【文章內(nèi)容簡介】 于發(fā)電和制氨。1987年到 1988 年的洛基山 — 1號(hào)試驗(yàn)，獲得了加大爐型、提高生產(chǎn)能力、降低成本、提高煤氣熱值等方面的成果，為煤炭地下氣化技術(shù)走向工業(yè)化道路創(chuàng)造了條件，美國能源部宣稱，一旦再發(fā)生能源危機(jī)，美國將廣泛使用該技術(shù)生產(chǎn)中熱值煤氣，以解決國家之急需。 英國在中斷 30 多年后，于 1949年恢復(fù)試驗(yàn)。曾進(jìn)行了 U型爐火力、電力和定向鉆進(jìn)等貫通試驗(yàn)，還進(jìn)行了單爐、盲孔爐等試驗(yàn)，積累了豐富的資料。英國在有井式盲孔爐研究上取 得了較大的成功，曾用有井式盲孔爐組成的復(fù)合爐，一次氣化 20萬噸煤，煤氣直接用于一個(gè) 5000KW的電廠發(fā)電。英國計(jì)劃用地下氣化技術(shù)開采千米以下的深部煤炭和海下煤炭資源。 日本由于煤炭儲(chǔ)量少，而且地層條件又極其惡劣，難以用傳統(tǒng)工藝開采，因此對(duì)煤炭地下氣化也十分重視。 1953年先在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行基礎(chǔ)研究，項(xiàng)目 地下開采 地下氣化 增減數(shù) 升降 (%) 基建總投資 2500 萬盧布 550 萬盧布 1950 萬盧 布 降 78 每噸煤投資 盧布 盧布 盧布 降 78 建設(shè)時(shí)間 2～ 3 年 1～ 2 年 縮短一年 生產(chǎn)成本 18～ 22 盧布 ～ 8 盧布 11～ 14 盧布 降 61～ 63 生產(chǎn)效率 40～ 45 噸 /月人 180 噸 /月人 +135 噸 /月人 升 300 資源回收率 70～ 80% 90%以上 +10%以上 安全 較差 好 系統(tǒng) 復(fù)雜 簡單 環(huán)保 差 好 占地面積 大 小 13 1961年又在自然條件下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)氣化試驗(yàn)。在赤平住友礦進(jìn)行了二次規(guī)模較大的試驗(yàn)。日本進(jìn)行地下氣化試驗(yàn)的目的在于開發(fā)惡劣條件下的煤炭資源，以補(bǔ)充能源之不足。因此日本地下氣化開發(fā)的重點(diǎn)是已報(bào)廢的礦區(qū)，以及遺留的煤柱。整個(gè) 地下氣化發(fā)展目標(biāo)是建立氣化、電站聯(lián)合企業(yè)。 西德和比利時(shí)于 1976 年 10 月，簽定了關(guān)于共同開發(fā)煤炭地下氣化技術(shù)的協(xié)定。他們的主要目標(biāo)是 1000 米以下深部煤層氣化。西德亞深工業(yè)大學(xué)和比利時(shí)林堡大學(xué)，從 1979 年起在圖林進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)約 870 米深的煤層進(jìn)行了高壓氣化，煤氣用于發(fā)電。 1988年 6個(gè)歐共體成員國組成了一個(gè)歐洲 UCG 工作小組，提出了一個(gè)新的發(fā)展計(jì)劃建議書， 1998 年 12 月完成了西班牙的 Alcorisa現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)合試驗(yàn)，計(jì)劃在 1015 年內(nèi)商業(yè)發(fā)電，并將此技術(shù)及相關(guān)的儀器設(shè)備向中國、印度、東歐等富煤國 家出口。 1958 年到 1962 年，我國先后在大同、皖南、沈北等許多礦區(qū)進(jìn)行過自然條件下煤炭地下氣化的試驗(yàn)，取得了一定的成就。 1985 年，馬莊礦試驗(yàn)進(jìn)行了 3 個(gè)月，產(chǎn)氣 16 萬 m3，煤氣平均熱值為 ，試驗(yàn)同時(shí)暴露出國外普遍采用的無井式空氣連續(xù)氣化工藝的一些缺點(diǎn)：建爐和運(yùn)行費(fèi)用高，生產(chǎn)不穩(wěn)定，煤氣熱值低，煤氣成本高。 為了克服傳統(tǒng)的地下氣化工藝所存在的缺點(diǎn)，中國礦業(yè)大學(xué)煤炭工業(yè)地下氣化工程研究中心，在總結(jié)國內(nèi)外地下氣化工藝，特別是前蘇聯(lián)五十年工業(yè)化生產(chǎn) (煤氣日產(chǎn)量可達(dá)到 200萬 m3以上 )經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上 ，加以改進(jìn)、完善、提高，結(jié)合我們?cè)诘V井遺留煤層中氣化的特點(diǎn)，形成了 長通道、大斷面、兩階段煤炭地下氣化新工藝 。 