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1、,煤炭地下气化,煤炭地下气化（Underground Coal Gasification ，UC G） 是集建井、采煤、转化工艺为一体的多学科开发清洁能源与化工合成气的新技术。,定义,（1） 地面固定床气化（与地下气化过程类似） 是在相对均匀的小煤块（相对均匀的竖直渗流床） 中进行的，且气化区边界无质量交换；而地下气化过程中由于煤层不规则的冒落，形成了不均匀大尺度煤块的水平渗流床，气化区边界是有质量交换的煤层，因而比地面气化更具有复杂性。,基本特征,（2） 地面固定床气化是氧化带、还原带、干馏干燥带相对空间位置不变，通过料层的移动（加煤、排渣） 来保持气化过程的连续；在地下气化过程中料层（煤层
2、） 不能移动，而是通过燃烧工作面（气化工作面） 的移动来保持气化过程的连续，而且各反应带的长度在不断改变。,基本特征,（3） 地面气化炉炉堂截面是不变的，而地下气化过程中因煤层及岩层冒落，气化通道截面不断发生变化，此外，气化反应通道与煤层的顶底板发生热量交换，不利于气化过程的进行。,基本特征,虽然两者在工艺上有所不同，但基本的化学反应原理是相同的。因此，可以借助地面气化过程的热力学及动力学分析方法来研究地下气化过程的物理化学特性。,基本特征,煤炭地下气化,1888年著名化学家门捷列夫提出了煤炭地下气化的设想，前苏联于1932年在顿巴斯建立了世界上第一座有井式气化站。其后经过60多年的研究和工业
3、生产，工艺已基本过关，利用产出的煤气发电，生产正常稳定，达到工业生产水平，取得了很好的经济效益和社会效益。,国 外,煤炭地下气化,各主要工业国家也都非常重视煤炭地下气化工作，经过几十年的试验和研究，并建立了工业化煤炭地下气化站，取得了显著的成果。研究内容包括地下气化基本概念、反应机理、模型计算、工艺过程、现场试验等等，从理论到实践，为实现煤炭地下气化这种新型采煤方式提供了广阔的前景。,国 外,煤炭地下气化,1979年联合国“世界煤炭远景会议”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,国 外,煤炭地下气化,1958年到
4、1962年，我国先后在大同、皖南、沈北、鹤岗等许多矿区进行过煤炭地下气化试验，生产出可燃煤气。目前在有井式煤炭地下气化技术上，我国处于世界领先地位，主要由中国矿业大学（北京校区）的教授和兼职教授们发明并推广。,国 内,煤炭地下气化,1984至1987年完成了江苏省“七五” 攻关项目，通过了省级鉴定，达到了国内领先水平，建立了“长通道大断面气化方式”。1994年3月进行了煤炭地下气化半工业性试验，通过了原煤炭部技术成果鉴定。1996年开始，唐山刘庄矿近五年半的生产实践表明可实现长期生产燃料气。目前在山东、山西的矿区中，有7座采用这一技术的地下气化炉在生产燃料煤气供给民用。美、英、法、德、荷兰、波
5、兰等国专家，曾多次到现场考察，给予了充分肯定和高度评价。,国 内,煤炭地下气化,“管式注气点周期后退气化方式”实现了对气化工作面的就近控制，使一些以前国外煤炭地下气化难于解决的技术、经济问题得到解决。从1997年到2002年在黑龙江伊兰煤矿、河南鹤壁三矿、新密下庄河煤矿等地进行了6次矿井式气化方式的试验研究，取得了满意结果。欧盟等国专家多次到现场考察，认为“技术独特，很有商业开发价值”。,国 内,煤炭地下气化原理图,切管注气点后退气化图,气化工艺,煤层渗透气化,气化工艺,需要使用机械方法或利用炸药对煤层进行松动，在煤层内形成一些人工层，它是由碎煤块组成，比起煤柱有较大的透气性。当气化时，将这样
6、的煤层点燃，同时进行鼓风。,人工破碎煤层,气化工艺,即利用将煤层钻一些彼此相近的钻孔，以此代替破碎煤层的方法。这种方法也在煤层中形成了大量的人工裂隙，但这种裂隙的断面远远大于天然裂隙，因此，即使风压较低时，也能保证所需风量。但是，这种方法需在煤层中打许多平行的钻孔。钻孔的间距要求等于煤层厚度。这种方法对薄或中厚煤层不太适合，因为很易将钻孔偏到顶地板中或钻孔之间发生彼此贯穿。,钻孔内气化,气化工艺,即利用将煤层钻一些彼此相近的钻孔，以此代替破碎煤层的方法。这种方法也在煤层中形成了大量的人工裂隙，但这种裂隙的断面远远大于天然裂隙，因此，即使风压较低时，也能保证所需风量。但是，这种方法需在煤层中打许
