创新点
总结了煤炭地下气化的技术特点及研究成果，并指出了其工程科技问题。煤炭地下气化技术有三种类型：长壁式气流法气化技术、渗透式气化技术、控制后退注气点气化技术。煤炭地下气化基础研究包括地质评价，实体煤层燃烧、热解、气化、贯通特性及气化过程特征场的演化规律，煤层上覆岩在高温作用下的热物性变化及冒落规律，地下煤气化污染物在燃空区的富集、迁移规律；煤炭地下气化工程技术开发包括规模化生产地下气化炉结构及构建技术，地下气化连续稳定控制技术，注气点移动控制装备，煤炭地下气化安全技术，污染物监控及燃空区管理技术，低成本的火区探测及气化过程分析技术，煤炭地下气化多联产技术。
作 者
梁 杰1,王 喆1,梁 鲲1,李玉龙1
1. 中国矿业大学(北京) 化学与环境工程学院；2. 中国矿业大学(北京) 共伴生能源精准开采北京市重点实验室
1研究背景
煤炭地下气化(UCG)就是将煤炭在原位进行有控制的燃烧,通过煤的热解以及煤与氧气、水蒸气发生的一系列化学反应,产生H2,CO和CH4等可燃气体的过程,UCG也被称作“ 气化采煤” 或“化学采煤”。作为新一代化学采煤技术,UCG集建井、采煤、转化工艺于一体,是对传统物理采煤技术的重要补充,实现了地下无人生产,避免了人身伤害和矿井事故发生;避免了煤炭开采、运输环节带来的粉尘污染,气化后的矸石、灰渣留在地下,减少了地表固体废弃物堆积带来的环境影响,在一定程度上防止地表沉降;UCG技术适用于难采煤层、低品位煤层,特别是深部煤层的原位开采与转化,提高了资源利用率,并能带动煤炭、电力、化工等传统产业的发展。
鉴于煤炭地下气化技术的显著优点,世界许多国家相继投入了大量的人力和物力进行研究和使用,取得了丰硕的成果。我国也由实验室基础理论研究、现场试验研究,逐步向工业化生产迈进。
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摘 要
介绍了国内外煤炭地下气化的研究历程,总结了煤炭地下气化的技术特点及研究成果,并指出了其工程科技问题及应用前景。
结果表明,在100多年的开发研究过程中,形成了3种类型的煤炭地下气化技术:
①长壁式气流法气化技术,进气点和出气点固定,分别位于气化通道的两端,一个井进气,另一个井出气,利用气流流动速度控制气化工作面的移动。
②渗透式气化技术,利用煤层自然裂隙或人造裂隙作为气化通道。
③控制后退注气点气化技术,在气化通道中设置注气管,利用注气管连续或间断后撤,实现注气点连续或间断后退移动。
国内外煤炭地下气化技术还没有实现大规模产业化,需要进一步加强基础研究和工程技术开发,基础研究包括地质评价,实体煤层燃烧、热解、气化、贯通特性及气化过程特征场的演化规律,煤层上覆岩在高温作用下的热物性变化及冒落规律,地下煤气化污染物在燃空区的富集、迁移规律。
工程技术开发包括规模化生产地下气化炉结构及构建技术,地下气化连续稳定控制技术,注气点移动控制装备,煤炭地下气化安全技术,污染物监控及燃空区管理技术,低成本的火区探测及气化过程分析技术,煤炭地下气化多联产技术。煤炭地下气化技术可以回收老矿井遗弃煤炭资源和开采深部煤炭资源,对保障我国能源安全具有重要的战略意义。
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中图片
长壁式气流法煤炭地下气化炉
孙村煤矿地下气化炉结构
煤气热值、产量稳定性情况
渗流气化通道贯通和气化过程
控制后退注气点气化技术
分离控制后退注气点-水雾化气化状态
煤炭地下气化技术体系
煤炭地下气化多联产系统
煤炭地下气化技术路线
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研究方向
煤炭地下气化
主要成果
长期致力于煤炭地下气化技术的研究和教学工作,筹建了煤炭地下气化中心实验室，在地下气化过程一般规律、气化过程稳定控制技术、测控技术、环境保护技术等方面做了大量的理论和试验研究工作。分析了地下气化反应体系中独立反应方程和物理化学反应特性，建立了煤炭地下气化过程数学模型；开发了矿井式气化-“长通道大断面分离控制注气点煤炭地下气化技术”，适用于老矿井遗留煤炭资源回收；开发了钻井式气化-“分离控制注气点后退-水雾化煤炭地下气化技术”和“化石能源低碳共采技术”，适用于难采煤层和深部煤层地下气化。为煤炭地下气化技术的应用奠定了基础。
梁杰,王喆,梁鲲,等. 煤炭地下气化技术进展与工程科技[J]. 煤炭学 ,2020,45(1):393-402.
LIANG Jie,WANG Zhe,LIANG Kun,et al. Progress and technology of underground coal gasification[J]. Journal of China Coal Society,2020,45(1):393-402.
审 核：常琛
End
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