积极推进煤炭地下气化的产业化
2002-05-17 00:00 来源： 我的钢铁 作者：mysteel
1 煤炭地下气化的发展概况?
百年前化学家门捷列夫提出“煤炭地下气化”的设想，得到了列宁的高度赞赏和肯定，为此 前苏联政府作出了进行煤炭地下气化的试验应用的决议。1979年联合国召开世界煤炭远景会 议确定：“发展煤炭地下气化是世界煤炭开采的研究方向。”我国科学技术中长期发展纲要 ，把“完成煤炭地下气化研究试验和建立商业性煤炭地下气化站”确定为战略目标和关键技术之一。我国政府和科技工作者对此也极为关注。煤炭地下气化不仅历史悠久，而且经过长期 的研究与实践，已经取得很大成功。30年代初，前苏联首先进行了煤炭地下气化试验，解决 了无井式地下气化的技术问题，并建成了10多个地下气化站。1950年全苏生产地下煤气3亿m3，1960年增至23亿m3， 以后又不断发展。地下煤气既供锅炉燃用，也应用于发电， 输送 距离长达20km。二次大战后，美、英、法、德等国家也开展了煤炭地下气化的研究试验工作 ，取得不少经验和成果。1988年欧洲6国联合组织进行了野外试验，证明在500～700m深煤层 中实现地下气化是可行的，能获得较好的经济、社会与环境效益；可向未来能源和化工提供 具有竞争力的综合性气体，是实施煤炭洁净开采与利用的有效途经之一。?
我国于50年代末，在安徽、山东、河南、黑龙江等省进行了煤炭地下气化的试验，取得 了一定成绩和经验。1984年中国矿大余力教授总结研究了国内外煤炭地下气化的经验，结合 我国煤炭资源的开采状况，提出了有井综合式《长通道、大断面、两阶段》地下气化新工艺 。1987年在徐州马庄矿报废的开采水平进行现场试验之后，被列入国家“八五”科技攻关项 目。1994年在徐州新河矿进行半工业性试验并取得成功，通过了煤炭部的技术成果鉴定。接 着1996年又在唐山刘庄矿进行工业性试验与应用，至今已持续生产5年多。由中国矿大地下 气化研究中心、济南煤炭设计研究院与新汶矿业集团合作，设计研究和开发的孙村矿地下气 化站，于1999年9月开始设计、2000年4月即成功产气。前后仅8个月时间，充分显示了地下 气化工程工期短、见效快的优点。该站是在孙村矿早己结束生产的水平修复废巷进行准备， 利用与邻矿边界处遗留的煤柱建造两个地下气化炉，使长期呆滞无法开采的资源得到了回收 。该站可日产水煤气4万m?3(热值2000～2500kcal／m3左右)，成本约0.2元／m3。地 下煤 气不仅代替了原地面煤气站使用外来煤生产成本高达1.05元／m3的地面煤气供居民使用 ， 而且用于锅炉和燃气机发电，取得了显著的经济效益。山东省科委组织国家科技与煤炭部门 的各方面专家教授，对该项目进行鉴定认为：“该成果在气化试验研究的深度、系统性和规 范性方面取得突破性进展，是一项从造气到应用的成功的产业化示范工程，达到国际领先水 平，具有广泛推广应用前景。”?
由于我国采用了有井综合式《长通道、大断面、两阶段》等具有中国特色的地下气化新 技术工艺， 比之外国搞的无井式(全部用钻孔)地下气化工艺，有了重大发展和突破。使煤 炭地下气化炉的产量和煤气热值大为提高，气化煤层条件和应用范围扩大，而且可充分利用 老矿井的设施，易于实现并缩短工期，降低成本，提高效益。
2 煤炭地下气化的优点
煤炭地下气化技术的基本概念与特征，可概括为如下五项。?
（1）一种高新的采煤技术方法：与传统的物理采煤法有着根本的区别，地下气化是一 种化学采煤法，将埋藏在地下的煤炭就地进行有控制的燃烧，通过对煤的热作用与化学反应 产生可燃气体输送出来。?
（2）二无采煤工作面：无人、无设备。?
（3）三合一的工艺：即集建井、采煤、气化三大工艺合为一体，在地下联合完成。?
