【正文】 井工開采回采率低， 報廢礦井 時尚有 50%的不可再生的煤炭資源被遺棄在地下， 使 資源 造成不應(yīng)有的大量浪費 ，同時也帶來了就業(yè)等許多社會問題。煤炭地下氣化是煤炭開采和利用技術(shù)中成本最低的一項技術(shù)，使噸煤產(chǎn)值大幅度增加，實現(xiàn)了 采面 無人、無設(shè)備的生產(chǎn)技術(shù)體系。地下氣化技術(shù)不僅可以回收礦井報廢資源，而且可以開采 井工難以開采或開采經(jīng)濟(jì)效益 低 、環(huán)境效益 差 、安全性 不好 的高硫、高灰、高瓦斯煤層及薄煤層、深部煤層和 “ 三下 ” 煤層，大大提高了煤炭資源利用率。因此，本項目的實施，為目前關(guān)停并轉(zhuǎn)的煤礦、為煤炭行業(yè)振興開辟了一條新路。 煤炭地下氣化具有投資少、工期短、見效快、效率高、利潤大、效益好等諸多優(yōu)點。其成本低于天然氣，在供應(yīng)民用與工業(yè)用燃?xì)獾耐瑫r，還可直接為化工行業(yè)提供原料氣，制造甲醇、二甲醚、甲醛、聚甲醛等高價值的化工產(chǎn)品，減少許多中間環(huán)節(jié)的投資，贏得更大的利潤。因此煤炭地下氣化技術(shù)的推廣應(yīng)用，將提高煤礦經(jīng)濟(jì)效益，形成新的經(jīng) 濟(jì)增長點，煤炭工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級。 世界煤炭儲量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于石油、天然氣等，從世界現(xiàn)在的能源結(jié)構(gòu)分析 7 來看，石油、天然氣必將先于煤炭而枯竭。據(jù)世界銀行統(tǒng)計，中國原油儲量占世界總量的 %，天然氣儲量占世界總量的 %，今后中國將會出現(xiàn)石油、天然氣供給危機。中國是以煤為主要能源的國家，資源條件決定了在今后相當(dāng)長的時間內(nèi)，煤炭在中國資源結(jié)構(gòu)中占據(jù)不可替代的重要地位。煤炭地下氣化可獲得廉價的 H2和 CO，用于合成甲醇、聚甲醛、二甲醚、汽油、柴油等多種產(chǎn)品，還可提取純氫。因此煤炭地下氣化對我國碳一化學(xué)和煤化工的 發(fā)展具有十分重要的推動作用。 煤炭地下氣化煤氣綜合利用途徑見圖 。 圖 地下氣化煤氣綜合利用示意圖 煤炭地下氣化的突出特點是成本低。美國專家指出，相同規(guī)模的煤炭煤礦企業(yè) 煤 炭 煤炭地下氣化 凈 化 凈煤氣 發(fā) 電 化工原料 工業(yè)燃?xì)? 甲 醇 合成氨 城市煤氣 燃料電池 還原氣 精細(xì)化工產(chǎn)品 聚甲酯等 粗煤氣 酸產(chǎn)品 苯 等 甲烷化 提取純氫 硫產(chǎn)品 焦 油 8 地下氣化與地面氣化相比，生產(chǎn)相同下游產(chǎn)品的成本可下降 :(1) 合成氣為 43%、 (2) 天然氣代用品為 10～ 18%、 (3) 發(fā)電為 27%。 實施大雁褐煤地下氣化煤化工工 程的意義可體現(xiàn)在以下幾個方面 : (1) 充分開發(fā)利用煤炭資源 據(jù)調(diào)查，大雁礦區(qū)許多呆滯、遺留的各種煤柱，不宜、或不能、或不經(jīng)濟(jì)使用傳統(tǒng)的物理采煤法進(jìn)行開采，但可用地下氣化方式加以回收，因此可大大提高煤炭資源的利用率，延長礦井服務(wù)年限。 (2) 盤活煤礦企業(yè)固定資產(chǎn)存量，開拓新的就業(yè)渠道 現(xiàn)有礦井經(jīng)過多年的生產(chǎn)，積累了大量的固定資產(chǎn)，形成了龐大的職工隊伍，但隨著褐煤市場疲軟、產(chǎn)量下降，使礦井固定資產(chǎn)閑置，人員下崗。煤炭地下氣化可充分利用礦井現(xiàn)有的技術(shù)和物質(zhì)條件建設(shè)地下氣化爐 和氣化站。如礦井的供電、供 水、道路、房屋等公共設(shè)施，礦井的開拓系統(tǒng)、設(shè)備等都可利用。礦井經(jīng)過多年的開采，地質(zhì)資料清楚，地下水業(yè)已疏干，這些都為地下氣化創(chuàng)造了有利的條件。煤炭地下氣化可大力發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)，創(chuàng)造更多的就業(yè)渠道。 (3) 提高煤礦企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，形成新的經(jīng)濟(jì)增長點 煤炭地下氣化減少了許多中間環(huán)節(jié)的投資，生產(chǎn)成本又低于天然氣和地面造氣，可贏得更大的利潤。因此煤炭地下氣化技術(shù)的推廣應(yīng)用，將提高煤礦經(jīng)濟(jì)效益，形成新的經(jīng)濟(jì)增長點，促進(jìn)煤炭工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級換代。 (4) 保護(hù)生態(tài)環(huán)境 內(nèi)蒙古自治區(qū)有遼闊、美麗的大草原，國家西 部大開發(fā)首先以不破壞環(huán)境為前提。但傳統(tǒng)的井工采煤會造成地面塌陷、矸石外排、地表沙化、大氣和塵土污染等一系列問題。煤矸石自燃排出大量煙塵及 SO CO、 H2S等有害氣體，嚴(yán)重污染大氣環(huán)境。煤炭的洗選、運輸、貯存和加工利用也給環(huán)境造成較大的污染，如污水、煤塵及有害氣體的排放。而煤炭地下氣化燃燒的灰渣存在井下，大大減小地表塌陷量，無固體物質(zhì)排放，因此煤炭地下氣化減少了對地表環(huán)境的破壞。地下氣化產(chǎn)出的煤氣可以集中凈 9 化，脫除其中焦油、硫和粉塵等有害物質(zhì)，并且采用分離或吸收技術(shù)將CO2 分離出來集中貯存或回填到氣化空間里 ，從而得到潔凈煤氣。因此煤炭地下氣化技術(shù)在提高了煤炭資源利用水平的同時，將環(huán)境保護(hù)的重點放在源頭，而非末端治理，是一項符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的環(huán)境友好的綠色技術(shù)，有利于草原環(huán)境的保護(hù)，符合國家西部大開發(fā)的戰(zhàn)略。 江澤民總書記曾題詞：“中國礦業(yè)大學(xué)煤炭地下氣化試驗，從煤炭資源的充分利用以及經(jīng)濟(jì)效益來講值得進(jìn)一步研究”。著名科學(xué)家錢學(xué)森來信祝賀說：“煤炭地下氣化的試驗成功，無疑是煤炭工業(yè)的巨大革命”。隨著煤炭地下氣化技術(shù)的實施及科研成果的推廣應(yīng)用，一個以煤炭地下氣化為“龍頭”的大型煤、電、化工聯(lián)合企業(yè)將展現(xiàn)在世人 面前。 三、 項目的技術(shù)基礎(chǔ) (技術(shù)來源、技術(shù)水平、技術(shù)特點等 ) 煤炭地下氣化就是將處于地下的煤炭進(jìn)行有控制的燃燒，通過對煤的熱作用及化學(xué)作用而產(chǎn)生可燃?xì)怏w的過程。該過程主要是在地下氣化爐的氣化通道中實現(xiàn)的。 由進(jìn)氣孔鼓入氣化劑 (有效成分是 O2和 H2O(g)) ，并在進(jìn)氣側(cè)點燃煤層，氣化劑中的 O2遇煤燃燒產(chǎn)生 CO2，并釋放大量的反應(yīng)熱，使還原區(qū)煤層處于熾熱狀態(tài)，當(dāng)氣流中 O2濃度接近于零時，氧化區(qū)結(jié)束。在還原區(qū) CO2與熾熱的 C 還原成 CO， H2O(g)與熾熱的 C 還原成 CO、 H2等，由于還原反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，使煤層和氣流 溫度逐漸降低，當(dāng)溫度降低到不能再進(jìn)行還原反應(yīng)時，還原區(qū)結(jié)束。但此時氣流溫度仍然很高，對下流 (干餾干燥區(qū) )煤層進(jìn)行加熱，釋放出熱解煤氣。經(jīng)過這三個反應(yīng)區(qū)以后，生成了含可燃組分主要是 H CO、 CH4 的煤氣，氣化反應(yīng)區(qū)逐漸向出氣口移動，因而保持了氣化反應(yīng)過程的不斷進(jìn)行。由此可見可燃?xì)怏w的產(chǎn)生主要來源于三個方面：即水蒸汽的分解， CO2 的還原和煤的熱解，這三個方面作用的程度，正比于反應(yīng)區(qū)溫度和反應(yīng)比表面積，同時也決定了出口煤氣組分和熱值，如圖 。 固體的煤及其干餾產(chǎn)物在氣化劑（空氣、氧氣、水蒸汽等）作用下， 10 進(jìn)氣孔 輔助孔 排氣孔 C+O2 CO2+Q CO2+C 2CO— Q 煤 CH4 C+1/2 O2 CO+Q H2O+C H2+CO— Q + H2 CO+1/2 O2 CO2+Q CO+ H2O H2+CO2+Q + H2O C+2 H2 CH4+Q +?? 