第一课 采煤新方法

1、第一课采煤新方法煤地下气化由于人类工业化的过程，大量使用化石燃料，致使CO2等气体组分增大，产 生了严重的温室效应。为此，在联合国主持下，从1992年起，召开了一系（15 次）国际会议与相应的国际条约。直到2009年12月7日至18日在丹麦哥本哈根 召开联合国气候变化框架公约，并形成其，哥本哈根协议。目标是减少温室 气体CO2,的排放，防止全球平均气温再上升20C。温家宝总理在哥本哈根会上 也明确表示:应对气候变化必须在可持续发展的框架下统筹安排，绝不能以延续 发展中国家的贫穷和落后为代价。我国是个富煤、少气、缺油的国家，这决定了中国能源结构以煤为主， 低碳能源资源的选择有限。电力中，火电占有

2、比达77%以上，一次动力在一段时 期内仍然占有60% 70%的比重。尽管太阳能、风能等可再生能源在大力发展 中，但一时都很难充当主角。那么，让煤的使用变得干净、少污染成为当务之急， 发展煤地下气化不失为好的选择。1 .什么是煤层地下气化煤地下气化是一种把机械采煤变成化学采煤的方法。简言之，就在地下直接 打孔，孔间进行连接，有效控制燃烧，在高温下注人水蒸气，期间发生以下一系 列反应：碳燃烧 C+O2= CO2，部分氧化C+l/2 O2=CO CO 再进一步氧化 CO+1/2 O2= CO2遇到水汽 co+h2o=co2+h2甲烷化 CO+3H2=CH4+ H2O碳被氢化C+2H2=CH4形成可燃

3、气体后，引到地面，可直接发电，以供民用。煤地下气化与地面发生炉内煤 气化的原理及过程基本相同。两者不同之处 在于煤层本身直接就可以作为发生反应的炉，气化过程在地下完成。由于地下气化是一个化学过程，这样就可以使复杂的煤组分得到有效分离， 如硫在煤中除了以黄铁矿形式出现外，还有大量的有机硫、碳、氮等。这些采用 通常固体状态的方法是无法从煤中分离出来的，而且煤在燃烧过程中，这些成分 还会产生污染气体排放。煤气化后，才有可能把煤中的不同成分得到分离、集中、 转换、处理。2世界各国都重视煤直接地下气化在1935年后，苏联己经开展了煤地下气化，在莫斯科、顿巴斯、库兹巴斯、 乌兹别克等地先后建立了 5个气化

4、站，并与地面的发电站连接，一直运行至今。20世纪70-80年代，美国在怀俄明汉那、罗林斯、森特雷利亚开展了煤地下 气化试验，其中有些技术是从苏联(俄罗斯)引进。1978-1986期间，德国和比利时合作在比利时图林煤矿进行地下气化试验。1988年6个欧盟成员国组成欧洲煤炭地下气化工作组，在西班牙特鲁埃尔 煤炭地下气化试验，验证欧洲典型煤层地下气化可行性的商业规模示范。英国的北海南部的近海和远海，有大片无法开采的海底大煤田。对于濒临 枯竭的北海油气田来说，其煤储量足以提供未来所需的能量。在英国贸易、工业 部(DTI)响应的一个EU的试验中，论证了欧洲深层煤地下气化的可行性，其结 论是，地下气化处理

5、对英国煤炭资源有较大的潜力，特别是，远离海岸的煤能被 利用。这项技术假如成功的话，有潜在的输出国，诸如中国和印度，在那里煤的 储量超过了油气。英国地下煤气化可行性的评价报告于2004年出版，在2007年时，从商务、 企业和管理统一的角度重新组合了一个新的部门，有来自DTI的某些功能，包 括对能源的责任，与内阁办公部分(Better RegulationExecutive)合并，可见其重视 程度。其他国家，如澳大利亚、南非、加拿大、印度、捷克和斯洛伐克等都在积极开展煤地下气化的研究。3 国内长通道、大断面、两阶段工艺具举世创新在国内，由中国矿业大学余力教授为代表的科研专家，与矿区、各企业等学 者