7、多平行的钻孔。钻孔的间距要求等于煤层厚度。这种方法对薄或中厚煤层不太适合，因为很易将钻孔偏到顶地板中或钻孔之间发生彼此贯穿。,钻孔内气化,长壁发生炉系统,气化工艺,即利用将煤层钻一些彼此相近的钻孔，以此代替破碎煤层的方法。这种方法也在煤层中形成了大量的人工裂隙，但这种裂隙的断面远远大于天然裂隙，因此，即使风压较低时，也能保证所需风量。但是，这种方法需在煤层中打许多平行的钻孔。钻孔的间距要求等于煤层厚度。这种方法对薄或中厚煤层不太适合，因为很易将钻孔偏到顶地板中或钻孔之间发生彼此贯穿。,钻孔内气化,筐形结构系统,气化工艺,即利用将煤层钻一些彼此相近的钻孔，以此代替破碎煤层的方法。这种方法也在煤层
8、中形成了大量的人工裂隙，但这种裂隙的断面远远大于天然裂隙，因此，即使风压较低时，也能保证所需风量。但是，这种方法需在煤层中打许多平行的钻孔。钻孔的间距要求等于煤层厚度。这种方法对薄或中厚煤层不太适合，因为很易将钻孔偏到顶地板中或钻孔之间发生彼此贯穿。,钻孔内气化,钻孔发生炉法,气化工艺,首先需要在煤层内开凿一适当断面的通道，其通道的阻力应能满足经济风压下所能通过的风量。通道气化法又称连续气化法。所开通道应能保证由一端进风，另一端排出煤气。,通道气化法,长通道大断面气化原理图,地下气化炉群,氧气,水蒸气,钻 孔,贮气柜,净化,进气管道,出气管道,隔 离 煤 柱,气 化 区,气化炉,集中下山,气
9、化 区,气 化 区,气 化 区,气 化 区,气化炉,气化炉,气化炉,气化炉,隔 离 煤 柱,分类,按开拓方式可分为有井式、无井式、混合式，西方国家多钟情于无井式，我国则注重于有井式或混合式。 按气化剂可分为富氧（纯氧）水蒸汽、空气水蒸汽，前者产合成气，后者只产燃料气。 按气化区的形状可分为“I”形和“U”形两大类。“I”形又分为通过式和盲头式，形式简单，产量小，较适宜于无井方式；“U”形覆盖面积大，可做多种组合变化，最适宜于有井式大规模生产。 在我国目前较有前途的“长通道大断面气化方式”和“管式注气点周期后退气化方式”都属于“U”形有井式，此前所用气化剂均为空气水蒸汽，只能做燃料气。,适应地质
10、条件,所有煤种皆可，以煤化程度低的褐煤和长焰煤为最佳。 煤层厚度以中厚层为佳，薄煤层也可，特厚煤层有待研究。 煤层倾角以极倾斜为佳，缓倾斜次之。 煤层块段形状基本上可任意，以规则矩形为最佳。 煤层裂隙越发育越好，比表面积越大越好。 煤层结构复杂程度基本不限，夹矸厚度较小时合层回收，较大时分层处理。 顶板岩层以块状跨落或弯曲下沉类为佳。 上覆岩层要有一定厚度，以能够封闭气体泄漏为度。 气化区域涌水要小于50m3/h。,地下气化与地面气化比较,地下气化与地面造气有天壤之别，地下气化同时完成了地下采煤、选煤配煤和地面煤炭气化等过程。地下气化炉由少量而简单的井下巷道、管路和地面的制氧、供汽、净化设施组
11、成，替代了庞大、笨重的井下采煤设备和复杂的地面气化设备设施。用少量而简单的操作，代替繁重而危险的大量体力劳动，变传统的物理采煤为化学采煤。因而具有系统简单、安全性好、投资少、效益高、污染少、资源利用率高等优点，被誉为第二代采煤方法，具体特点如下：,优 势,(1)取消了笨重危险的地下采煤系统、地上下运煤贮煤系统，也大量减少了井巷掘凿量，改变了传统的煤炭生产方式，为矿井安全生产创造了有利条件。 (2)取消了繁杂的包括选煤、配煤、备煤、气化、排渣等的地面造气系统。 (3)矿井建设投资减少50%以上，化工厂或液化厂建设投资减少30%以上。 (4)煤气生产成本减少三分之一到二分之一以上。 将环境污染控制在源头，消除了煤炭运输、造气产生的烟气烟尘、灰渣排放的污染，大大减少了常规采煤造成的地面沉陷。 地下气化技术可在新矿井或新采区实行，也可在老矿井中回收用常规方式不能回采的部分煤炭资源，提高资源利用率。,特 点,地下气化与地面气化比较,煤炭地下气化,地下气化工业试验完成后将得到一系列重要参数，据以确定地下气化合成原料气生产的具体方式和工艺。随后做出设计，进行工程建设，投入大规模合成原料气生产。,前 景,结束语,煤炭地下气化技术是极有前途的朝阳产业，但目前还不成熟，特别是生产合成气还必须经过工业试验来确定工艺方式和控制参数，才能实现大规模工业生产。,