煤炭地下气化是什么?关于煤炭地下气化的详细介绍

创闻科学2020-11-17 12:21:50

煤炭地下气化作为新一代的化学采煤技术,安全、环保优势显著,能够实现井下无人生产,从根本上避免了各种矿难事故的发生导致的人员伤亡,具有广阔的应用前景,深入认识并掌握煤炭地下气化的反应过程、技术特征及其影响因素,通过科学选址、因地制宜地选择合理的工艺技术路线,方可实现煤炭地下气化的稳定生产。

基本概念

通常是指集建井、采煤、转化工艺为一体的多学科开发清洁能源与化工合成气的新技术。其

特点主要就是将处于地下的煤炭进行有控制的燃烧,通过对煤的热作用及化学作用而产生可燃气体的过程。

煤炭地下气化原理及过程

煤炭地下气化过程是在煤层中人工开掘的气化通道中进行的,将地下的煤层点燃建立火源后,

从地面的一个钻孔向煤层鼓入气化剂,使煤层燃烧而进行气化,另一钻孔排出煤气。将污染物如煤矸石、二氧化碳等废物留在地下,既减少了碳的排放,保护了环境,又防止了安全事故的发生,煤炭地下气化原理及过程如图所示:

煤炭地下气化基本特征

(1)地面固定床气化(与地下气化过程类似)是在相对均匀的小煤块(相对均匀的竖直渗流床)中进行的,且气化区边界无质量交换,而煤炭地下气化过程中由于煤层不规则的冒落,形成了不均匀大尺度煤块的水平渗流床,气化区边界是有质量交换的煤层,因而比地面气化更具有复杂性。

(2)地面固定床气化是氧化带、还原带、干馏干燥带相对空间位置不变,通过料层的移动(加煤、排渣) 来保持气化过程的连续,在煤炭地下气化过程中料层(煤层) 不能移动,而是通过燃烧工作面(气化工作面) 的移动来保持气化过程的连续,而且各反应带的长度在不断改变。

(3)地面气化炉炉堂截面是不变的,而煤炭地下气化过程中因煤层及岩层冒落,气化通道截面不断发生变化,此外,气化反应通道与煤层的顶底板发生热量交换,不利于气化过程的进行。虽然煤炭地下、地面气化技术在工艺上有所不同,但基本的化学反应原理是相同的。因此,可以借助地面气化过程的热力学及动力学分析方法来研究地下气化过程的物理化学特性。

煤炭地下气化技术优势

煤炭地下气化与地面气化从根本上说有一定的区别,地下气化同时完成了地下采煤、选煤配煤和地面煤炭气化等过程,地下气化炉由少量而简单的井下巷道、管路和地面的制氧、供汽、净化设施组成,替代了庞大、笨重的井下采煤设备和复杂的地面气化设备设施。用少量而简单的操作,代替繁重而危险的大量体力劳动,变传统的物理采煤为化学采煤。因而具有系统简单、安全性好、投资少、效益高、污染少、资源利用率高等优点,被誉为第二代采煤方法,具体特点如下:

(1)取消了繁杂的包括选煤、配煤、备煤、气化、排渣等的地面造气系统。

(2)矿井建设投资减少50%以上,化工厂或液化厂建设投资减少30%以上。

(3)煤气生产成本减少三分之一到二分之一以上。

(4)将环境污染控制在源头,消除了煤炭运输、造气产生的烟气烟尘、灰渣排放的污染,大大减少了常规采煤造成的地面沉陷。

(5)地下气化技术可在新矿井或新采区实行,也可在老矿井中回收用常规方式不能回采的部分煤炭资源,提高资源利用率。

(6)可回收老矿井遗弃煤炭资源,开采低品位、难采和深部煤炭资源,资源利用率由井工方法的15% ~50% 提高到 70% ~90% 。

(7)煤炭地下气化技术工艺较灵活,对所有煤种皆可,以煤化程度低的褐煤和长焰煤为最佳。

(8)降低人员劳动强度,实现地下无人生产,提高操作的安全风险系数。

(9)煤炭气化后的残渣继续留在地下,减少地表面的塌陷同时满足了环保要求。

(10)在经济方面充分提高了煤炭利用价值,带动煤、电、化一体化的产业发展链条。

地下煤炭气化发展趋势

近年,随着煤炭地下气化技术的成熟,气化成本比地面气化大幅降低,煤炭地下气化技术进入提升产品价值和提高能量利用率的阶段。煤炭地下气化与新型煤化工技术耦合,通过纯氧或富氧气化,粗煤气经过净化、变换,调节H/C比,可作为下游新型煤化工的原料气,用于制取天然气、汽油、柴油及大宗化学品,提高产品附加值。此外,煤炭地下气化技术可与整体煤气化联合循环发电系统耦合,既可利用煤炭地下气化的低成本,降低IGCC发电成本,又可利用IGCC的高发电效率,提高能量利用率。目前,新建煤炭地下气化项目大多耦合这两种技术,符合煤炭低碳、高效、清洁利用,是煤炭地下气化技术发展的趋势。