煤炭地下气化技术现状及产业发展计划分析Word下载.docx
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1.2关键技术类型
1)有井式气化技术。
该法又称巷道式地下气化炉技术(图2)在开采或废弃的煤矿井中建地下气化炉,以人工掘进的方式在煤层中建立气化巷道,并在进气孔底部巷道筑一道密闭墙(促使定
向燃烧煤层),然后便可将密闭墙前面的煤炭点燃气化,从一个井筒鼓风,通过平巷,由另一个井筒排出煤气。
此法只应用于关闭矿井中遗弃资源的回收,须进行井下施工,作业环境和安全性差,这对其应用带来不利。
除新奥集团内蒙古地下气化试验外,我国已完成的UCG项目以及正在进行前期工作的绝大部分UCG项目都是有井式的。
2)无井式气化技术。
该法采用常规的油气钻井技术钻孔(图
3),很好地发挥了石油企业的钻井技术优势,免去了巷道式建地下气化炉的条件限制。
相比于“有井式”气化炉,“无井式”
气化建炉具有工艺简单、建设周期短的特点,适用于整装煤田的大规模地下气化,也可用于深部及水下煤层气化。
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无井式煤炭地下气化法从地面向煤层打直径150〜400mm、间距10〜40m的一系列钻孔,两钻孔之间贯通形成气化通道,点火气化。
双孔式气化技术中两孔间的贯通方法常用的有低压火力渗透贯通法、高压火力渗透贯通法、电力贯通法、水力压裂贯通法以及定向钻孔贯通法5种。
1.3产气率及产品气组成
1)产气率。
产气率与煤质、赋存条件以及采用的气化剂种类等有关(表1)。
一般来说,气化烟煤时,如果采用空气作为气化剂,煤气热值1200kcal/Nm3,产气效率大约为3830Nm3/t,若采用富氧水蒸气作为气化剂,煤气热值2200kcal/Nm3,产气效率大约为2100Nm3/t。
2)产品气的组成。
煤炭地下气化产品气的组分与煤阶、气化
剂类型以及工程技术等因素相关,与地面煤炭气化产品气组成基本一致,不同煤阶、气化剂所对应的产品气组分如表2所示。
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2国内外煤炭地下气化(UCG)技术发展现状
2.1国外主要技术现状
1)前苏联UCG技术。
前苏联是世界上进行煤炭地下气化试验研究最早的国家,也是地下气化工业应用最成功的国家之一,我国目前比较先进的煤炭地下气化技术主要是在前苏联技术基础上发展起来的。
前苏联最初试验于1933年,到20世纪60年代初期,在莫斯科近郊、顿巴斯和库兹巴斯已有5个商业规模的地下气化试验区,利用气化技术已回收了约1500万t煤,生产煤气超过500亿m3,所生产的煤气用于发电或工业燃料。
1942年苏联在莫斯科近郊煤田又试验成功无井式地下气化炉,同时还发展了各种贯通技术,由过去的渗透技术转向定向钻孔贯通技术,以求得长距离贯通。
在气化技术上,他们对气化剂进行了试验,由过去的鼓入空气得到低热值煤气转向鼓入氧气得到中热值煤气,大大提高了煤炭地下气化技术的水平,从而在苏联和世界各国得到推广。
该地下气化技术的优点表现在:
a逆向火力燃烧+定向钻进,形成渗滤气化通道;
b采用U型结构实现煤层预热,减小热损,提高气化效率;
c实现多点移动注气、多孔稳定出气,保证煤气产量;
d实现中等规模生产。
缺点表现在:
a气化钻孔比较多,气化炉成本高;
b对地质水文要求比较高;
c缺少富氧和纯氧运行经验。
2)美国CRIP(controlledretractioninjectionpoint,受控注入点后退气化)工艺。
美国劳伦斯•利弗莫尔国家实验室1976年开始
研究地下煤气化,在模拟研究和实验室研究的基础上,研发出受控注入点后退气化工艺(CRIP)。
这种新工艺把定向钻进
和反向燃烧结合在一起,定向钻孔先打垂直注入孔和产气孔,到达煤层后,从注入孔沿煤层底板继续打水平孔,直到与产气孔底部相交,然后在钻孔中下套管。
开始气化时,用移动点火器在靠近产气孔的第一个注入点烧掉一段套管,并点燃煤体,燃烧空穴不断扩展,一直烧到煤层顶板,待顶板开始塌落时,注入点后退相当于一个空穴宽度的距离,再用点火器烧掉一段套管,形成新的燃烧带,如此逐段向垂直注入孔推进。