6、、工程技术人员组成团队在国家高技术研究发展计划（863计划）支持下于 1994-2000年期间，在江苏徐州新河二号井、河北唐山刘庄、山东新汶孙村等地 成功地作了煤地下气化半工业化到工业化的实验。此外在山西昔阳、太原小东山、 甘肃华亭等地正在利用煤地下气化成分建立甲乙醚、氨等化工厂研究。我国采取了与国外不同的长通道、大断面、两阶段的独特的思路，使得 可燃气中氢的成分为60%- 70%，明显高于国外（一般为10% 30%）。为我国氢能 源的发展也开辟了一条可行的道路。4煤地下气化最治理大气污染和温室效应的金钥匙燃煤治污花费很大。我国十五期间的燃煤电厂治污费1262亿元 但也仅治其标，而非治本。如果

7、能够大力发展煤地下气化，那么治标治本即可兼 得。目前国内从网上几个招商项目估算，如果要建立一个20万吨煤的地下气 化站，投资约1亿，如果投人入1000亿，就可以建立1000个气化站，这样就可 以解决2亿吨煤的净化问题。如果投入5000亿，就可以解决10亿吨煤的气化问 题，这就相当2009年煤产量为27.93亿吨的36%煤的污染问题。届时，大气状 况是会发生显著改变的。由此可见，煤地下气化的前景是不言而喻的。全世界每年因工业化生产排放的二氧化碳总量超过240亿吨，其中150 亿吨被植物吸收，净增90亿吨，由此造成的大气污染日趋严重。煤炭地下气化 可以使CO2，得到分离，这样就可以使CO2向大气的

8、排放得到管理和利用。为 碳的捕获、利用和储存提供了一种低成本、零排放的煤开采方式。在今天把。02，当做老鼠一样人人喊打的时代，还是应当看到:首先，二氧 化碳既是最主要的温室气体，又是最廉价的资源。其次，耍相信科学技术发展的力量，如国内已成功地发展了二氧化碳聚合 物的研究及生产线-可降解塑料。C02,中的碳与水中的氢是石油的基础成分， 使其形成甲烷也是人们的梦想。第三，注重生物储存，海洋、森林、江湖、湿地是最大的CO2,天然储存库。 保护好森林、湿地、草原植被当然是首选目标。第四，煤气化过程中采用CO2,回填技术（图2）也在研究之中。其目的就是 减少CO2排放，在温度可控条件下，增加可燃气组分：

9、CO2+C=2CO h2o+c=h2+co 2H2O+C=2H2+CO2 第五，地质储存（图3）:图3二氧化碳的地质储存的选择 注1空的油气田;2.用CO2增加油气产量;3。深部无用 盐水和饱和盐水库;4 深部不可采煤层;5.用CO2增加煤层的甲烷;6其他支撑选择（玄武岩、 油页岩、岩洞）。红色：油或气的生产井；蓝色:二氧化碳注入井;粉蓝色:氧化碳储存井据文献报道二氧化碳的储存可有如下选择：（1）将二氧化碳注人邻近煤层，增加煤层气的回采率;将二氧化碳储存在由地下气化产生的上覆层的应力区；注人废弃的地下气化燃空区进行永久储存。粗略的计算表明，1000米深的煤层气化，煤气中分离的二氧化碳，大约有