長通道大斷面是針對(duì)氣化爐結(jié)構(gòu)而言，它是有井式氣化爐和無井式氣化爐合為一體的混合氣化爐形式。 兩階段煤炭地下氣化工藝，是一種循環(huán)供給空氣 (或純氧、富氧空氣 )和水蒸汽的地下氣化方法。每個(gè)循環(huán)由兩個(gè)階段組成，第一階段為鼓空氣(氧氣 )燃燒蓄熱，生產(chǎn)鼓風(fēng) (鼓氧 )煤氣的階段，第二階段為鼓水蒸汽、生產(chǎn)熱解煤氣和水煤氣的階段。 第一階段在生產(chǎn)鼓風(fēng)煤氣的同時(shí)，產(chǎn)生了大量的反應(yīng)熱積累在煤層 14 中，第二階段鼓入蒸汽，水蒸汽經(jīng) 過高溫氧化區(qū)被分解，到還原區(qū)后，剩余的水蒸汽進(jìn)一步分解，形成水煤氣，經(jīng)過干餾干燥區(qū)以后，還將產(chǎn)生熱解煤氣，從而得到 H2和 CO 含量較高的煤氣，高含 H2煤氣產(chǎn)生的原因主要有以下幾個(gè)方面： （ 1）氣化劑為水蒸汽，消除了 N2對(duì)煤氣組分的影響，使煤氣中有效組分的比例增加。 （ 2）水蒸汽不僅在氧化區(qū)被分解，而且在還原區(qū)被進(jìn)一步分解，水蒸汽分解率提高， H2含量提高。 （ 3）在整個(gè)氣化通道上都能產(chǎn)生干餾煤氣，煤氣中 H2含量進(jìn)一步提高。 由于水蒸汽分解反應(yīng)的吸熱，使?fàn)t里溫度下降，水蒸汽分解速度減慢，第二階段結(jié)束，又將重新鼓入 富氧空氣，提高煤層溫度，進(jìn)入一下循環(huán)。采用長通道、大斷面、兩階段工藝，在多次室內(nèi)模型試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了徐州新河二號(hào)井和唐山劉莊煤礦現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。表 是模型試驗(yàn)第二階段水煤氣組分和熱值（空氣 — 水蒸汽）。 表 模型試驗(yàn)第二階段水煤氣組分和熱值 序 煤氣組分 % 熱值 號(hào) H2 CO CH4 CO2 N2 MJ/m3 1 2 3 4 5 國家“八五” 重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目 徐州新河二號(hào)井煤炭地下氣化半工性試驗(yàn)，氣化爐建立在露頭煤柱中，氣化通道長度為 168m。試驗(yàn)于1994 年 3 月點(diǎn)火，先進(jìn)行空氣連續(xù)氣化試驗(yàn)。鼓風(fēng)煤氣的平均熱值為,氣體組分為 H2： %,CO:%, CH4:%, CO2:%, 15 O2:0%, N2:%，日產(chǎn)煤氣量為 萬 m3。煤氣供工業(yè) 鍋爐燃燒，效果良好。 1994年 11 月以后，又進(jìn)行了多次兩階段氣化試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果見表（空氣 — 水蒸汽）。 表 新河二號(hào)井水煤氣組分、熱值及產(chǎn)量 序 煤氣組分 % 煤氣熱值 煤氣流量 號(hào) H2 CO CH4 CO2 N2 MJ/m3 m3/h 1 1920 2 1400 3 1500 4 1650 5 1810 6 1900 7 1550 8 1850 本項(xiàng)目通過了原煤炭部技術(shù)成果鑒定，鑒定委員會(huì)認(rèn)為該項(xiàng)目完成了國家計(jì)委攻關(guān)合同中所確 定的任務(wù)，經(jīng)科研成果查新表明，其長通道、大斷面、兩階段地下氣化工藝，構(gòu)思新穎，屬國內(nèi)外首創(chuàng)，半工業(yè)試驗(yàn)達(dá)到了 國際先進(jìn)水平 。本次試驗(yàn)基本上解決了煤炭地下氣化長期因煤氣熱值低、成本高、不穩(wěn)定、可控性差而停滯不前的難題，找到了適合我國國情發(fā)展煤炭地下氣化的道路。 徐州新河二號(hào)井煤炭地下氣化半工性試驗(yàn)被評(píng)為國家“八五” 重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目重大科技成果 (見附件 )。 在新河二號(hào)井試驗(yàn)成功的基礎(chǔ)上，又進(jìn)行了河北唐山煤炭地下氣化工業(yè)性試驗(yàn)。為了保證鼓風(fēng)煤氣和水煤氣產(chǎn)量的穩(wěn)定，采用了雙爐交替運(yùn)行方案。 