（4）四个控制与稳定技术：监控保证稳定的地下燃烧；控制达到稳定的煤气产量；调控 保持稳定的煤气热值；测控维持稳定的煤气组分。?
（5）五大优点：①充分利用煤炭资源，各煤矿都有大量的遗留丢失煤柱和不经济开采煤 层，以及劣质煤、高硫煤、“三下”压煤等，均可通过地下气化回收出来；②建设投资省 、工期短、见效快，比井工开采大为节省投资和缩短工期，很快投产见效，比地面气化站 可节省大量设备、占地和费用； ③生产管理简单，用人少，安全好，比井工开采可提高工 效3倍；④ 经济效益显著，开采1t原煤仅能销售150元左右，地下气化后可产生2000～3000 m?3煤气，售价可达1500元左右，使煤炭的价值和企业收益提高10余倍，并且可实现煤(地 下 气化成煤气)、热(煤气给工业与民用供热)、电(使用煤气发电)、化(应用煤气转成化工产品 )、能(利用煤气提取洁净能源――氢能、甲醇、二甲醚等)的综合开发利用和多种经营，其 经济效益十分可观；⑤对环境保护特别有利。可以取消煤矿矸石山和电厂与地面气化站 的废渣场，避免大量占地和破坏生态平衡；地面变烧煤为燃气与使用洁净能源，可根除大气 污染（高硫煤气化后易于脱硫，且可转变为有价值的化工产品）；还可减小地面沉陷(煤层 燃烧后遗留的灰渣及残余煤可充填燃空区)，有利于“三下”采煤保护地面设施。
3 煤炭地下气化应抓好10个方面的工作
山东省有关部门已经把煤炭地下气化列为洁净煤技术产业化发展的关键技术之一。新汶(二 期)和里能集团(电厂扩建)等大型地下气化的产业化项目，已在积极立项和实施之中。济南 市拟将一些燃煤工厂迁到郊外改为燃用地下煤气。肥城、兖州、枣庄等矿区也积极准备开发 地下煤气化产业。因此，为了贯彻国家煤炭产业政策，加快实现煤炭产业结构调整和推行洁 净煤技术，实施“煤变电”、“煤变气”、“煤变油”等发展新途径，使煤矿走出困境、焕 发活力、提高效益，地下煤气化事业将在我国迅速兴起。为了保证我国地下煤气化的产业化 ，能 够快速稳步、高产高效、安全健康地向前推进和发展，应当按照系统工程的思路，认真抓好 以下10个方面的工作。
(1)地下气化产业化。在当前市场经济体制下，煤炭地下气化作为煤炭开采的一种高新 技术，必须实现产业化才能转化为真正的生产力，而体现其实际价值。否则，如果还一直停 留在试验阶段，不仅资金难以解决而无法进行和维持，而且技术也难以提高和发展。可以 说，经过国内外几十年来的科学试验和实践应用，地下煤气化技术工艺已经达到了一定的可 靠程度。特别是近十几年来，我国的地下气化技术更是得到了长足发展，我国已经具备了推 进地下煤气化产业化的技术基础和生产应用的管理经验。?
（2）气化产品市场化。在当前市场经济条件下，推进地下气化产业化的重要前提和保 证是气化产品的应用市场。虽然气化产品的用途很广泛(包括：民用、锅炉、工厂、发电 、化工等等)，但在做地下煤气化的产业化项目的可行性研究时，必须对产品的用途、用户 和销售市场进行调查研究并认真加以落实。否则，很可能使气化站投产之后，因产品缺乏 用户销路，而减产甚至停产造成重大损失。这样教训已经发生。为避免出现这种状况，最好 预先与用户签订必要的合同协议。?
（3）产品转化多样化。地下煤气作为燃料供应民用、锅 炉和工厂燃用，是其最直接最简单的用途。虽然其价值和好处比燃煤要增大许多，但这种使 用数量与应用价值还是很有限的。若能用以发电，并实现燃气轮机及蒸气轮机循环联合发电 的《IGCC》技术，其经济效益可得以提高。如果进一步搞化工，生产洁净新能源(氢能、甲 醇、二甲醚等)，其价值就会大幅度增长。因此，应当大力拓宽地下煤气的转化与应用途径 ，以充分发挥地下煤气化高新技术的应有效益。?
