西宁白癜风医院 http://www.xuexily.com/npxxc/npxyl/595.html煤炭地下气化（UndergroundCoalGasification，简称UCG）是采用化学开采方法将煤炭在地下原位直接进行燃烧气化产生可燃气体（主要是H2、CO、CH4），是一种高碳资源低碳化开发清洁能源新技术。它将建井、采煤、气化三大工艺合而为一，将物理采煤转化为化学采气，省去了庞大、笨重的采煤设备和繁重的人工体力劳动，因而具有安全性好、投资少、效率高、成本低、见效快、污染少等优点。
煤炭地下气化原理图
01历史由来
年，德国化学家威廉·西蒙斯首先提出了“煤炭地下气化技术”的设想。
年俄国著名化学家门捷列夫提出煤炭地下气化的基本工艺设想，他认为，“采煤的目的应当说是提取煤中含能的成分，而不是采煤本身”，并指出了实现煤炭气化工业化的基本途径。
年，英国化学家威廉·拉赛姆主持在拉姆煤田进行了现场试验，获得成功。
年在顿巴斯建立了世界上第一座有井式气化站。随后，欧美及日本各国在二十世纪四十年代开始，相继进行了煤炭地下气化技术试验研究。
逐渐形成了以前苏联为代表的“通道鼓风式”地下气化工艺和以美国为代表的“受控注气式”地下气化工艺等两条工艺路线。
02发展历史
（1）国外煤炭地下气化发展历程
前苏联前苏联是世界上进行地下气化现场试验最早的国家，也是地下气化工业应用成功的国家之一。从年在顿巴斯建立了世界上第一座有井式气化站开始，到上世纪60年代末已建站27座气化站。截止到年，共气化掉万吨煤，生产了亿m3低热值煤气。
其中规模较大的是库兹巴斯南阿宾斯克气化站和乌兹别克斯坦的安格连斯克气化站，这2个气化站都采用无井（筒）“通道鼓风式”气化工艺，但生产的煤气热值低、产量不稳定、成本高，煤气主要用于发电或工业锅炉燃烧。
在科研力量方面，苏联从事地下气化的研究单位有全苏地下气化研究所和地下气化设计院等18个单位，从事开发和生产的工程技术人员达余人。
美国20世纪50年代，美欧等国开始进行煤炭地下气化试验，但成效不大。20世纪70~80年代，有前苏联、美国、欧洲及日本等国进行煤炭地下气化试验。
美国地下气化试验始于年，首先在亚拉马州的浅部煤层进行试验，采用有井式方式，利用空气、水蒸气、富氧空气等不同气化剂进行试验，煤气热值为0.9~5.4MJ/m3，后因煤气漏失严重而告终。
20世纪70年代能源危机，美国组织29所大学和研究机构在怀俄明州进行大规模有计划的现场试验。到20世纪80年代中期，共进行29次现场试验，累计气化煤炭近4万吨，煤气最高热值达14MJ/m3。
美国政府资助的项目集中于两种工艺类型，受控注入点后退法（ControlledRetractableInjectionPoint,CRIP）和急倾斜煤层法。其中，劳伦斯·利弗莫尔国家实验室开发成功的CRIP气化新工艺，是煤炭地下气化技术的一项重大突破，使美国UCG技术居世界领先地位。
西欧国家西欧国家（英国、德国、法国、比利时、荷兰、西班牙）试图采用煤炭地下气化技术开采深度m以下和北海海底煤炭。
年，比利时和原西德签署了共同进行深部煤层地下气化试验的协议，年在比利时成立了地下气化研究所，进行UCG实验室研究和现场试验。
~年，在比利时的图林进行现场试验，气化煤层厚2m，倾角15°，深m。第一阶段采用反向燃烧法，但试验失败。后来采用小半径定向钻孔和CRIP工艺，试验基本成功。
年，6个欧盟成员国组成欧洲煤炭地下气化工作组，进行验证深部煤层地下气化可行性的商业规模示范。
