 1988 年的洛基山1 号试验，获得了加大炉型、提高生产能力、降低 成本、提高煤气热值等方面的成果，为煤炭地下气化技术走向工业化道路 创造了条件，美国能源部宣称，一旦再发生能源危机，美国将广泛使用该技 术生产中热值煤气，以解决国家之急需。 英国在中断 30 多年后，于 1949 年恢复试验。曾进行了
34、U 型炉火力、 电力和定向钻进等贯通试验，还进行了单炉、盲孔炉等试验，积累了丰富的 资料。英国在有井式盲孔炉研究上取得了较大的成功，曾用有井式盲孔炉 组成的复合炉，一次气化 20 万吨煤，煤气直接用于一个 5000KW 的电厂发 电。英国计划用地下气化技术开采千米以下的深部煤炭和海下煤炭资源。 日本由于煤炭储量少，而且地层条件又极其恶劣，难以用传统工艺开 采，因此对煤炭地下气化也十分重视。1953 年先在实验室进行基础研究， 项项目目地下开采地下开采地下气化地下气化增减数增减数升降升降(%) 基建基建总总投投资资2500 万卢布550 万卢布-1950 万卢布降 78 每吨煤投每吨煤投资资71
35、.4 卢布15.7 卢布-55.7 卢布降 78 建建设时间设时间23 年12 年缩短一年 生生产产成本成本1822 卢布7.88 卢布-1114 卢布降 6163 生生产产效率效率4045 吨/月人180 吨/月人+135 吨/月人升 300 资资源回收率源回收率7080%90%以上+10%以上 安全安全较差好 系系统统复杂简单 环环保保差好 占地面占地面积积大小 1961 年又在自然条件下进行现场气化试验。在赤平住友矿进行了二次规模 较大的试验。日本进行地下气化试验的目的在于开发恶劣条件下的煤炭资 源，以补充能源之不足。因此日本地下气化开发的重点是已报废的矿区，以 及遗留的煤柱。整个地下气
36、化发展目标是建立气化、电站联合企业。 西德和比利时于 1976 年 10 月，签定了关于共同开发煤炭地下气化技 术的协定。他们的主要目标是 1000 米以下深部煤层气化。西德亚深工业大 学和比利时林堡大学，从 1979 年起在图林进行了现场试验，对约 870 米深 的煤层进行了高压气化，煤气用于发电。 1988 年 6 个欧共体成员国组成了一个欧洲 UCG 工作小组，提出了一 个新的发展计划建议书，1998 年 12 月完成了西班牙的 Alcorisa 现场联合 试验，计划在 10-15 年内商业发电，并将此技术及相关的仪器设备向中国、 印度、东欧等富煤国家出口。 1958 年到 1962 年
37、，我国先后在大同、皖南、沈北等许多矿区进行过 自然条件下煤炭地下气化的试验，取得了一定的成就。1985 年，马庄矿试 验进行了 3 个月，产气 16 万 m3，煤气平均热值为 4.2MJ/m3，试验同时暴 露出国外普遍采用的无井式空气连续气化工艺的一些缺点：建炉和运行费 用高，生产不稳定，煤气热值低，煤气成本高。 为了克服传统的地下气化工艺所存在的缺点，中国矿业大学煤炭工业 地下气化工程研究中心，在总结国内外地下气化工艺，特别是前苏联五十 年工业化生产(煤气日产量可达到 200 万 m3以上)经验的基础上，加以改 进、完善、提高，结合我们在矿井遗留煤层中气化的特点，形成了长长通道、通道、 大断
38、面、两大断面、两阶阶段煤炭地下气化新工段煤炭地下气化新工艺艺。 长通道大断面是针对气化炉结构而言，它是有井式气化炉和无井式 气化炉合为一体的混合气化炉形式。 两阶段煤炭地下气化工艺，是一种循环供给空气(或纯氧、富氧空气) 和水蒸汽的地下气化方法。每个循环由两个阶段组成，第一阶段为鼓空气 (氧气)燃烧蓄热，生产鼓风(鼓氧)煤气的阶段，第二阶段为鼓水蒸汽、生产 热解煤气和水煤气的阶段。 第一阶段在生产鼓风煤气的同时，产生了大量的反应热积累在煤层中， 第二阶段鼓入蒸汽，水蒸汽经过高温氧化区被分解，到还原区后，剩余的 水蒸汽进一步分解，形成水煤气，经过干馏干燥区以后，还将产生热解煤 气，从而得到 H2