10、2/3可以储存在废弃的地下气化燃空区及其上覆应力区，其余的可集中利用。因 此，碳捕获及碳储存将产生一个零排放的化石燃料加工过程，这是一个很有前途 的研究方向。综上所述，地下煤气化具有较好的环境效益。因此，是一把治理煤 燃料污染的金钥匙。5我国发展地下煤气化的意义深远煤地下气化是一条可确保能源安全的战略。煤地下气化可直接投供廉价的洁净的无碳能源-氢能(H2,)。长通道、 大断面、两阶段地下气化工艺，实际上是吸取了地表煤气化原理，使用我国特 有的二阶段气化后组分中的氢含量可高达60% 70%，与国外地下煤气化 (7.6%31.2%，平均为17%)相比具有明显的优势。因此，煤地下气化，可以直 接提供

11、非常廉价的氢的来源。地下气化煤气联合循环发电。地下气化煤气用于燃气-蒸汽联合循环发电是 合理使用地下气化煤气热能的有效途径。煤炭地下气化产生煤气发电，在俄罗斯 已应用近50年，莫斯科近郊等煤田先后建立的5座地下气化站，生产2930 4187kJ/m的低热值煤气用来烧锅炉或发电井积累了丰富的经验。(鄂庄煤矿气化站一角)早在2002年时，我国科研人员柴兆喜等就认为发展气采一燃气轮机无 水发电（UGTG）具有广阔前景。对现有电厂进行扩建和技术改造，实施改造20 万千瓦以下发电机组的目标，现有电厂改装机容量70%左右的蒸汽轮机为燃气 轮机，与所余机组构成气采一联合循环发电（UGCC）。预测2020年全

12、国燃煤发电 装机总量将达到5亿千瓦左右，约年耗水100亿吨、燃煤15亿吨。若采用上述 扩建UGCC改造方案，需气采能力10亿吨煤/年，约年节水70亿吨，并可消 除燃煤15亿吨/年的煤污染全程。煤炭使用成本有明显的降低。煤炭地下气化技术的成本为0 - 20- 25元/m3，比地面气化的成本（0.40。5 元/m3降低50%。氢的成本为05元/m3，而利用一般方法制取氢气则为1。52。 0元/m3。与地下采煤到地面上气化相比，煤地下气化生产合成气成本可下降43%， 生产天然气代用品成本可下降10%18%，发电成本可下降27%。采用长通道、 大断面新工艺可大大节省建炉的初期投资和运行费用，煤气成本就

13、更低。我国 山东孙村地下气化水煤气成木为0 - 193元/m3，年获利税375万元，利润311万 元，投资利润率25.83%，投资回收期3 - 9年。可以较充分地利用能源资源，矿井采煤都不会百分之百采净，目前报废资 源储量已有300亿吨以上。这些报废资源一般为井工开采遗留的煤柱、薄煤层、 劣质（高硫、高灰）煤层、高瓦斯煤层等，用井工开采不安全或经济性差，但可以 用长通道、大断面、两阶段等地下气化技术进行部分回收气、T业燃料气、 城市民用煤气等。（山东里能煤炭地下气化发电机组试运行）提高安全生产程度。煤炭地下气化不仅经济效益显著，同时还改善了能源 结构，因不需要工人下井挖煤，增强了煤矿生产人员的

14、安全性。煤炭气化后灰碴 留在原地，避免造成废气、废水、废碴等污染，并可减少因煤炭采空造成的地面 下沉。此技术可大大提高资源回收率，使传统工艺难以开采的边角煤、深部煤、 三下压煤和己经或即将报废矿井遗留的保护性煤柱得到开采，同时深部开采条 件极其恶劣的煤炭资源也可得到很好的利用。煤资源的综合利用放丰明显如强。我国实践表明，在地面以上引进先进 技术所作生产的合成氨，二甲醚、合成油等化工产品成本很高，以至于没有竞争 力。目前，我国正在进行昔阳煤炭地下气化暨合成氨联产示范工程的现场试 验，甘肃华亭煤集团煤炭地下气化合成氨项目的可行性论证巳完成，太原东山 煤矿煤炭地下气化实验工程-年产5000吨二甲醚的可行性研究报告正待立项。有望摆脱长期依赖油