年10月到年12月，在西班牙Terul地区的OhieteArino煤矿进行现场试验，耗资万英镑，气化煤层厚2m，埋深~m，采用石油天然气工业的定向钻孔技术和CRIP工艺，气化总时间达h。该试验解决了许多技术问题，同时证实了欧洲中等深度（~m）煤层实施地下气化技术的可行性。
澳大利亚澳大利亚具有丰富的煤炭资源，在澳大利亚石油资源自给程度逐渐下降的情况下，UCG商业化前景广阔。澳大利亚主要的UCG活动地点在昆士兰、南澳大利亚等地，从事的公司有LincEnergy、CarbonEnergy、CougarEnergy、CleanGlobalEnergy和MetroCoal等。
~年期间，LincEnergy公司在昆士兰Chinchilla的第一个UCG半商业化项目取得成功。
年后，相继有CarbonEnergy公司和CougarEnergy公司分别在WooldwoodCreek和Kingaroy开展煤炭地下气化试验。
亚洲国家亚洲国家如印度、巴基斯坦、印度尼西亚、越南和孟加拉等国都积极地进行了UCG项目，巴基斯坦在信德省开展UCG项目，所生产煤气用来发电，以解决当地的电力短缺问题。越南在红河盆地有2个UCG项目。
南美洲国家南美洲国家如巴西、智利和哥伦比亚等也在进行UCG项目的研究工作。
非洲国家非洲国家如南非Eskom能源公司运行的地下气化站年1月20日点火，并于5月31日进行了煤气燃气发电，煤气流量为~0Nm3/h；公司气化电站运行目标是装机MW。
从年1月20日~年1月20日气化站共气化煤炭约吨，共产煤气×Nm3，能源回收率达到80%。
（2）国内煤炭地下气化发展历程
我国在五六十年代学前苏联的“通道鼓风法”地下气化工艺进行了小规模试验，至文革终止。～年，我国先后在大同、皖南、沈北等多个矿区建立了16个实验点，进行自然条件下的煤炭地下气化试验，取得了一定的成果。
自年以来，中国矿业大学继承和发展了前苏联的“通道鼓风式”地下气化，形成了“长通道、大阶段、两阶段”的地下气化工艺。并且在徐州新河二号井、唐山刘庄矿、新汶孙村矿、鄂庄矿、山东肥城曹庄矿、山西昔阳矿等进行了多次的现场试验，获得多项国家专利。
年，中国矿业大学在徐州马庄矿遗弃煤柱中进行了现场试验，由此提出了适用于我国矿井煤炭地下气化的“长通道、大断面、两阶段”地下气化新工艺，之后先后用于徐州新河二号井河北唐山刘庄煤矿煤炭地下气化工业性试验。
年以后“长通道、大断面”煤炭地下气化新工艺又先后在山东新汶孙村、协庄、张庄、鄂庄和肥城曹庄，山西昔阳，辽宁铁法和阜新，四川、江苏、河北等多地得到了验证，技术日趋成熟。
自从年以来，中国矿业大学在总结国内外地下气化研究实践的基础上，探索和发展了欧美的“受控注气法”地下气化工艺路线，并在重庆中梁山煤矿、甘肃华亭煤业集团、贵州山脚树煤矿等进行了应用。
年在重庆中梁山北矿，~年在甘肃华亭安口煤矿成功进行了工业性试验，达到了国际领先水平。
-年，在甘肃华亭煤业集团开展了“难采煤有井式综合导控法地下气化及低碳发电工业性试验研究”项目，于年4月可行性研究通过专家会议评审，年5月~年5月完成项目设计、施工建设，年5月4日正式点火运行和发电机组调试运转，该项目年气化难采煤量1.8万吨/年，项目总投资余万元，日产低富氧蒸汽连续法煤气20.4万m3/d，煤气热值kcal/Nm3，煤气可装机kW，工业性试验实际装机kW。
年11月22日由甘肃省科技厅组织专家鉴定，鉴定委员会一致认为：“在国内首次采用深冷空分制氧设备制备地下气化剂，生产中低热值水煤气，能作为发电及煤化工的原料气。经专家鉴定认为，在地下煤层燃烧高效稳态蔓延导引控制技术方面，达到了国际领先水平，在提高资源回收率、节能减排、减低投资和生产成本方面效益显著。可在全省乃至全国各大矿区的衰老或关闭矿井类似条件下的滞留煤柱、边角块段、‘三下’压煤等难采煤层资源开发利用中推广应用，前景广阔”。