39、和 CO 含量较高的煤气，高含 H2煤气产生的原因主要有 以下几个方面： （1）气化剂为水蒸汽，消除了 N2对煤气组分的影响，使煤气中有效组 分的比例增加。 （2）水蒸汽不仅在氧化区被分解，而且在还原区被进一步分解，水蒸 汽分解率提高，H2含量提高。 （3）在整个气化通道上都能产生干馏煤气，煤气中 H2含量进一步提高。 由于水蒸汽分解反应的吸热，使炉里温度下降，水蒸汽分解速度减慢， 第二阶段结束，又将重新鼓入富氧空气，提高煤层温度，进入一下循环。采 用长通道、大断面、两阶段工艺，在多次室内模型试验的基础上，进行了徐 州新河二号井和唐山刘庄煤矿现场试验。表 3.2 是模型试验第二阶段水煤 气组分
40、和热值（空气水蒸汽）。 表表 3.2 模型模型试验试验第二第二阶阶段水煤气段水煤气组组分和分和热值热值 序序煤气煤气组组分分% %热值热值 号号H2COCH4CO2N2MJ/m3 1 148.024.810.68.87.813.5 2 237.721.413.15.921.912.7 3 340.229.87.44.018.611.8 4 442.010.712.70.933.611.8 5 545.77.015.01.430.912.7 国家“八五” 重点科技攻关项目-徐州新河二号井煤炭地下气化半 工性试验，气化炉建立在露头煤柱中，气化通道长度为 168m。试验于 1994 年 3 月点火，
41、先进行空气连续气化试验。鼓风煤气的平均热值为 5.02MJ/m3,气体组分为 H2：23.58%,CO:7.78%, CH4:2.91%, CO2:13.48%, O2:0%, N2:52.25%，日产煤气量为 3.6 万 m3。煤气供工业锅炉燃烧，效果良 好。 1994 年 11 月以后，又进行了多次两阶段气化试验，其试验结果见表 3.3（空气水蒸汽）。 表表 3.3 新河二号井水煤气新河二号井水煤气组组分、分、热值热值及及产产量量 序序 煤气煤气组组分分 % %煤气煤气热值热值煤气流量煤气流量 号号H2COCH4CO2N2MJ/m3m3/h 158.298.599.2819.634.211
42、2.221920 258.3810.3514.3213.383.5714.451400 357.1011.6614.8913.852.5014.701500 462.0714.4310.1311.072.3013.781650 554.2515.7210.6515.264.1213.141810 664.0711.319.9411.133.5513.571900 760.4216.579.5412.520.9513.611550 864.6312.479.6511.701.5513.691850 本项目通过了原煤炭部技术成果鉴定，鉴定委员会认为该项目完成了 国家计委攻关合同中所确定的任务，经科
43、研成果查新表明，其长通道、大 断面、两阶段地下气化工艺，构思新颖，属国内外首创，半工业试验达到了 国国际际先先进进水平水平。本次试验基本上解决了煤炭地下气化长期因煤气热值低、 成本高、不稳定、可控性差而停滞不前的难题，找到了适合我国国情发展 煤炭地下气化的道路。 徐州新河二号井煤炭地下气化半工性试验被评为国家“八五” 重点科 技攻关项目重大科技成果(见附件)。 在新河二号井试验成功的基础上，又进行了河北唐山煤炭地下气化工 业性试验。为了保证鼓风煤气和水煤气产量的稳定，采用了双炉交替运行 方案。 本次试验于 1996 年 5 月开始首先进行了空气连续气化试验，煤气供 唐山市卫生陶瓷厂和刘庄煤矿热
44、力锅炉使用，同时也进行了多次两阶段气 化试验，试验结果见表 3.4 和表 3.5（空气水蒸汽）。 刘庄矿煤炭气化生产目前仍在进行。刘庄矿近四年的生产实践表明新 工艺能够实现长期连续、稳定生产。 从上述试验结果可以看出，长通道、大断面、两阶段气化工艺辅以双 炉交替运行方案，可较稳定的生产含 H2量在 50%以上的煤气，为了进一 步提高煤气中 H2含量，降低 N2含量，可采用富氧水蒸汽水蒸汽两阶段 工艺。 表表 3.4 刘庄刘庄矿试验矿试验鼓鼓风组风组分、分、热值热值和和产产量量 煤气煤气组组分分% %煤气煤气热值热值煤气煤气产产量量 H2COCH4CO2N2MJ/m3万 m3/d 1020225