本次試驗(yàn)于 1996 年 5 月 開始首先進(jìn)行了空氣連續(xù)氣化試驗(yàn)，煤氣供 16 唐山市衛(wèi)生陶瓷廠和劉莊煤礦熱力鍋爐使用，同時(shí)也進(jìn)行了多次兩階段氣化試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表 （空氣 — 水蒸汽）。 劉莊礦煤炭氣化生產(chǎn)目前仍在進(jìn)行。劉莊礦近四年的生產(chǎn)實(shí)踐表明新工藝能夠?qū)崿F(xiàn)長期連續(xù)、穩(wěn)定生產(chǎn)。 從上述試驗(yàn)結(jié)果可以看出，長通道、大斷面、兩階段氣化工藝輔以雙爐交替運(yùn)行方案，可較穩(wěn)定的生產(chǎn)含 H2量在 50%以上的煤氣，為了進(jìn)一步提高煤氣中 H2含量，降低 N2含量，可采用富氧水蒸汽 — 水蒸汽兩階段工藝。 表 劉莊礦試驗(yàn)鼓風(fēng)組分、熱值和產(chǎn)量 煤氣組分 % 煤 氣熱值 煤氣產(chǎn)量 H2 CO CH4 CO2 N2 MJ/m3 萬 m3/d 10～ 20 2～ 25 2～ 4 7～ 20 50～ 65 ～ 10～ 20 表 劉莊礦試驗(yàn)水煤氣組分、熱值和產(chǎn)量 序 煤氣組分 % 熱值 煤氣流量 號(hào) H2 CO CH4 CO2 N2 MJ/m3 m3/h 1 1963 2 2315 3 2287 4 2263 5 2263 6 2345 7 2233 8 2462 9 2346 10 2430 該煤氣在地面可直接提氫、作民用煤氣或作 CH4裂解處理、 CO 變換處理后，作為合成二甲醚、氨、甲醇的原料氣。劉莊礦生產(chǎn)目前仍在進(jìn)行。 “唐山市劉莊煤礦煤炭地下氣化工業(yè)性試驗(yàn)”通過了河北省計(jì)委組織 17 的專家鑒定，鑒定委員及與會(huì)專家一致認(rèn)為：唐山劉莊煤礦煤炭地下氣化工業(yè)性試驗(yàn)連續(xù)產(chǎn)氣一年零四個(gè)多月，穩(wěn)定供給唐山市衛(wèi)生瓷廠工業(yè)鍋爐使用三個(gè)多月；日產(chǎn)煤氣為 10～ 12 萬 m3，空氣煤氣熱值穩(wěn)定在 以上，水煤氣熱值達(dá)到 。該項(xiàng)目在實(shí)施“長通道、大斷面、兩階段”煤炭地下氣化新工藝時(shí)，采用了輔助通道 、雙爐交替運(yùn)行、正反向燃燒氣化，以及壓抽相結(jié)合、邊氣化邊充填、燃空區(qū)探測(cè)等保障措施，構(gòu)成了較完備的生產(chǎn)工藝體系，可保證在多變條件下，穩(wěn)定生產(chǎn)煤氣。上述工藝方法和保障措施達(dá)到了 世界領(lǐng)先水平 。其創(chuàng)新性和帶動(dòng)性如下： (1) 實(shí)現(xiàn)無人、無設(shè)備、長壁式（ 200m）氣化工作面，生產(chǎn)地下水煤氣。改變了傳統(tǒng)的煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)方式。 (2) 因?yàn)槊禾繗饣腔瘜W(xué)采煤，新工藝還可以盤活老礦井現(xiàn)有的固定資產(chǎn)存量，因此不僅可節(jié)約大量重型設(shè)備的投資，如大型采煤設(shè)備、地面氣化設(shè)備等；還可消除采煤工種的勞動(dòng)傷亡事故等。 (3) 由于新工 藝氣化通道較長，斷面大能使氣化爐迅速提高爐溫，提高了其蓄熱能力，同時(shí)又增加煤氣中干餾氣中 CH4的含量，提高了煤氣的熱值，提高了產(chǎn)氣的穩(wěn)定性。 (4) 通道長、斷面大則降低了風(fēng)阻，減少供風(fēng)電耗，降低了生產(chǎn)成本。 (5) 氣化爐為多孔爐型，可以推進(jìn)式跟蹤供風(fēng)，減少了氧的無效消耗，提高了供風(fēng)效率，鉆孔具有多功能，彼此可以互換，因此可以根據(jù)具體工況的變化而變化。 (6) 壓抽結(jié)合防止了煤氣外泄，提高了生產(chǎn)的安全性。 (7) 正、反向鼓風(fēng)將整個(gè)煤層，從下水平正反向反復(fù)氣化至上水平。 (8) 邊氣化邊充填的措施，使氣化 爐上方的地表不被破壞。 (9) 灰渣和頂?shù)装鍘r石中的金屬氧化物如 AL2O CaO、 MgO、 Fe2O Fe3O4在長通道的條件中，對(duì)水煤氣反應(yīng)，甲烷化反應(yīng)能起到較好的催化作用。 (10)利用新工藝中，兩階段產(chǎn)氣工藝，充分利用煤層中的顯熱，生產(chǎn)大量的廉價(jià)水煤氣，其熱值大于 ,H2含量在 50%以上 ,可用于提取純 H2,為 H2能的應(yīng)用，燃料電池及電動(dòng)車的發(fā)展，煤的液化、煤化工、IGCC 等提供廉價(jià)的原料氣，降低這些下游工業(yè)的生產(chǎn)成本，提高其競爭力。 18 (11)地下水煤氣與天然氣相比，