煤炭地下气化发展趋势探讨与建议.doc

煤炭地下气化开展趋势探讨与建议〔晋城煤业集团技术中心 郭昭兴 山西晋城 048006〕内容摘要：介绍了煤炭地下气化技术的由来与开展现状，对近年来我国煤炭地下气化的现状和开展趋势进行了介绍、分析，提出了建议关键词：煤炭地下气化 探讨 建议1 煤炭地下气化技术的由来与开展现状1.1煤炭地下气化技术的由来埋在地下的煤炭，通过井工或露天开采运到地面，又通过破碎、洗选、最后将适合造气工艺的煤炭投入炉内生产出可供取暖烧饭和制化工产品的煤气能不能将未经开采的煤直接气化，生产可利用的煤气呢？这一设想最早是德国化学家威廉•西蒙斯在1868年提出来的，后来沙皇俄国的大化学家门捷列夫和英国化学家威廉•拉赛姆也提出了同样的设想并进行过试验1912年，英国首先做出了有井式煤炭地下气化的方案，但直到20世纪30年代前苏联才取得了试验的成功此后，世界主要产煤国或工业兴旺国家也纷纷开展煤炭地下气化的试验，这其中主要有英国、美国、捷克、波兰以及日本等国家煤炭地下气化的地下现场无人无设备，地面无气化炉，节省了投资保证了平安，当时被誉为“一个技术的伟大革命〞、“开采技术上一场巨大的革命〞国外当时采用的煤炭地下气化方式主要是无井式的，即在一定距离的煤层上方地面打钻孔，一个进气孔，一个排气孔，两孔在煤层内贯穿，也可以在两孔中间打一辅助孔与气化通道相接。

其工艺是在进气孔与煤层贯穿孔〔气化通道〕交叉处将煤炭点燃并适量鼓入空气，煤炭经氧化产生二氧化碳并放出热量，随着气化向排气孔方向流动，整个气化通道被加热干C O2+C →2 CO2-QH2O+ C → H2+CO-QCO+ H2O → H2 +CO2+QC+2 H2→CH4+Q 复原区 干馏枯燥区C→ CH4 + H2+ H2O 气 化 煤 层 灰渣 气化通道C+O2→ CO2+QC+1/2 O2→ CO+QC+1/2 O2→ CO2+Q 氧化区进气孔排气孔气流通道辅助孔图1 煤炭地下气化原理示意图馏，二氧化碳与碳发生复原反响生成一氧化碳和少量氢气，最后在排气孔形成含一气氧化碳和少量氢气、甲烷以及氮气等混合组分的煤气〔见图1〕1.2煤炭地下气化技术开展现状国外煤炭地下气化技术开展现状煤炭地下气化做为一项特殊的采煤方法和技术，在曾提出、研究和实验的一些国家是成功的，但利用这项技术形成产业化规模的实例不多，目前国外多数国家这项技术的水平仍处于几十年前的状态。

究其原因，分析起来可能有以下几个方面①气化断面小、气化通道短、产气量低国外煤炭气化大都采用无井式，据资料介绍，从地面向煤层打钻孔，其直径不可能很大，一般不会超过0.4m；钻孔打入所要气化的煤层后需转向沿煤层底板钻进并与另一地点从地面打入煤层的钻孔贯穿，其技术难度可想而知，两孔距离越远难度越大，所用时间长，成功率低，本钱高，故只能取短距离从而形成气化通道短的必然现象；气化通道断面小、距离短必然导致气化煤量少生产煤气量少的结果这样的结果不可能产生其后可供大规模工业化利用的产业链，推广应用价值有限以前苏联为例，从1933年地下煤炭气化成功到1993年60年的时间里，共气化地下煤炭1300万t，尚不及晋城煤业集团2002年一年的方案产量②煤气稳定性差且不便常规运输在确定了煤气的使用方案后，在煤气的供给中要求到达长期、足够、稳定的质量和数量要求，这些要求无论是生活用还是生产用煤气的过程都是至关重要的，很显然无井式煤炭气化技术达不到这个要求能源的输送和运输是能源广泛利用的必然环节，而气体输送较之固体运输也存在很大的不利因素气体输送必须在可承受一定压力的密封管道或容器中进行，而固体的煤用一般的铁路或公路普通的运输工具就可以了。

