文档介绍：煤炭地下气化发展趋势探讨与建议
(晋城煤业集团技术中心郭昭兴山西晋城 048006)
内容摘要:介绍了煤炭地下气化技术的由来与发展现状,对近年来我国煤炭地下气化的现状和发展趋势进行了介绍、分析,提出了建议。
关键词:煤炭地下气化探讨建议
1 煤炭地下气化技术的由来与发展现状
埋在地下的煤炭,通过井工或露天开采运到地面,又通过破碎、洗选、最后将适合造气工艺的煤炭投入炉内生产出可供取暖烧饭和制化工产品的煤气。能不能将未经开采的煤直接气化,生产可利用的煤气呢?这一设想最早是德国化学家威廉•西蒙斯在1868年提出来的,后来沙皇俄国的大化学家门捷列夫和英国化学家威廉•拉赛姆也提出了同样的设想并进行过试验。
1912年,英国首先做出了有井式煤炭地下气化的方案,但直到20世纪30年代前苏联才取得了试验的成功。此后,世界主要产煤国或工业发达国家也纷纷开展煤炭地下气化的试验,这其中主要有英国、美国、捷克、波兰以及日本等国家。煤炭地下气化的地下现场无人无设备,地面无气化炉,节省了投资保证了安全,当时被誉为“一个技术的伟大革命”、“开采技术上一场巨大的革命”。
国外当时采用的煤炭地下气化方式主要是无井式的,即在一定距离的煤层上方地面打钻孔,一个进气孔,一个排气孔,两孔在煤层内贯通,也可以在两孔中间打一辅助孔与气化通道相接。其工艺是在进气孔与煤层贯通孔(气化通道)交叉处将煤炭点燃并适量鼓入空气,煤炭经氧化产生二氧化碳并放出热量,随着气化向排气孔方向流动,整个气化通道被加热干
C O2+C →2 CO2-Q
H2O+ C → H2+CO-Q
CO+ H2O → H2 +CO2+Q
C+2 H2→CH4+Q
还原区
干馏干燥区
C→
CH4
+ H2
+ H2O
气化煤层
灰渣气化通道
C+O2→ CO2+Q
C+1/2 O2→ CO+Q
C+1/2 O2→ CO2+Q
氧化区
进气孔
排气孔
气流通道
辅助孔
图1 煤炭地下气化原理示意图
馏,二氧化碳与碳发生还原反应生成一氧化碳和少量氢气,最后在排气孔形成含一气氧化碳和少量氢气、甲烷以及氮气等混合组分的煤气(见图1)。
煤炭地下气化做为一项特殊的采煤方法和技术,在曾提出、研究和实验的一些国家是成功的,但利用这项技术形成产业化规模的实例不多,目前仍处于几十年前的状态。究其原因,分析起来可能有以下几个方面。
①气化断面小、气化通道短、产气量低
国外煤炭气化大都采用无井式,据资料介绍,从地面向煤层打钻孔,其直径不可能很大,;钻孔打入所要气化的煤层后需转向沿煤层底板钻进并与另一地点从地面打入煤层的钻孔贯通,其技术难度可想而知,两孔距离越远难度越大,所用时间长,成功率低,成本高,故只能取短距离从而形成气化通道短的必然现象;气化通道断面小、距离短必然导致气化煤量少生产煤气量少的结果。这样的结果不可能产生其后可供大规模工业化利用的产业链,推广应用价值有限。以前苏联为例,从1933年地下煤炭气化成功到1993年60年的时间里,共气化地下煤炭1300万t,尚不及晋城煤业集团2002年一年的计划产量。
②煤气稳定性差且不便常规运输
在确定了煤气的使用方案后,在煤气的供应中要求达到长期、足够、稳定的质量和数量要求,这些要求无论是生活用还是生产用煤气的过程都是至关重要的,很显然无井式煤炭气化技术达不到这个要求。能源的输送和运输是能源广泛利用的必然环节,而气体输送较之固体运输也存在很大的不利因素。气体输送必须在可承受一定压力的密封管道或容器中进行,而固体的煤用一般的铁路或公路普通的运输工具就可以了。
③世界石油能源的大规模开发和利用
中东地区和世界其它地区丰富石油储量的发现和大规模开采使世界石油价格大大降低,石油替代煤炭还能减少污染,因此世界工业化国家和富裕国家以石油替代煤炭而减少了煤炭的开采和利用,即使在煤炭储量多,采矿技术先进的国家例如德国也是如此。在这样的大环境中,采煤和煤炭地下气化已不再为人们所重视。
据说在20世纪70年代世界石油危机时,以美国为首的一些工业化国家曾在寻找和研究替代石油能源时进行过煤炭地下气化的研究和实验,在技术上有一些进展。随着世界石油危机的缓解仅将其作为一项技术储备而束之高阁。
我国开展煤炭地下气化技术研究工作较世界上一些其他国家晚,在20世纪50年代末60年代初的中苏友好时期,曾在我国黑龙江省的鹤岗、辽宁省的抚顺、吉林省的蛟河和山西省的大同等矿区进行过试验。分析这项技术在我国第一次兴起和中断,虽然与当时中苏