新奥是中国最早将煤炭地下气化技术发展成为产业化技术的企业，在内蒙古乌兰察布建有气化采煤工业化示范基地，年6月成功产气发电。日产气量达到30万方，累计发电超过万千瓦时。该技术已实现空气和富氧二氧化碳连续稳定气化，2#气化炉实现30个月连续生产，气化炉产气规模可调，单炉产能可达到50万方/日以上，煤气热值根据产品用途的不同在-大卡/标方间可调，煤炭能量转化效率达到60%。
03原理、生产工艺
煤炭地下气化的主要气化生产场所是气化炉内的气化通道，根据煤层气化通道中主要化学反应和煤气成分的不同，可将气化通道大致分为三个带（区），即氧化带（区）、还原带（区）、干馏干燥带（区）。也有学者依据随煤层燃烧和气化中气流加压流动过程，按次序分为四个区域，即：预热区、氧化区、还原区和干馏干燥区。
煤炭地下气化原理图
在合适的操作条件下，地下气化将形成准稳态过程，这些区域沿煤层以确定的速度扩展，燃烧和气化反应仅仅发生在沿气化区气流方向的有限深度范围。
在预热区，没有发生化学反应，只存在气化剂和燃烧后煤层形成的填充床之间的热交换。氧化区发生气化剂（主要成分是O2）与煤层中的碳发生完全和不完全的氧化反应，生成CO2和CO，并放出大量的热，热量作用于周围煤层，使氧化区及邻近区域的炭达到炽热状态，温度可达℃。
该过程O2浓度下降，CO2和CO浓度上升，O2浓度降低至接近零时，氧化过程结束。沿气流流动方向，氧化区之后为还原区，还原区的主要化学反应为氧化区的产物CO2与炽热的C发生还原反应，生成CO；气化剂中的H2O(g)与炽热的C发生还原反应，生成CO和H2。该过程吸收热量，使还原区温度降低，当温度低至满足不了还原反应的温度条件时，还原反应结束。
还原区之后的气流温度还很高，余温作用于气流下游煤层，通过热力学作用使煤层挥发裂解出热解气，该过程称之为干馏干燥过程。
通过上述几个反应过程，生成了可燃气体（主要组分是CO、H2和CH4），也就是粗煤气，随着气化工作面的定向移动，最终将气化区域的煤全部气化出来。
按照气流方向和工作面燃烧移动推进方向的关系，气化过程分为顺流推进式（前进式）和逆流推进式（后退式）两种，气流方向与工作面燃烧移动方向相同为顺流推进式，反之为逆流推进式。
根据气化炉构筑方式的不同，煤炭地下气化分为3种生产方式：有井式、无井式和综合式。
有井式是地下气化炉生产系统，包括气化炉炉体及巷道、注排气通道、井下密闭等，通过井下人工作业方式完成，初步冷却、除尘系统也安置于井下硐室；
无井式是地下气化炉的准备工程量全部采用在地面钻孔作业，供风、冷却和净化系统也全部安置于地面气化站中，生产运行也全部在地面操作；
综合式就是地下气化炉的准备工程采用井工作业完成，地下气化的生产运行采用地面操作。
根据气化剂种类和注气操作方式的不同，所产煤气组分、热值和流量也不同。常用作煤炭地下气化的气化剂种类有：空气、空气+蒸汽、富氧、富氧+蒸汽、纯氧、纯氧+蒸汽。
除了常用的气化剂，还可在气化剂中添加某种添加剂，比如添加碳捕集工艺获得的CO2，回炉参与碳还原反应，来达到CO2减排和提高CO产率的目的；
根据催化气化反应原理，利用碱金属的催化作用，提出地下气化催化气化的设想，比如将富含碱金属的生物质焦粉添加到气化剂中通入到气化工作面，用来催化气化反应过程。
地下气化注气操作方式分为连续式、间歇脉动式、正反向交替式，可达到生产不同组分煤气和控制气化反应过程的目的。
