【正文】 6個長通道、大斷面地下氣化爐，地下氣化爐建設(shè)在大雁三礦西二采區(qū) 17 號煤層中。 四、 產(chǎn)業(yè)化示范內(nèi)容、規(guī)模、地點、期限 建立日產(chǎn) 65 萬 m3合成氣 (H2+CO≥ 60%)的煤炭地下氣化站。 20xx年 8月 24 日至 27 日，中國礦業(yè)大學(xué)（北京校區(qū)）煤炭地下氣化工程研究中心對大雁三礦西二采區(qū)褐煤，采用富氧 水蒸汽連續(xù)氣化工藝， 20 進(jìn)行了生產(chǎn)合成氣的地下氣化模型試驗，試驗結(jié)果見表 。 中國礦業(yè)大學(xué)（北京校區(qū)）經(jīng)過 15 年的研究，使 UCG 技術(shù)日臻成熟，目前用于礦井中報廢煤炭資源的回收和淺部煤炭資源的開發(fā)， 在技術(shù)上是可行的。已獲得三項國家發(fā)明專 利 (礦井長通道大斷面煤炭地下氣化工藝，專利號 :ZL 94 1 ，國際專利主分類號 :E21B 43/295；兩階段煤炭地下氣化工藝，專利號 :ZL 95 1 ，國際專利主分類號 :E21B 43/295；推進(jìn)供風(fēng)式煤炭地下氣化爐，專利號 :ZL 95 1 ，國際專利主分類號 :E21B 43/295。 為了進(jìn)一步提高煤氣中 CO 含量，降低 N2含量，可采用富氧 — 水蒸汽一階段工藝和富氧 — 水蒸汽兩階段工藝?？諝饷簹猱a(chǎn)量達(dá)到 12萬 m3/日，煤氣熱值在 ～ ，煤氣供低熱值鍋爐燃燒，產(chǎn)汽量為 4噸 /小時。 另外，山東肥城曹莊煤礦復(fù)式爐地下氣化試驗工程 (緩傾斜、高硫、雙層薄煤層 )也于 20xx 年 9月 1日點火成功， 9月 3日生產(chǎn)出合格的煤氣，煤氣熱值在 ～ ，單爐日產(chǎn)量約 萬 m3，目前已成功地供居民使用。 表 孫村煤礦試驗脈動兩階段試驗煤氣組分、熱值和產(chǎn)量 序號 煤氣組分 % 熱值 煤氣流量 H2 CO CH4 CO2 N2 MJ/m3 m3/h 1 1308 2 1319 3 1326 4 1297 5 680 6 654 7 1093 8 1130 9 1143 10 1171 19 目前成功地為 1萬戶居民和蒸汽鍋爐連續(xù)提供燃?xì)?，并進(jìn)行了小型內(nèi)燃機發(fā)電試驗，實現(xiàn)了地下氣化從試驗到應(yīng)用的新突破。 20xx年 4月 30 日，山東新汶礦業(yè)集 團(tuán)孫村煤礦緩傾斜煤層地下氣化技術(shù)研究與應(yīng)用試驗正式開始，經(jīng)過近一個多月的調(diào)試，目前已進(jìn)入了試驗生產(chǎn)階段。 18 (11)地下水煤氣與天然氣相比，其碳?xì)浔戎袣涞暮?量高，見表 ，按熱值計價其生產(chǎn)成本低于天然氣，可作為天然氣的代用品，彌補我國天然氣儲量少的現(xiàn)狀。 (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，對水煤氣反應(yīng)，甲烷化反應(yīng)能起到較好的催化作用。 (7) 正、反向鼓風(fēng)將整個煤層，從下水平正反向反復(fù)氣化至上水平。 (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。 (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。改變了傳統(tǒng)的煤炭生產(chǎn)和消費方式。上述工藝方法和保障措施達(dá)到了 世界領(lǐng)先水平 。 “唐山市劉莊煤礦煤炭地下氣化工業(yè)性試驗”通過了河北省計委組織 17 的專家鑒定，鑒定委員及與會專家一致認(rèn)為：唐山劉莊煤礦煤炭地下氣化工業(yè)性試驗連續(xù)產(chǎn)氣一年零四個多月，穩(wěn)定供給唐山市衛(wèi)生瓷廠工業(yè)鍋爐使用三個多月；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 。 表 劉莊礦試驗鼓風(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 劉莊礦試驗水煤氣組分、熱值和產(chǎn)量 序 煤氣組分 % 熱值 煤氣流量 號 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。劉莊礦近四年的生產(chǎn)實踐表明新工藝能夠?qū)崿F(xiàn)長期連續(xù)、穩(wěn)定生產(chǎn)。 本次試驗于 1996 年 5 月 開始首先進(jìn)行了空氣連續(xù)氣化試驗，煤氣供 16 唐山市衛(wèi)生陶瓷廠和劉莊煤礦熱力鍋爐使用，同時也進(jìn)行了多次兩階段氣化試驗，試驗結(jié)果見表 （空氣 — 水蒸汽）。 在新河二號井試驗成功的基礎(chǔ)上，又進(jìn)行了河北唐山煤炭地下氣化工業(yè)性試驗。本次試驗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。 1994年 11 月以后，又進(jìn)行了多次兩階段氣化試驗，其試驗結(jié)果見表（空氣 — 水蒸汽）。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。 表 模型試驗第二階段水煤氣組分和熱值 序 煤氣組分 % 熱值 號 H2 CO CH4 CO2 N2 MJ/m3 1 2 3 4 5 國家“八五” 重點科技攻關(guān)項目 徐州新河二號井煤炭地下氣化半工性試驗，氣化爐建立在露頭煤柱中，氣化通道長度為 168m。采用長通道、大斷面、兩階段工藝，在多次室內(nèi)模型試驗的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了徐州新河二號井和唐山劉莊煤礦現(xiàn)場試驗。 （ 3）在整個氣化通道上都能產(chǎn)生干餾煤氣，煤氣中 H2含量進(jìn)一步提高。 第一階段在生產(chǎn)鼓風(fēng)煤氣的同時，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方面： （ 1）氣化劑為水蒸汽，消除了 N2對煤氣組分的影響，使煤氣中有效組分的比例增加。 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。 為了克服傳統(tǒng)的地下氣化工藝所存在的缺點，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)驗的基礎(chǔ)上 ，加以改進(jìn)、完善、提高，結(jié)合我們在礦井遺留煤層中氣化的特點，形成了 長通道、大斷面、兩階段煤炭地下氣化新工藝 。 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，取得了一定的成就。西德亞深工業(yè)大學(xué)和比利時林堡大學(xué)，從 1979 年起在圖林進(jìn)行了現(xiàn)場試驗，對約 870 米深的煤層進(jìn)行了高壓氣化，煤氣用于發(fā)電。 西德和比利時于 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。因此日本地下氣化開發(fā)的重點是已報廢的礦區(qū)，以及遺留的煤柱。在赤平住友礦進(jìn)行了二次規(guī)模較大的試驗。 日本由于煤炭儲量少，而且地層條件又極其惡劣，難以用傳統(tǒng)工藝開采，因此對煤炭地下氣化也十分重視。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 5000KW的電廠發(fā)電。 英國在中斷 30 多年后，于 1949年恢復(fù)試驗。 12 表 安格林條件規(guī)模基本相同的煤地下氣化與地下開采的技術(shù)經(jīng)濟指標(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，并用于發(fā)電和制氨。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。 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 。 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。 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。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。 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。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。 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