a注气点移动实现气化工作面控制;
b热解带减小,气化效率提高,减少了通道堵塞及钻
孔堵塞;
c从事了富氧试验。
a点火操作比较复杂;
b
气化规模小,生产不连续不适用于规模生产。
3)加拿大£
UCGTM技术。
成立于1994年的加拿大ErgoExergyTechnologies公司的地下煤气化技术是目前最受关注的技术之一,近年其专有的£
UC
GTM技术已被多个国家的多个公司选用来建设试验装
置(表3)。
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该方法基于前苏联地下煤气化开采技术,利用煤层中已存在的
天然通道并对其进行改良,建立连接注入井和生产井之间的通道来解决无法建立有效贯通通道问题。
2.2国内技术现状
我国煤炭地下气化试验研究发展主要在20世纪80年
代以后。
目前也由实验室试验研究、现场试验研究逐步转向工业示范生产应用,开发了具有自主知识产权的煤炭地下气化技术。
目前工业示范情况比较好的是新矿集团(有井式技术)和新奥
集团(无井式技术),它们都与中国矿业大学进行合作。
1)新矿集团“有井式”UCG技术。
新矿集团地下煤气
化1999年开始试验研究工作,2000年3月点火成功,同年7月正式向1万余户居民供生活用燃气。
于2001
—2002年相继建成了协庄气化站、鄂庄气化站(一期),
并一次点火成功。
目前日产气量达到10万m3,煤气热值
达到11.26MJ/m3。
2002年地下煤层气化申报了
国家“863”计划“煤炭地下气化稳定控制技术的研究”课
题,获得科技部批准并被列入中国“863”计划和试验基地。
2)新奥集团“无井式”UCG技术。
2007年1月,
新奥集团投资2亿多元组建乌兰察布新奥气化采煤技术有限公
司,与中国矿业大学和乌兹别克斯坦Angren气化站共同
开展“无井式煤炭地下气化试验项目”研究。
同年10月,
我国首套日产煤气15万m3/d的无井式煤炭地下气化试验
系统和生产系统一次点火成功。
该试验现场已具备供热、发电、
生产化工原料的能力,取得了一批创新性研究成果,申报了9
项专利。
这项研究创新地构建了“L型后退面扩展”的全新结构
地下气化炉,创造性地开发了气化通道贯通技术、气化通道疏通技术和无井式气化,造气成本仅为地面气化造气的40%左右。
截止到2011年年底,新奥集团乌兰察布气化站已连续运行四年,第三个试验炉稳定运行900天,热值和组分稳定,
发电机连续运行780天,空气连续气化生产气量30
万m3/d,富氧连续气化生产气量15万m3/d,达到
了工业化生产要求。
2.3世界主要UCG项目
1)澳大利亚Chinchilla项目。
澳大利亚煤炭
资源丰富,包括Line能源公司、CarbonEnerg
y有限公司在内的多家企业在开发UCG项目,其中Lin
e能源公司UCG项目最为典型,其位于澳大利亚昆士兰的Chinchilla项目是迄今西方国家中运行成功的最大试验项目,技术采用加拿大的&
该项目
于1999年12月26日开始产气,2003年4月完成试验和有控制的停运。
期间共钻了9口工艺井,煤层厚1
0m,深约140m,共气化煤35000t,最大产气量
约80000m3/h,相当于70MW电力。
最近Chinehilla的4号UCG发生器已投运,同时计划建
设5号发生器°
Linc能源公司以空气为气化剂获得的合成气低热值约为5MJ/Nm3、压力110kPa、温度3
00C,典型组成(剔除氮气后计算)为H232%,
CO17%,CH418%oH2/CO摩尔比为1:
81,
很适合用于通过GTL工艺合成油。
2007年Line公司收购了乌兹别克斯坦的Angren地下煤气化厂(目前唯一运转的工业化装置),并获其
相关知识产权。
Linc的ChinehillaUCG装
置所产气体主要用作发电机组的燃料,其规模将来可能扩大到400MW。
正在与美国合成石油公司合作开展煤制油,计划建设一个大的煤制油装置。
2)安格连斯克(Angren)UCG项目。
该项目位
于乌兹别克斯坦,于1961年投产,至今一直在生产。
气化煤阶为褐煤,煤层厚度4〜24m,煤灰分含量25%〜
28%,含水31%〜3
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