（4）技术经济合理化。在市场经济环境中 ，推进地下煤气化产业化的中心是要获得良好的经济效益。为此必需使产业化工程项目的技 术经济合理化。要根据煤层条件、煤质特征、建设条件、用户要求等因素，因地制宜，经过 多 方案比较，选择切实可行的技术工艺和建炉建站方案，力求实现少投入、快产出、多产出、 低成本、高利润、高效益，以保证项目顺利实施和企业的可持续发展。?
（5）气化企 业规模化。为了保证地下气化产业的技术经济合理化，地下气化企业应具备相应的一定规模 ，形成规模化的生产和实行规模经营，以取得规模经济的应有效益。在资源、工艺和资金、 市场等条件许可下，应尽量适当地加大气化站的生产规模，以节约每立方气的投资与生产成 本，尽可能提高企业经济效益。?
（6）建设生产正规化。为了顺利健康地推进和实现地 下煤气化产业化的事业和目标，应该使之进行正规化的建设与生产。特别是在开始推行阶段 更有必要强调、倡导并规定地下气化工程建设和企业生产管理的正规化要求。切实防止出现 盲目随意与混乱的状况，而影响和搓伤地下煤气化产业化的进程，尽可能减少和避免不应有 的损失。?
（7）保障生产安全化。地下气化是在矿井底下燃烧煤层，已经冲破了现行煤矿安 全规程的有关规定，因此非常有必要尽快制定地下气化的相应安全规程规定。在还没有进行 地下气化之前，害怕在地下点火燃煤违反规程发生事故而不敢作为；一旦试验成功了 就胆大妄为，认为不会发生安全问题，这两种倾向都是要不得的。当前必须特别强调保 证地下气化安全生产的问题，绝对不能有丝毫的麻痹和疏忽大意，以免给产业化带来严重隐 患和危害。为此，工程设计、施工建设与生产管理，都务必采取严格严密严明和切实可靠的 、地下与地面的综合预防和治理各种灾害的措施， 以保障地下气化站的安全生产。?
（8）监控管理电脑化。地下气化是煤层在工作面无人情况下进行有控制的燃烧与化学反应 ，检 测监控是其关键技术。根据现在科学技术发展状况，可以通过各种手段对地下气化与气流通 道的温度、气压、流速、流量和煤气组份与热值以及燃空区状态等，随时进行检测，以掌 握地下气化的运转情况，并及时加以调控。同时采用计算机在地面集中进行检测监控。实现 地下气化与地面运行全过程电脑化监控管理。
（9）工程设计规范化。中央领导指出：设计是工程的灵魂，在建设项目确定之后，设计就 成了基本建设中的关键问题了，企业在建设的时候能不能加快速度、保证质量和节约投资， 在建成以后能不能获得最大的经济效果，设计工作起着决定性的作用。因此 ，地下煤气化工程设计及其规范化就成为产业化非常重要的问题，应该引起高度重视。必须 根据规范化的、并经过有关部门审批的正式设计，组织施工、选购设备、管理生产，才有可 能保证以上各项目标的实现。设计应根据工程项目的具体煤层地质与建设条件、用户与业主 的要求等实际情况，进行调查研究方案比选，确定气化工艺和工程的设计原则和布置方案。 为了切实掌握煤质特征，合理确定设计技术参数，应取煤样进行气化试验。目前我国主要集 中在现有生产或报废的矿井进行地下气化，这样虽然具有投资省、建起快等好处，但也使其 应用和发展受到限制。应当在新建矿井中因地制宜同时考虑在不适宜传统开采的区段，采用 气化的方法采出。设计建设成既出煤炭、又出煤气的联合矿，使两种采煤方法有机结合相互 补充各得其所，以最大限度地提高煤矿效益和资源利用率。?
