1、綠色開采之煤炭地下氣化（Underground Coal Gasification）課程導師：* * * *教授學生姓名：* * * *學號：* * * * * * * * *目錄 contents煤炭地下氣化簡介煤炭地下氣化原理影響地下氣化過程的因素煤炭地下氣化的發展趨勢12345煤炭地下氣化方法1.簡介提出煤炭地下氣化門捷列夫威廉西門子19世紀60年代1.簡介煤炭地下氣化煤炭地下氣化（簡稱UCG）是開采煤炭的一種新工藝。其特點是將埋藏在地下的煤炭直接變為煤氣，通過管道把煤氣供給工廠、電廠等各類用戶，使現有礦井的地下作業改為采氣作業。其實質是將傳統的物理開采方法變為化學開采方法2.煤炭地下氣

2、化原理煤炭地下氣化原理圖1：煤炭地下氣化原理示意圖2.煤炭地下氣化原理（1）氣化帶：（2）還原帶：（3）干餾帶：得到氫氣、一氧化碳和甲烷（4）干燥帶：析出水蒸汽和揮發分煤炭地下氣化原理3.煤炭地下氣化方法有井式無井式有井氣化需要預先開掘井筒和平巷等，其典型示意圖如圖1所示，即首先從地表沿煤層開掘兩條傾斜的巷道1和2，然后在煤層中靠下部用一條水平巷道將兩條傾斜巷道連接起來，被巷道所包圍的整個煤體，就是將要氣化的區域，稱為氣化盤區，亦稱地下發生爐。無井式氣化法是用鉆孔代替坑道，以構成氣流通道，避免了井下作業。無井式氣化法的準備工作包括兩部分：即從地面向煤層打鉆孔和在煤層中溝通出氣化通道。進、排氣孔

3、的貫通（即氣化爐的建爐）是無井式氣化工藝的關鍵技術。3.煤炭地下氣化方法有井式改進的有井式：“長通道、大斷面、兩階段”地下氣化工藝。以鉆孔或原有井作為氣化爐的進、排氣孔，以礦井已有的井巷條件施工氣化通道。傳統有井式：即采用爆破松動煤層，用空壓機壓入高壓空氣或者富氧的方法進行煤炭地下氣化。一般氣化通道的斷面小、長度短，且采用單一氣化劑。如圖1所示。兩種有井式氣化方法效果對比3.煤炭地下氣化方法效果優劣可燃氣體組分熱值氣體流量由圖表可以看出改進后的氣化工藝明顯改善了氣化效果3.煤炭地下氣化方法無井式無井式氣化法是用鉆孔代替坑道，以構成氣流通道，避免了井下作業。無井式氣化法的準備工作包括兩部分：即從

4、地面向煤層打鉆孔和在煤層中溝通出氣化通道。圖2：無井式氣化工藝進、排氣孔的貫通（即氣化爐的建爐）是無井式氣化工藝的關鍵技術。3.煤炭地下氣化方法無井式氣化通道的貫通方法滲透法定向鉆進法定向鉆孔法火力滲透法水力壓裂法電力滲透法3.煤炭地下氣化方法無井式氣化生產工藝滲透式氣化定向孔氣化正向供風反向供風4.影響煤炭地下氣化的主要因素影響煤炭地下氣化的主要因素煤層賦存條件溫度涌水氣化爐的結構氣化劑4.影響煤炭地下氣化的主要因素煤層條件 煤種、灰分、煤層厚度、煤層傾角等天然賦存條件都會對煤炭地下氣化產生不同程度的影響。l 煤種：結構方向性弱，孔隙率和比表面積大，水分大，透氣性高，較易開拓氣化通道，并容易

5、實現火力貫通，故有利于地下氣化。如褐煤。l 灰分：煤層的灰分越小，對頂板的影響就越強。因為灰分不能形成透氣的支撐體，頂板易發生垮落，而頂板的垮落將破壞氣化過程。然而，隨著煤的灰分增加，煤燃燒氣化時會被灰覆蓋成殼，即使在送風速度很大時，也不能清除灰殼，在燃燒工作面長度不變時，鼓風的工作速度受到限制，降低其氣化強度，增加熱損。l 厚度：在地下氣化過程中，燃燒區和煤氣化區會因水的涌入而被冷卻，而且其中一部分熱量散失到煤層和圍巖（底板、頂板等)中。當煤層厚度小于2m時，圍巖的冷卻作用劇烈變化，對煤氣熱值影響甚大。l 煤層傾角：任何傾角的煤層都可以用地下氣化方法開采，緩傾斜和近水平煤層在頂板容易錯動及不

6、穩定的條件下，氣化開采難度比較大。 4.影響煤炭地下氣化的主要因素氣化爐的結構如前所述，傳統氣化工藝的氣化爐和“長通道、大斷面、兩階段”爐以及定向鉆井法爐進行氣化的氣化結果有明顯差異。4.影響煤炭地下氣化的主要因素溫度溫度場對煤氣熱值的影響是顯著的。維持一個高溫溫度場和相對較長的氣化通道有利于煤氣熱值的穩定和提高。同時，溫度是決定煤氣產品組成的主要因素，提高溫度可促使二氧化碳的還原，使CO含量增加。隨著溫度的增加，水蒸氣的分解速度也增加，這就增加了煤氣中的可燃成分氫氣4.影響煤炭地下氣化的主要因素氣化劑空氣富氧+水蒸汽富氧4.影響煤炭地下氣化的主要因素涌水 煤炭地下氣化爐內溫度場的一個重要影響

7、因素就是煤層的含水量。在干燥煤層中實施煤炭地下氣化時，需要注入水蒸氣調整煤氣中氫氣的含量。在含水比較小的煤層中進行地下氣化時，煤層的水有助于氫氣的生成；當煤層含水量比較大時，水的相變和分解會消耗大量的熱能，導致爐內溫度下降，進而使得煤氣組分變差，就需要采取有效措施(如增加氣化劑的鼓風量)降低煤層含水的影響。5.煤炭地下氣化技術的發展方向 煤炭地下氣化技術（UCG）已經已經呈現出與其它清潔能源技術相結合的趨勢，發展出一系列綜合清潔能源技術，主要包括：煤地下氣化（UCG）整體循環發電（IGCC）碳俘獲與地質封存（CCS）相結合；即UCG-IGCC-CCS聯合技術。煤地下氣化（UCG）氫地下氣化-燃料電池（AFC）碳俘獲與封存（CCS）相結合；即UCG-AFC-CCS技術。煤地下氣化（UCG）氣變液、化工碳俘獲與封存（CCS）相結合；即UCG-GTL-CCS技術。6.結語 煤炭地下氣化技術（UCG）作為一種開采地下煤炭資源的新技術，較傳統物理井工開采有明顯的優點。不僅可以回收礦井遺棄煤炭資源，而且還可以用于開采井工難以開采或開采經濟性、安全性較差的薄煤層、深部煤層、“三下”壓煤和高硫、高灰、高瓦斯煤層；地下氣化燃燒后的灰渣留在地下，減少了地表下沉，無固體物質排放，煤氣可以集中凈化，大大減少了煤炭開采和使用過程