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地下气化:绿色煤炭前景广阔(2011年6月号)

2011-10-20 13:29:58 文/ 谢明华

多国重新审视

煤炭地下技术研发

煤炭地下气化(UCG)是一种集建井、采煤、气化3大工艺为一体煤炭开采方式,其原理是将位于地下的煤炭进行有控制地燃烧,通过对煤的热作用及化学作用而产生可燃气体,满足民用、发电或化工需求。自20世纪30年代以来,美国、德国、前苏联等主要产煤国均大力投入这一领域的技术研究,储备了一些关键性技术。其中,前苏联是世界上唯一成功的将煤炭地下气化技术工业化应用的国家,到20世纪60年代末,共建设了27座气化站。随着石油天然气等优质替代能源的发现和使用,前苏联煤炭地下气化技术的研究与应用已基本停顿。

“三次石油危机”爆发以后,煤炭地下气化技术成为应对石油危机的储备技术。美国政府资助的“控制后退气点法”及“急倾斜煤层法”已取得了丰富的经验,美国能源部宣称,一旦再发生能源危机,美国将广泛使用该技术生产中热值煤气。近几年,澳大利亚、南非、美国、印度、朝鲜等国纷纷重新启动了煤炭地下气化技术的研究。

煤炭地下气化技术对于发挥我国煤炭资源优势、减少矿难事故、多元化保障能源需求等具有重大的探索意义。

我国能源消费结构以煤为主,煤炭占我国化石能源资源总量的90%以上,2010年,我国煤炭消费超过31.4亿吨。探索高效、安全、清洁的煤炭开采利用意义重大。首先,煤炭地下气化技术可以有效地开发利用老矿井遗弃的煤炭资源、井工开采难度较大的深部煤层或者经济性和安全性较差的低品位煤层。据统计,我国拥有褐煤资源约3700亿吨;已探明埋藏深度在1000米以下的煤炭资源约2.9万亿吨;到2020年,将有500多处“报废”矿井,粗略预测遗弃资源量在500亿吨以上;其次,该技术实现了地下无人生产,避免了瓦斯、火灾、粉尘、水灾、顶板等矿井事故和人身伤亡;第三,该技术只提取煤种的含能组分,而将灰渣等固体废弃物留在地下,减少了因井工开采和露天开采造成对地表生态环境和大气污染;第四,地下气化煤气不仅可作为燃气直接民用和发电,而且还可为化工产品提供原料,以多元化的煤基产品补充能源供应形式。此外,测控工艺设备研发和产业化发展对于深海资源勘探等领域都有良好的拉动作用。

我国已具备

工业化示范基础条件

目前我国已建成具有世界先进水平的煤炭地下气化综合模型试验台和测控系统,并开展了相关的理论研究和模型试验研究,获取了褐煤、烟煤及无烟煤地下气化工艺参数。自1984以来,我国先后在江苏徐州、河北唐山、山东新汶、山西阳泉等矿区进行了有井式煤炭地下气化现场试验和生产,完成了不同煤种、不同煤层厚度(1.8米-6米)、不同煤层倾角(15○-75○)、不同埋藏深度(100-450米)的现场试验。形成了具有我国自主知识产权的有井式“长通道、大断面、两阶段”煤炭地下气化新工艺,经科研查新,该工艺构思新颖,属国内首创。此外,我国科研单位和企业还联合完成了无井式煤炭地下气化制备空气煤气工业性试验,该技术达到了国际领先水平。

同时,我国煤炭地下气化仍然存在一些技术难题。一是技术还不够成熟。仍然存在煤气热值低、单炉产气量少、生产过程稳定性差、监测控制难度大等问题;二是对地下可能造成的污染和积累效应尚不明确。受煤层和地质影响大,可能造成井井之间相互漏水、通气等情况造成地下水污染,气化炉热量散发可能对地表温度及地面生态环境产生影响;三是我国煤炭资源分布广,煤种多样,贮存条件复杂,现有技术还不能适用于各种地质和赋存条件;四是地下气化煤气成本仍然较高,暂不具备市场竞争优势。因此,我们建议:

一是将煤炭地下气化技术列入国家重大科研项目。“十二五”期间继续开展煤炭地下气化的热效率和碳效率、煤炭地下气化煤气用作化工合成气的技术研究,重点研究气化炉运行工艺、不同气化剂的气化工艺、地下水对气化的影响及其控制,对合理的气化炉设计参数、测量与控制等技术难点进行全面攻关。

二是推动不同煤层赋存条件下煤炭地下气化技术工业性试验和产业化示范工程,探索建立煤炭地下气化工程的设计、建设、运行、环境保护及其安全等有关规程、规范、标准,为煤炭地下气化产业发展提供保证。(作者单位:中国国际工程咨询公司)