（10）科研实验高深化。虽 然目前煤炭地下气化技术，在实施地下有控制的燃烧、产生可应用的煤气、提高煤气产量与 热值等方面，取得了一定的成功和经验，但是检测监控的技术手段与设备、气化剂的配备与 改进、燃空区的控制与管理， 以及各种不同地质条件与煤质特征下，特别是特薄、特厚、 极缓倾斜等较难气化煤层的气化技术工艺等等问题，还需要进一步深入研究与实验，切实加 以解决和不断完善提高，努力推动我国煤炭地下气化技术发展到一个新水平。
百年前化学家门捷列夫提出“煤炭地下气化”的设想，得到了列宁的高度赞赏和肯定，为此 前苏联政府作出了进行煤炭地下气化的试验应用的决议。1979年联合国召开世界煤炭远景会 议确定：“发展煤炭地下气化是世界煤炭开采的研究方向。”我国科学技术中长期发展纲要 ，把“完成煤炭地下气化研究试验和建立商业性煤炭地下气化站”确定为战略目标和关键技术之一。我国政府和科技工作者对此也极为关注。煤炭地下气化不仅历史悠久，而且经过长期 的研究与实践，已经取得很大成功。30年代初，前苏联首先进行了煤炭地下气化试验，解决 了无井式地下气化的技术问题，并建成了10多个地下气化站。1950年全苏生产地下煤气3亿m3，1960年增至23亿m3， 以后又不断发展。地下煤气既供锅炉燃用，也应用于发电， 输送 距离长达20km。二次大战后，美、英、法、德等国家也开展了煤炭地下气化的研究试验工作 ，取得不少经验和成果。1988年欧洲6国联合组织进行了野外试验，证明在500～700m深煤层 中实现地下气化是可行的，能获得较好的经济、社会与环境效益；可向未来能源和化工提供 具有竞争力的综合性气体，是实施煤炭洁净开采与利用的有效途经之一。?
我国于50年代末，在安徽、山东、河南、黑龙江等省进行了煤炭地下气化的试验，取得 了一定成绩和经验。1984年中国矿大余力教授总结研究了国内外煤炭地下气化的经验，结合 我国煤炭资源的开采状况，提出了有井综合式《长通道、大断面、两阶段》地下气化新工艺 。1987年在徐州马庄矿报废的开采水平进行现场试验之后，被列入国家“八五”科技攻关项 目。1994年在徐州新河矿进行半工业性试验并取得成功，通过了煤炭部的技术成果鉴定。接 着1996年又在唐山刘庄矿进行工业性试验与应用，至今已持续生产5年多。由中国矿大地下 气化研究中心、济南煤炭设计研究院与新汶矿业集团合作，设计研究和开发的孙村矿地下气 化站，于1999年9月开始设计、2000年4月即成功产气。前后仅8个月时间，充分显示了地下 气化工程工期短、见效快的优点。该站是在孙村矿早己结束生产的水平修复废巷进行准备， 利用与邻矿边界处遗留的煤柱建造两个地下气化炉，使长期呆滞无法开采的资源得到了回收 。该站可日产水煤气4万m?3(热值2000～2500kcal／m3左右)，成本约0.2元／m3。地 下煤 气不仅代替了原地面煤气站使用外来煤生产成本高达1.05元／m3的地面煤气供居民使用 ， 而且用于锅炉和燃气机发电，取得了显著的经济效益。山东省科委组织国家科技与煤炭部门 的各方面专家教授，对该项目进行鉴定认为：“该成果在气化试验研究的深度、系统性和规 范性方面取得突破性进展，是一项从造气到应用的成功的产业化示范工程，达到国际领先水 平，具有广泛推广应用前景。”?
由于我国采用了有井综合式《长通道、大断面、两阶段》等具有中国特色的地下气化新 技术工艺， 比之外国搞的无井式(全部用钻孔)地下气化工艺，有了重大发展和突破。使煤 炭地下气化炉的产量和煤气热值大为提高，气化煤层条件和应用范围扩大，而且可充分利用 老矿井的设施，易于实现并缩短工期，降低成本，提高效益。
2 煤炭地下气化的优点
煤炭地下气化技术的基本概念与特征，可概括为如下五项。?
（1）一种高新的采煤技术方法：与传统的物理采煤法有着根本的区别，地下气化是一 种化学采煤法，将埋藏在地下的煤炭就地进行有控制的燃烧，通过对煤的热作用与化学反应 产生可燃气体输送出来。?
（2）二无采煤工作面：无人、无设备。?
（3）三合一的工艺：即集建井、采煤、气化三大工艺合为一体，在地下联合完成。?
（4）四个控制与稳定技术：监控保证稳定的地下燃烧；控制达到稳定的煤气产量；调控 保持稳定的煤气热值；测控维持稳定的煤气组分。?
