国外煤炭地下气化调查.doc

国外煤炭地下气化调查 2002-06-10 ? ??? １　历史 　　 1868年，德国科学家威廉·西蒙斯首先提出了煤炭地下气化(UCG)的概念。1888年，俄罗斯 化学家门捷列夫提出了地下气化的基本工艺。1907年，通过钻孔向点燃的煤层注入空气和蒸 汽的UCG技术在英国取得专利权。1933年，前苏联开始进行UCG现场试验。1940～1961年建成 5个试验性气化站。其中规模较大的是俄罗斯的南阿宾斯克气化站和乌兹别克斯坦的安格连 斯克气化站。这2个气化站都采用无井(筒)气化工艺。前苏联的试验性气化站，生产的煤气 热值低，产量不稳定，成本高。1977年,安格连斯克等气化站被关闭。南阿宾斯克气化站气 化烟煤，到1991年累计产气90亿m3，煤气平均热值3.82MJ/m3(1600kcal/m3)。安格连 斯克气化站气化褐煤，1987年恢复运行，生产低热值燃料气供发电。 　　20世纪50年代，美、英、日、波、捷等国也都进行UCG试验，但成效不大。到50年代末都停 止了试验。70～80年代，除前苏联外,美国、德国、比利时、英国、法国、波兰、捷克、日 本等国都进行试验。 　　美国UCG研究试验投入大量资金。劳伦斯·利弗莫尔、桑迪亚国家实验等研究机构，应用高 技术进行UCG的实验室研究和现场试验。到20世纪80年代中期，共进行29次现场试验，累计 气化煤 炭近4万t，煤气最高热值达14MJ/m3。劳伦斯·利弗莫尔国家实验室开发成功的受控注入 点 后退(CRIP)气化新工艺，是UCG技术的一项重大突破，使美国UCG技术居世界领先地位。美国 UCG试验，证实了UCG的技术可行性，但产气成本远高于天然气，据美国能源部1986年评估报 告， 地下气化成本为4.8美元/MBtu，而天然气井口价仅1.7美元/MBtu(1989年，1MBtu=28m 3天然气)，汉那商业性地下气化站设计预估成本高达10.4美元/MBtu。  　　西欧国家(英国、德国、法国、比利时、荷兰、西班牙)深度1000m以下和北海海底煤炭储量 很大。石油危机后，这些国家试图采用UCG技术从不能用常规方法开采的深部煤层取得国产 能源。1976年，比利时和原西德签署了共同进行深部煤层地下气化试验的协议，1979年在比 利时成立了地下气化研究所，进行UCG实验室研究和现场试验。1978～1987年，在比利时的 图林进行现场试验。气化煤层厚2m，倾角15°，深860m。第一阶段采用反向燃烧法，试验失 败。后来采用小半径定向钻孔和CRIP工艺，试验基本成功。1988年，6个欧盟成员国组成欧 洲煤炭地下气化工作组，进行验证深部煤层地下气化可行性的商业规模示范。1991年10月到 1998年12月，在西班牙特鲁埃尔进行现场试验。气化煤层厚2m，深500～700m，采用定向 钻孔和CRIP工艺。 　　罗马尼亚正在日乌河谷烟煤煤田进行UCG试验，目的是弥补天然气供应不足。 　　除上述国家外，计划进行UCG试验或建设气化站的国家有：印度、巴西、泰国、保加利亚、 新西兰。 　　2　技术进展 　　2.1　　早期的有井(筒)式气化工艺 UCG试验采用有井(筒)式工艺，需要开凿井筒、掘进巷道，或利用老矿的井巷。这违 背了地 下气化的基本宗旨是避免井下开采作业的初衷，而且准备工作量大，产气量小。1935年以后 ，发展无井(筒)式工艺，即从地面向煤层钻孔。过去50年，国外所有UCG试验和可行性研究 都采用无井(筒)式工艺。 　　2.2　　UCG描述 　　最简单的UCG工艺是按一定距离向煤层打垂直钻孔，再使孔间煤层形成气化通道。然后通过 一个钻孔把煤层点燃，注入空气或氧/蒸汽，煤炭发生热解、还原和氧化等气化反应。蒸汽 提供反应所需的氢，并降低反应温度。产生的煤气从另一个钻孔引出，煤气的主要成分是H 2 、二氧化碳、CO、CH4和蒸汽，各种组分的比例取决于煤种、气化剂和气化效率。注入空气和 蒸汽 产生低热值煤气(3.9～6.3MJ/m3)；注入氧和蒸汽可得中热值煤气(8.2～11.0MJ/m3)。 低热 值煤气可就地发电或做工业燃料；中热值煤气可作燃料气或化工原料气，原料气可转化成汽 油、柴油、甲醇、合成氨和合成天然气等产品。UCG的关键技术问题是连续钻孔的方法，即 贯通技术、煤层勘测和气化过程的控制。 　　2.3　　贯通技术 　　迄今已试验5种贯通方法：电力贯通，爆炸破碎，水力压裂，反向燃烧，定向钻孔。只有后 两种方法证明是可行的。 　　（1）电力贯通。这是早期采用的方法，因煤层电阻大，耗电太多，而效果不好，早已淘汰 。 　　（2）爆炸破碎法。70年代，美国试验爆炸破碎法，未能使煤层产生足够的渗透性，而且难 以控制。 　　（3）水力压裂