③世界石油能源的大规模开发和利用中东地区和世界其它地区丰富石油储量的发现和大规模开采使世界石油价格大大降低，石油替代煤炭还能减少污染，因此世界工业化国家和富裕国家以石油替代煤炭而减少了煤炭的开采和利用，即使在煤炭储量多，采矿技术先进的国家例如德国也是如此在这样的大环境中，采煤和煤炭地下气化已不再为人们所重视据说在20世纪70年代世界石油危机时，以美国为首的一些工业化国家曾在寻找和研究替代石油能源时进行过煤炭地下气化的研究和实验，在技术上有一些进展随着世界石油危机的缓解仅将其作为一项技术储藏而束之高阁国内煤炭地下气化技术开展现状我国开展煤炭地下气化技术研究工作较世界上一些其他国家晚，在20世纪50年代末60年代初的中苏友好时期，曾在我国黑龙江省的鹤岗、辽宁省的抚顺、吉林省的蛟河和山西省的大同等矿区进行过试验分析这项技术在我国第一次兴起和中断，虽然与当时中苏关系的好坏有一定的关联，但主要还是这项技术的局限性和技术难度的原因近十几年来，煤炭地下气化技术又在我国蓬勃兴起，煤炭地下气化试验点如雨后春笋一个接一个，从20世纪80年代末期至现在的十几年时间里，已有十几个矿区成功地进行了煤炭地下气化试验。

这一现象的出现是由于我国的科学技术人员对传统的煤炭地下气化技术大胆突破的结果这一突破的起因也具有中国特色我国是一个世界性产煤大国，近年来每年的年产量都在10亿t左右；我国又是一个煤炭消费大国，能源消费的70%是煤炭但是，我国煤矿的煤炭回采率较低，据资料，我国目前大、中、小煤矿的平均回采率约50%，也就是说采一半丢一半，每年采10亿t煤就减少20亿t 煤炭储量在被丢弃的煤中除不合理丢掉的外，还有保安煤柱、边角残煤、“三下〞煤〔建筑物、道路、水体下煤〕、高硫煤这些煤采用传统的采煤方法是不能采或不便采的，传统煤炭地下气化的方法也是不适用的但在这些已开采多年的矿井中却有现成的井筒、巷道、通风和运输设施和系统可以利用扬长避短、有井式与无井式气化工艺相结合并借鉴地面煤气发生炉鼓水蒸气生产水煤气的工艺原理，一个“长通道、大断面、两阶段〞煤炭地下气化工艺技术诞生了，其后不久，“气化矿井〞技术也应运而生中国新的煤炭地下气化技术的诞生是对传统煤炭地下气化技术一个新的突破，是一次新的技术革命这一革命不仅得到了煤炭生产企业的欢送和支持，而且得到了党和国家领导人、著名科学家和省、地、市政府领导的重视和支持，这也是屡次工业性试验得以顺利进行并形成今天大好局面的一个极为重要的因素。

长通道、大断面、两阶段〞地下气化工艺原理与传统的无井式气化方法根本相同不同的是采用人工方法将气化通道大大加长了〔一般在100m以上〕，气化断面加大了〔一般在4m2左右〕，两阶段是指参加气化的介质不同，间歇替换地鼓入空气〔或氧气〕和水蒸气其结果是反响断面大、气化通道长、产气量多，延续时间长，可以生产高热值的煤气，为大规模工业化利用打下了根底近年来曾经和正在进行煤炭地下气化的单位及根本情况如下：1987年，江苏徐州马庄矿，无井式火力渗透贯穿，空气介质煤炭地下气化试验，气化通道长32m，生产出热值2.52MJ/m3煤气1994年3月，江苏徐州新河2号井，在井下煤柱采用长通道大断面工艺进行了半工业性试验，气化通道长168m，稳定生产煤气96天，日产煤气3.6万m3，热值5MJ/m3，共产煤气345万m3，气化煤量1152t1996年5月，河北唐山刘庄煤矿，气煤、急倾斜煤层，采用长通道，大断面、两阶段气化工艺，生产热值4.2—5.7MJ/m3的空气煤气，日产可达10—12万m3；同时生产了水煤气和半水煤气，热值可达15MJ/m3，日产达5万m31997年9月，黑龙江依兰煤矿，利用矿井式煤炭地下气化技术进行了两个多月的试验，生产出热值5MJ/m3的煤气。