（5）五大优点：①充分利用煤炭资源，各煤矿都有大量的遗留丢失煤柱和不经济开采煤 层，以及劣质煤、高硫煤、“三下”压煤等，均可通过地下气化回收出来；②建设投资省 、工期短、见效快，比井工开采大为节省投资和缩短工期，很快投产见效，比地面气化站 可节省大量设备、占地和费用； ③生产管理简单，用人少，安全好，比井工开采可提高工 效3倍；④ 经济效益显著，开采1t原煤仅能销售150元左右，地下气化后可产生2000～3000 m?3煤气，售价可达1500元左右，使煤炭的价值和企业收益提高10余倍，并且可实现煤(地 下 气化成煤气)、热(煤气给工业与民用供热)、电(使用煤气发电)、化(应用煤气转成化工产品 )、能(利用煤气提取洁净能源――氢能、甲醇、二甲醚等)的综合开发利用和多种经营，其 经济效益十分可观；⑤对环境保护特别有利。可以取消煤矿矸石山和电厂与地面气化站 的废渣场，避免大量占地和破坏生态平衡；地面变烧煤为燃气与使用洁净能源，可根除大气 污染（高硫煤气化后易于脱硫，且可转变为有价值的化工产品）；还可减小地面沉陷(煤层 燃烧后遗留的灰渣及残余煤可充填燃空区)，有利于“三下”采煤保护地面设施。
3 煤炭地下气化应抓好10个方面的工作
山东省有关部门已经把煤炭地下气化列为洁净煤技术产业化发展的关键技术之一。新汶(二 期)和里能集团(电厂扩建)等大型地下气化的产业化项目，已在积极立项和实施之中。济南 市拟将一些燃煤工厂迁到郊外改为燃用地下煤气。肥城、兖州、枣庄等矿区也积极准备开发 地下煤气化产业。因此，为了贯彻国家煤炭产业政策，加快实现煤炭产业结构调整和推行洁 净煤技术，实施“煤变电”、“煤变气”、“煤变油”等发展新途径，使煤矿走出困境、焕 发活力、提高效益，地下煤气化事业将在我国迅速兴起。为了保证我国地下煤气化的产业化 ，能 够快速稳步、高产高效、安全健康地向前推进和发展，应当按照系统工程的思路，认真抓好 以下10个方面的工作。
(1)地下气化产业化。在当前市场经济体制下，煤炭地下气化作为煤炭开采的一种高新 技术，必须实现产业化才能转化为真正的生产力，而体现其实际价值。否则，如果还一直停 留在试验阶段，不仅资金难以解决而无法进行和维持，而且技术也难以提高和发展。可以 说，经过国内外几十年来的科学试验和实践应用，地下煤气化技术工艺已经达到了一定的可 靠程度。特别是近十几年来，我国的地下气化技术更是得到了长足发展，我国已经具备了推 进地下煤气化产业化的技术基础和生产应用的管理经验。?
（2）气化产品市场化。在当前市场经济条件下，推进地下气化产业化的重要前提和保 证是气化产品的应用市场。虽然气化产品的用途很广泛(包括：民用、锅炉、工厂、发电 、化工等等)，但在做地下煤气化的产业化项目的可行性研究时，必须对产品的用途、用户 和销售市场进行调查研究并认真加以落实。否则，很可能使气化站投产之后，因产品缺乏 用户销路，而减产甚至停产造成重大损失。这样教训已经发生。为避免出现这种状况，最好 预先与用户签订必要的合同协议。?
（3）产品转化多样化。地下煤气作为燃料供应民用、锅 炉和工厂燃用，是其最直接最简单的用途。虽然其价值和好处比燃煤要增大许多，但这种使 用数量与应用价值还是很有限的。若能用以发电，并实现燃气轮机及蒸气轮机循环联合发电 的《IGCC》技术，其经济效益可得以提高。如果进一步搞化工，生产洁净新能源(氢能、甲 醇、二甲醚等)，其价值就会大幅度增长。因此，应当大力拓宽地下煤气的转化与应用途径 ，以充分发挥地下煤气化高新技术的应有效益。?
