1、绿色开采之煤炭地下气化（Underground Coal Gasification）课程导师：* * * *教授学生姓名：* * * *学号：* * * * * * * * *目录 contents煤炭地下气化简介煤炭地下气化原理影响地下气化过程的因素煤炭地下气化的发展趋势12345煤炭地下气化方法1.简介提出煤炭地下气化门捷列夫威廉西门子19世纪60年代1.简介煤炭地下气化煤炭地下气化（简称UCG）是开采煤炭的一种新工艺。其特点是将埋藏在地下的煤炭直接变为煤气，通过管道把煤气供给工厂、电厂等各类用户，使现有矿井的地下作业改为采气作业。其实质是将传统的物理开采方法变为化学开采方法2.煤炭地下气
2、化原理煤炭地下气化原理图1：煤炭地下气化原理示意图2.煤炭地下气化原理（1）气化带：（2）还原带：（3）干馏带：得到氢气、一氧化碳和甲烷（4）干燥带：析出水蒸汽和挥发分煤炭地下气化原理3.煤炭地下气化方法有井式无井式有井气化需要预先开掘井筒和平巷等，其典型示意图如图1所示，即首先从地表沿煤层开掘两条倾斜的巷道1和2，然后在煤层中靠下部用一条水平巷道将两条倾斜巷道连接起来，被巷道所包围的整个煤体，就是将要气化的区域，称为气化盘区，亦称地下发生炉。无井式气化法是用钻孔代替坑道，以构成气流通道，避免了井下作业。无井式气化法的准备工作包括两部分：即从地面向煤层打钻孔和在煤层中沟通出气化通道。进、排气孔
3、的贯通（即气化炉的建炉）是无井式气化工艺的关键技术。3.煤炭地下气化方法有井式改进的有井式：“长通道、大断面、两阶段”地下气化工艺。以钻孔或原有井作为气化炉的进、排气孔，以矿井已有的井巷条件施工气化通道。传统有井式：即采用爆破松动煤层，用空压机压入高压空气或者富氧的方法进行煤炭地下气化。一般气化通道的断面小、长度短，且采用单一气化剂。如图1所示。两种有井式气化方法效果对比3.煤炭地下气化方法效果优劣可燃气体组分热值气体流量由图表可以看出改进后的气化工艺明显改善了气化效果3.煤炭地下气化方法无井式无井式气化法是用钻孔代替坑道，以构成气流通道，避免了井下作业。无井式气化法的准备工作包括两部分：即从
4、地面向煤层打钻孔和在煤层中沟通出气化通道。图2：无井式气化工艺进、排气孔的贯通（即气化炉的建炉）是无井式气化工艺的关键技术。3.煤炭地下气化方法无井式气化通道的贯通方法渗透法定向钻进法定向钻孔法火力渗透法水力压裂法电力渗透法3.煤炭地下气化方法无井式气化生产工艺渗透式气化定向孔气化正向供风反向供风4.影响煤炭地下气化的主要因素影响煤炭地下气化的主要因素煤层赋存条件温度涌水气化炉的结构气化剂4.影响煤炭地下气化的主要因素煤层条件 煤种、灰分、煤层厚度、煤层倾角等天然赋存条件都会对煤炭地下气化产生不同程度的影响。l 煤种：结构方向性弱，孔隙率和比表面积大，水分大，透气性高，较易开拓气化通道，并容易
5、实现火力贯通，故有利于地下气化。如褐煤。l 灰分：煤层的灰分越小，对顶板的影响就越强。因为灰分不能形成透气的支撑体，顶板易发生垮落，而顶板的垮落将破坏气化过程。然而，随着煤的灰分增加，煤燃烧气化时会被灰覆盖成壳，即使在送风速度很大时，也不能清除灰壳，在燃烧工作面长度不变时，鼓风的工作速度受到限制，降低其气化强度，增加热损。l 厚度：在地下气化过程中，燃烧区和煤气化区会因水的涌入而被冷却，而且其中一部分热量散失到煤层和围岩（底板、顶板等)中。当煤层厚度小于2m时，围岩的冷却作用剧烈变化，对煤气热值影响甚大。l 煤层倾角：任何倾角的煤层都可以用地下气化方法开采，缓倾斜和近水平煤层在顶板容易错动及不
6、稳定的条件下，气化开采难度比较大。 4.影响煤炭地下气化的主要因素气化炉的结构如前所述，传统气化工艺的气化炉和“长通道、大断面、两阶段”炉以及定向钻井法炉进行气化的气化结果有明显差异。4.影响煤炭地下气化的主要因素温度温度场对煤气热值的影响是显著的。维持一个高温温度场和相对较长的气化通道有利于煤气热值的稳定和提高。同时，温度是决定煤气产品组成的主要因素，提高温度可促使二氧化碳的还原，使CO含量增加。随着温度的增加，水蒸气的分解速度也增加，这就增加了煤气中的可燃成分氢气4.影响煤炭地下气化的主要因素气化剂空气富氧+水蒸汽富氧4.影响煤炭地下气化的主要因素涌水 煤炭地下气化炉内温度场的一个重要影响
7、因素就是煤层的含水量。在干燥煤层中实施煤炭地下气化时，需要注入水蒸气调整煤气中氢气的含量。在含水比较小的煤层中进行地下气化时，煤层的水有助于氢气的生成；当煤层含水量比较大时，水的相变和分解会消耗大量的热能，导致炉内温度下降，进而使得煤气组分变差，就需要采取有效措施(如增加气化剂的鼓风量)降低煤层含水的影响。5.煤炭地下气化技术的发展方向 煤炭地下气化技术（UCG）已经已经呈现出与其它清洁能源技术相结合的趋势，发展出一系列综合清洁能源技术，主要包括：煤地下气化（UCG）整体循环发电（IGCC）碳俘获与地质封存（CCS）相结合；即UCG-IGCC-CCS联合技术。煤地下气化（UCG）氢地下气化-燃
8、料电池（AFC）碳俘获与封存（CCS）相结合；即UCG-AFC-CCS技术。煤地下气化（UCG）气变液、化工碳俘获与封存（CCS）相结合；即UCG-GTL-CCS技术。6.结语 煤炭地下气化技术（UCG）作为一种开采地下煤炭资源的新技术，较传统物理井工开采有明显的优点。不仅可以回收矿井遗弃煤炭资源，而且还可以用于开采井工难以开采或开采经济性、安全性较差的薄煤层、深部煤层、“三下”压煤和高硫、高灰、高瓦斯煤层；地下气化燃烧后的灰渣留在地下，减少了地表下沉，无固体物质排放，煤气可以集中净化，大大减少了煤炭开采和使用过程中对环境的破坏。地下气化煤气不仅可作为燃气直接民用和发电，而且还可用于提取纯氢作为合成液体燃料和化工原料的原料气。因此，煤炭地下气化技术具有较好的经济效益和环境效益，可大大提高煤炭资源的利用率和利用水平，是我国煤炭绿色开采技术的重要研究和发展方向。