1998年河南鹤壁一矿，采用矿井式煤炭地下气化技术生产出热值4.7MJ/m3的煤气，平均每天产气10万m3，每天气化煤炭22t1998年河南义马矿务局北露天矿，采用矿井式煤炭地下气化技术进行了70天的试验，生产出热值5MJ/m3的煤气，共气化煤炭3470t2000年，河南新密煤炭工业公司下庄河矿进行了三个月试验，生产空气煤气、水煤气，用富氧做为介质生产高热值煤气2000年山东新汶矿业集团孙村煤矿，采用“长通道、大断面、两阶段〞气化技术，生产出平均10.54MJ/m3热值的煤气2001年山东肥城矿业集团曹庄矿在含硫煤层进行煤炭地下气化试验，生产出高硫煤气，热值6.28MJ/m32001年山西昔阳煤炭化学公司，第一个在我国无烟煤煤层采用“长通道、大断面〞工艺进行煤炭地下气化试验取得成功，生产出热值5.7MJ/m3的煤气2对我国煤炭地下气化开展现状及趋势的分析与建议2.1 对我国煤炭地下气化开展现状与趋势的分析由于“长通道、大断面、两阶段〞和“气化矿井〞煤炭地下气化技术的创造，使人们看到了煤炭地下气化形成产业化的希望，引起了党和国家领导、专家学者和煤炭生产企业及有关政府部门的重视先期介入煤炭地下气化的专家和科技人员正地抓紧时间努力探索，寻找规律、确定参数、试验研究。

一些曾经和正在介入煤炭地下气化工业工程设计和承当煤炭地下气化试验的煤炭企业的工程设计、技术人员在接触煤炭地下气化具体的技术工作中，也在不断的学习和探索，也有所发现、创造和创造在方方面面的支持和有关人员的努力下，我国煤炭地下气化技术的探索和试验工作呈现出轰轰烈烈蒸蒸日上的局面这一局面的形成无疑会对我国煤炭地下气化的开展进步起到非常积极的作用由于“长通道、大断面、两阶段〞和“气化矿井〞工艺是对世界上传统煤炭地下气化工艺的突破，所以目前该项技术我国处于世界的前列，知识产权的保护、专利申请的空间很大据了解，从事这项技术较早的单位或个人已有假设干项专利获得批准，一些承当地下气化试验的煤炭企业也宣布在某些方面有所创新而进行知识产权保护这一现象的出现，说明我国的一些企业和个人知识产权保护意识大大增强，同时也鼓励其他从事这项工作的人努力工作，加快研究步伐，早出成果快出成果2001年11月下旬，煤炭工业技术委员会召开了煤炭地下气化专业委员会成立大会及技术研讨会参加会议的代表人数大大超过了会议组织者的预料，报到人数超过150人，通过这次会议可以看出大家对煤炭地下气化专业委员会的厚望，对我国煤炭地下气化尽快产业化的渴望。

从目前我国从事煤炭地下气化研究的机构和人员构成看，主要是以从事煤炭开采的为主但是从煤炭地下气化涉及的学科来看，不仅包括地质、采矿、机电、通风等一般采矿涉及的专业，而且包含化工、热力学、电子等行业或专业，是一项多学科交叉的综合性课题我认为在研究工作向纵深开展的时候必然会遇到不少不熟悉的问题虽然目前煤炭地下气化技术引起了方方面面的关心，开起会来轰轰烈烈，但真正搞研究还是各自为战有的虽有机构但人员很少，仅俩仨人，甚至仅是一个人在孤军奋战，人力物力倍显薄弱虽然有的研究单位或个人有了几项专利，有的科技人员在某一方面也有所发现、创造或创新，但大都仅能解决定性问题或受特殊条件限制的一孔之见目前煤炭地下气化技术是处在工业性试验阶段综上所述，我认为我国的煤炭地下气化研究和开展前景是光明的，道路是曲折的，要到达可以大规模普遍推广和应用尚需时日要加快研究的速度使这一天早日到来，就必须改变目前的一些做法，克服不利因素，争取和创造良好的条件和环境2.2对煤炭地下气化技术研究的建议①集中人力、物力、财力，成立根底雄厚的煤炭地下气化研究中心鉴于目前这种个人发起，单位支持和散兵游勇各自为战的局面，对于多学科交叉的煤炭地下气化研究是十分不利的，应该集中有关行业、专业中年富力强的有识之士共同参与，方法可以采取招聘、聘请、工程招投标等形式。

集中物力主要指现有的可以集中。