（4）技术经济合理化。在市场经济环境中 ，推进地下煤气化产业化的中心是要获得良好的经济效益。为此必需使产业化工程项目的技 术经济合理化。要根据煤层条件、煤质特征、建设条件、用户要求等因素，因地制宜，经过 多 方案比较，选择切实可行的技术工艺和建炉建站方案，力求实现少投入、快产出、多产出、 低成本、高利润、高效益，以保证项目顺利实施和企业的可持续发展。?
（5）气化企 业规模化。为了保证地下气化产业的技术经济合理化，地下气化企业应具备相应的一定规模 ，形成规模化的生产和实行规模经营，以取得规模经济的应有效益。在资源、工艺和资金、 市场等条件许可下，应尽量适当地加大气化站的生产规模，以节约每立方气的投资与生产成 本，尽可能提高企业经济效益。?
（6）建设生产正规化。为了顺利健康地推进和实现地 下煤气化产业化的事业和目标，应该使之进行正规化的建设与生产。特别是在开始推行阶段 更有必要强调、倡导并规定地下气化工程建设和企业生产管理的正规化要求。切实防止出现 盲目随意与混乱的状况，而影响和搓伤地下煤气化产业化的进程，尽可能减少和避免不应有 的损失。?
（7）保障生产安全化。地下气化是在矿井底下燃烧煤层，已经冲破了现行煤矿安 全规程的有关规定，因此非常有必要尽快制定地下气化的相应安全规程规定。在还没有进行 地下气化之前，害怕在地下点火燃煤违反规程发生事故而不敢作为；一旦试验成功了 就胆大妄为，认为不会发生安全问题，这两种倾向都是要不得的。当前必须特别强调保 证地下气化安全生产的问题，绝对不能有丝毫的麻痹和疏忽大意，以免给产业化带来严重隐 患和危害。为此，工程设计、施工建设与生产管理，都务必采取严格严密严明和切实可靠的 、地下与地面的综合预防和治理各种灾害的措施， 以保障地下气化站的安全生产。?
（8）监控管理电脑化。地下气化是煤层在工作面无人情况下进行有控制的燃烧与化学反应 ，检 测监控是其关键技术。根据现在科学技术发展状况，可以通过各种手段对地下气化与气流通 道的温度、气压、流速、流量和煤气组份与热值以及燃空区状态等，随时进行检测，以掌 握地下气化的运转情况，并及时加以调控。同时采用计算机在地面集中进行检测监控。实现 地下气化与地面运行全过程电脑化监控管理。
（9）工程设计规范化。中央领导指出：设计是工程的灵魂，在建设项目确定之后，设计就 成了基本建设中的关键问题了，企业在建设的时候能不能加快速度、保证质量和节约投资， 在建成以后能不能获得最大的经济效果，设计工作起着决定性的作用。因此 ，地下煤气化工程设计及其规范化就成为产业化非常重要的问题，应该引起高度重视。必须 根据规范化的、并经过有关部门审批的正式设计，组织施工、选购设备、管理生产，才有可 能保证以上各项目标的实现。设计应根据工程项目的具体煤层地质与建设条件、用户与业主 的要求等实际情况，进行调查研究方案比选，确定气化工艺和工程的设计原则和布置方案。 为了切实掌握煤质特征，合理确定设计技术参数，应取煤样进行气化试验。目前我国主要集 中在现有生产或报废的矿井进行地下气化，这样虽然具有投资省、建起快等好处，但也使其 应用和发展受到限制。应当在新建矿井中因地制宜同时考虑在不适宜传统开采的区段，采用 气化的方法采出。设计建设成既出煤炭、又出煤气的联合矿，使两种采煤方法有机结合相互 补充各得其所，以最大限度地提高煤矿效益和资源利用率。?
（10）科研实验高深化。虽 然目前煤炭地下气化技术，在实施地下有控制的燃烧、产生可应用的煤气、提高煤气产量与 热值等方面，取得了一定的成功和经验，但是检测监控的技术手段与设备、气化剂的配备与 改进、燃空区的控制与管理， 以及各种不同地质条件与煤质特征下，特别是特薄、特厚、 极缓倾斜等较难气化煤层的气化技术工艺等等问题，还需要进一步深入研究与实验，切实加 以解决和不断完善提高，努力推动我国煤炭地下气化技术发展到一个新水平。