轉(zhuǎn)化為煤氣的過程是一個復(fù)雜的多相反應(yīng)過程。為了使被氣化的燃料的熱 能最大限度地轉(zhuǎn)入 煤氣之中，必須以物理化學(xué)的基本原理分析氣化過程，選擇適宜的條件，促進(jìn)或抑制某些反應(yīng)的進(jìn)行，在各反應(yīng)步驟中加入或移出熱量。在氣化過程中進(jìn)行的主要反應(yīng)有： 碳的氧化反應(yīng)： C+O2＝ CＯ ２ ＋ 二氧化碳還原反應(yīng)： CO2+C=2CO－ 水蒸汽分解反應(yīng)： C+H2O（ g） =CO+H2－ C+2H2O（ g） =CO2+2H2－ 加氫反應(yīng)： C+2H2=CH4+ 甲烷化反應(yīng)： CO+3H2=CH4+H2O+ 由于制氣方式的不同，煤氣中的組分和煤氣的熱值也不同，根據(jù)煤氣還原區(qū) 干餾干燥區(qū) 氧化區(qū) 灰渣 氣化煤層 氣流通道 氣化通道 圖 煤炭地下氣化原理示意圖 11 中組分和熱值的不同，其用途主要是作為城市煤氣、工業(yè)燃料氣、化工原料氣、還原氣等。作為城市煤氣，氫氣、甲烷氣的含量高、熱值要求高；用作工業(yè)燃?xì)獾拿簹庖话銥榈蜔嶂得簹?，其發(fā)熱量在 ，煤氣的有效成分為 CH CO 和 H2，其生產(chǎn)工藝主要為鼓風(fēng)煤氣和半水煤氣；作為化工原料氣，要求煤氣中 CO 和 H2含量高，其生產(chǎn)工藝主要采用富氧水蒸氣連續(xù)氣化及兩階段氣化 工藝。 地下氣化的物質(zhì)基礎(chǔ)是地下氣化爐，組成地下氣化爐的四個要素是進(jìn)氣孔 (通道 )、排氣孔 (通道 )、氣化通道和氣流通道。地下氣化爐按施工方法分，可分為有井式和無井式。有井式是指氣化爐的施工都在地下進(jìn)行，進(jìn)、排氣孔是井筒，氣化通道是人工掘進(jìn)的煤巷。無井式則是所有建爐工作都在地面進(jìn)行，進(jìn)、排氣孔由地面打鉆施工。 從煤炭地下氣化實現(xiàn)過程中可以看出， 地下氣化過程集建井、采煤、地面氣化三大工藝為一體，拋棄了龐大、笨重的采煤設(shè)備和地面氣化設(shè)備，變傳統(tǒng)的物理采煤為化學(xué)采煤，因而具有安全性好、投資少、效益高、污染少等優(yōu)點 ，深受世界各國的重視，被譽為第二代采煤方法。早在 1979年聯(lián)合國“世界煤炭 遠(yuǎn)景會議”上就明確指出，發(fā)展煤炭地下氣化是世界煤炭開采的研究方向之一，是從根本上解決傳統(tǒng)開采方法存在的一系列技術(shù)和環(huán)境問題的重要途徑。 鑒于此，世界許多國家相繼投入了大量的人力和物力進(jìn)行試驗研究，取得了豐碩的成果。 前蘇聯(lián)是世界上進(jìn)行地下氣化現(xiàn)場試驗最早的國家，也是地下氣化工業(yè)應(yīng)用成功的唯一國家。 1932 年在頓巴斯建立了世界上第一座有井式氣化站，為探討氣化方法， 1932 年到 1961 年間相繼建設(shè)了五座地下氣化站，到 60 年代未已建站 12 座 。統(tǒng)計到 1965 年 ,共燒掉 1500 萬噸煤 ,生產(chǎn) 300億立方米低熱值煤氣，所生產(chǎn)的煤氣用于發(fā)電或工業(yè)鍋爐燃燒。通過前蘇聯(lián)的工作，有力地證明了煤炭地下氣化具有基本建設(shè)投資省、建站周期短、生產(chǎn)效率高、煤的回收率高、生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)系統(tǒng)簡單且安全，沒有三廢外排、環(huán)境效益好等優(yōu)點。僅“安格林”地下氣化站的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)就足以說明，詳見表 。 12 表 安格林條件規(guī)?；鞠嗤拿旱叵職饣c地下開采的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比 美國地下氣化試驗始于 1946 年，七十年代因能源危機，美國組織了29 所大學(xué)和研究機構(gòu)，在懷 俄明州進(jìn)行大規(guī)模有計劃的試驗 ,進(jìn)行了以富氧水蒸汽為氣化劑的試驗，獲得了管道煤氣和天然氣，并用