04国家产业政策
年11月23日，国家发改委出台中国第一部《煤炭产业政策》，明确鼓励煤炭地下气化示范工程的建设。
国务院关于促进煤炭工业健康发展的若干意见国发〔〕18号其中：五、加强综合利用与环境治理，构建煤炭循环经济体系
第（十九）条：推进洁净煤技术产业化发展。发展改革委要制定规划，完善政策，组织建设示范工程，并给予一定资金支持，推动洁净煤技术和产业化发展。大力发展洗煤、配煤和型煤技术，提高煤炭洗选加工程度。积极开展液化、气化等用煤的资源评价，稳步实施煤炭液化、气化工程。加快低品位、难采矿的地下气化等示范工程建设，带动以煤炭为基础的新型能源化工产业发展。采用先进的燃煤和环保技术，提高煤炭利用效率，减少污染物排放。
国家计委关于印发国民经济和社会发展第十个五年计划科技教育发展专项规划（高技术产业发展规划）的通知：“十五”期间国家要重点组织实施十二大高技术建设工程，推动发展20个战略性重点领域(重点专项)。集中部分国家经济资源和科技资源，重点突破，培育新的经济增长点，带动高技术产业的整体发展，增强综合国力。
1、十二大高技术工程：洁净煤技术应用示范工程
煤炭在今后相当长的时期内都将是我国能源的主体。“十五”期间，要重点建设大型循环流化床应用工程、水煤浆加压气化技术应用工程、整体煤气化燃气—蒸汽联合循环发电示范工程、增压流化床—蒸汽联合循环发电示范工程、水煤浆应用示范工程、煤地下气化示范工程、煤层气开发利用示范工程等，要加速大型超临界发电机组的产业化，达到大型化、自主化和商业化运行的目标。
关于发布《“十五”工业结构调整规划纲要》的通知国经贸行业〔〕号加快改造一批大型煤矿，实现集中、高效、安全生产。对依法开办的小煤矿实施联合改造。加快在建项目建设进度，适时开工建设一批大型现代化矿井。发展对全国煤炭供需平衡和参与国际竞争起关键作用的大公司和企业集团。以煤为基础，依托矿区其它资源，延伸煤炭产业链，大力发展坑口电站。发展洁净煤技术，推进洁净煤技术产业化。加快建设煤炭液化、地下气化、煤层气开发与利用等示范项目。加强矿区环境综合治理和安全生产建设。
国家计委、科技部关于印发当前优先发展的高技术产业化重点领域指南（年度）的通知82、洁净煤技术
我国的石油资源十分紧缺，煤炭作为基础能源地位长期不会动摇，而燃煤是我国大气污染的主要来源，发展洁净煤技术是解决能源与经济、环境协调发展问题的根本出路。洁净煤技术包括煤的生产加工、清洁燃烧、转化和污染控制等方面。近期产业化的重点是：先进的煤炭洗选装置；大型水煤浆生产装置，水煤浆应用专用设备及高性能水煤浆添加剂；型煤加工与利用设备；大型煤炭气化及煤、化、电多联产装置；结合百万吨级煤炭液化示范工程的建设，加快对引进技术的消化吸收；加强增压循环流化床联合循环发电、煤炭地下气化及整体煤气化联合循环发电等技术的产业化前期工作。
国家能源局《煤炭清洁高效利用行动计划（-年）》附件：煤炭清洁高效利用行动计划（－年）
煤炭是我国的主体能源和重要工业原料，近年来，煤炭工业取得了长足发展，煤炭产量快速增长，生产力水平大幅提高，为经济社会健康发展做出了突出贡献，但煤炭利用方式粗放、能效低、污染重等问题没有得到根本解决。未来一个时期，煤炭在一次能源消费中仍将占主导地位。为贯彻中央财经领导小组第六次会议和新一届国家能源委员会首次会议精神，落实《国务院办公厅关于印发能源发展战略行动计划（-年）的通知》（国办发〔〕31号）和《关于促进煤炭安全绿色开发和清洁高效利用的意见（国能煤炭〔〕号）要求，加快推动能源消费革命，进一步提高煤炭清洁高效利用水平，有效缓解资源环境压力，制定本行动计划。