45、2472050654.185.021020 表表 3.5 刘庄刘庄矿试验矿试验水煤气水煤气组组分、分、热值热值和和产产量量 序序煤气煤气组组分分% %热值热值煤气流量煤气流量 号号H2COCH4CO2N2MJ/m3m3/h 140.6628.027.845.5117.9711.881963 248.985.0213.6522.619.7412.262315 343.5715.6811.026.9222.8111.892287 447.1413.3612.3820.486.6412.592263 547.1413.3612.3820.486.6412.592263 646.6914.4510.2
46、723.555.0411.832345 747.739.0915.7326.121.3313.452233 847.9416.6312.0418.175.2212.972462 953.0124.777.2310.464.5312.742346 1052.0011.248.6521.836.2711.452430 该煤气在地面可直接提氢、作民用煤气或作 CH4裂解处理、CO 变换 处理后，作为合成二甲醚、氨、甲醇的原料气。刘庄矿生产目前仍在进行。 “唐山市刘庄煤矿煤炭地下气化工业性试验”通过了河北省计委组织 的专家鉴定，鉴定委员及与会专家一致认为：唐山刘庄煤矿煤炭地下气化 工业性试验连续产气一
47、年零四个多月，稳定供给唐山市卫生瓷厂工业锅炉 使用三个多月；日产煤气为 1012 万 m3，空气煤气热值稳定在 4.18MJ/m3以上，水煤气热值达到 10.47MJ/m3。该项目在实施“长通道、大 断面、两阶段”煤炭地下气化新工艺时，采用了辅助通道、双炉交替运行、 正反向燃烧气化，以及压抽相结合、边气化边充填、燃空区探测等保障措 施，构成了较完备的生产工艺体系，可保证在多变条件下，稳定生产煤气。 上述工艺方法和保障措施达到了世界领先水平。其创新性和带动性如下： (1) 实现无人、无设备、长壁式（200m）气化工作面，生产地下水煤气。 改变了传统的煤炭生产和消费方式。 (2) 因为煤炭气化是化
48、学采煤，新工艺还可以盘活老矿井现有的固定 资产存量，因此不仅可节约大量重型设备的投资，如大型采煤设备、地面 气化设备等；还可消除采煤工种的劳动伤亡事故等。 (3) 由于新工艺气化通道较长，断面大能使气化炉迅速提高炉温，提 高了其蓄热能力，同时又增加煤气中干馏气中 CH4的含量，提高了煤气的 热值，提高了产气的稳定性。 (4) 通道长、断面大则降低了风阻，减少供风电耗，降低了生产成本。 (5) 气化炉为多孔炉型，可以推进式跟踪供风，减少了氧的无效消耗， 提高了供风效率，钻孔具有多功能，彼此可以互换，因此可以根据具体工 况的变化而变化。 (6) 压抽结合防止了煤气外泄，提高了生产的安全性。 (7)
49、 正、反向鼓风将整个煤层，从下水平正反向反复气化至上水平。 (8) 边气化边充填的措施，使气化炉上方的地表不被破坏。 (9) 灰渣和顶底板岩石中的金属氧化物如 AL2O3、CaO、MgO、Fe2O3、Fe3O4在长通道的条件中，对水煤气反应，甲烷 化反应能起到较好的催化作用。 (10)利用新工艺中，两阶段产气工艺，充分利用煤层中的显热，生产大 量的廉价水煤气，其热值大于 10.47MJ/m3,H2含量在 50%以上,可用于提取 纯 H2,为 H2能的应用，燃料电池及电动车的发展，煤的液化、煤化工、 IGCC 等提供廉价的原料气，降低这些下游工业的生产成本，提高其竞争 力。 (11)地下水煤气与天然气相比，其碳氢比中氢的含量高，见表 3.6，按 热值计价其生产成本低于天然气，可作为天然气的代用品，弥补我国天然 气储量少的现状。 表表 3.6 各种能源燃料中的各种能源燃料中的氢氢碳（碳（H： ：C）摩）摩尔尔比比 种种类类煤煤石油石油天然气天然气徐州水煤气徐州水煤气 H H：CC（摩（摩尔尔比）比）0.86:11.76:13.7