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地下气化——煤化工的美好愿景

 

    中国电石网讯：气化技术是煤化工的核心技术，主要分为地面气化和地下气化两种。近两年，国内气化技术发展如火如荼，但主要还是集中于地面气化方式。但记者最近在调研采访时发现一个新动向——新疆、陕西、山西、内蒙古等地不少企业有利用地下气化技术发展煤化工项目的规划或打算。

    一个令人鼓舞的前景。

    惊叹 ：我地下气化技术首屈一指

    什么是地下气化技术？据中国矿业大学教授余力介绍，通俗地说，就是把埋藏于地下的煤炭在原地进行有控制的燃烧与气化，把有用的气体输送到地面加以利用，将污染物如煤矸石、二氧化碳等废物留在地下。煤炭地下气化的方式分为有井式（主要是利用废弃矿井的固有巷道）、无井式（直接钻孔到煤层，再控制煤层燃烧）和混合式3种，相应的炉型也分为U形炉、山形炉、复合炉等。

    据记者了解，地下气化在国外已有多年的历史。早在1888年，俄国著名化学家门捷列夫就曾设想，随着时间的推移，以后可能会实现这样的煤炭开采方式：煤不必从地下开采出来，而是在井下直接提取有益元素，转化为气体，再用管道输送到远方，将一切有害物质都残留在井下。将门捷列夫的伟大创见首次化为现实的是英国著名化学家威廉·拉姆塞。他于1908年在都贺煤田进行地下气化实验获得成功，并用其发了电。1933年，苏联开始进行煤炭地下气化技术试验。100多年来，美国、比利时、德国、澳大利亚以及欧盟6国都一直被煤炭地下气化的诱人前景所吸引，投入了大量的人力、物力进行研究。

    煤炭地下气化在我国的试验始于1958年。当时，研究人员以空气为气化剂，在山西大同胡家湾等地获得了热值为每立方米833～1322千卡的地下煤气。1990年，煤炭地下气化半工业性试验被列入国家“八五”科技攻关项目。1990年底，著名科学家钱学森在《人民日报》上发表文章指出：“苏联在50年代做了很多煤炭地下气化的工作。我们要研究这个技术。这个技术一旦做了，就会使我们整个生产技术大为改观。”1992年，原国家科委颁布我国科学技术中长期发展纲要白皮书，其中明确规划：到2020年的战略目标和关键技术是完成煤炭地下气化试验研究并建立商业性煤炭地下气化站。今年7月，国家发改委、科技部、中国福利彩票网等6部委联合发布的《中国资源综合利用技术政策大纲》也明确提出，“十二五” 期间，国家将推进煤炭地下气化技术的产业化。

    数10年来，在有关部门的大力支持下，我国工作人员在徐州、唐山、新汶等10多个矿区进行了煤炭地下气化试验。地下气化技术研究及项目建设也被列入了国家“十五”及“十一五”规划。目前，我国已初步实现了地下气化从试验到应用的突破。煤炭地下气化炉已在我国不同煤层地质条件下完成了工业性试验及初步的商业化推广应用，所生产的低热值、中热值的煤气以及水煤气已服务于民用、工业锅炉及内燃机组发电。

    中国矿业大学（徐州）煤炭地下气化研究所所长王作棠教授表示，20多年来，我国在有井式和无井式煤炭地下气化技术方面都进行了卓有成效的工业性试验，在基础理论、工程设计、仪器装备方面都进行了深入而系统的研制开发，我国地下气化试验基地建设的规模范围，以及适应煤种和地质条件等方面在世界上都是首屈一指的。

    可惜：用于煤化工过不了稳定关

    那么，地下气化技术能否应用于煤化工领域呢？

    为了获得一手资料，记者最近来到了山东新汶矿业集团进行调研。据了解，目前新汶矿业集团有孙庄、协庄、鄂庄3个地下气化站，有6座地下“气化炉”，日产气量达到20万立方米，形成了全国最大的煤炭地下气化工业生产基地。在鄂庄煤矿煤炭地下气化站，记者在地面上看到的只有捕焦塔、脱硫塔、储气柜、富氧装置等。平静的院落看起来同其他地方也没有什么不同，但地底下却另有乾坤——地表下300米处的煤层正燃烧着熊熊大火，煤炭如同在地面上的气化炉里一样，正通过氧化、还原反应转化为煤气。该气化站站长李强向记者介绍，鄂庄煤矿煤炭地下气化工程是新汶矿业集团“十一五”期间的重点攻关项目，1号“气化炉”于2002年2月28日建成点火投产，2号“气化炉”于2006年2月26日建成点火投产。目前，气化站两座“气化炉”每天平均产气量为5万立方米。

    那么，他们产出的合成气能否作为煤化工的原料气？“由于目前装置产气量波动大、不稳定，作为煤化工原料气暂时可能不理想。”李强这样告诉记者。据他介绍，地下气化过程分为两个阶段，第一个阶段是鼓入氧气燃烧积蓄热量阶段，第二个阶段是造气。这两个阶段都是高温高热反应，而地下气化的煤都是实体煤，氧气只在气化通道一面与煤接触，接触的面积小，积蓄的热量达不到反应热值，反应也不充分，以至于产气量波动大、不稳定。“这不像地面气化，煤都是粉碎的，氧与煤的接触面积也大，反应充分，产气量大。受制于地下条件、煤层厚度、煤质，单炉提高气量很难。” 李强说。

    记者通过采访多位业内专家了解到，目前制约地下气化技术应用于煤化工的最大瓶颈就是气量和成分的不稳定。

    参与甘肃华亭矿区难采煤地下气化生产煤基天然气项目论证的西北化工研究所副总工程师周晓奇向记者介绍，目前地面气化无论制成浆还是粉气化，技术都很成熟，而地下气化的操作性、可控制性没有地面气化强，很难控制在地下产生的种种反应，合成气成分波动过大。因此，他认为用地下气化产生的原料气发展煤化工可以尝试，但在相关技术成熟之前，用于大范围、大面积发展煤化工还不太适合。

    内蒙古大雁矿业集团原总工程师邢铁寰表示，地下气化能够产出煤气，调控手段简单，但单炉产量太小，煤气热值低。而现代煤化工生产需用的合成气要求质量和产量稳定，供气规模要大。目前地下气化的状况与煤化工需求相距甚远，需要各方攻关来解决这一难题。

    中国矿业大学地下气化中心主任梁杰教授也向记者表示，由于大规模的产业化还没完成，放大装置可能会遇到很多问题，因此现在地下气化技术暂时还没有应用于煤化工。但只要能加大技术研发力度，将上述瓶颈解决，地下气化将因其低碳、成本低等优势成为煤化工未来的发展方向。

    前景 ：攻克稳定关迸发成本优势

    据记者了解，煤炭地下气化技术如果能用于煤化工，其最大的优势在成本方面。

    首先，地下气化集建井、采煤、气化三大工艺为一体，抛弃了庞大笨重的采煤设备和地面气化设备，实现了井下无人、无设备生产煤气，具有低成本优势。据专家介绍，地下气化技术的成本约为0.2～0.25元每立方米，比地面的气化成本降低40%～50%。其次，地下气化技术适用的煤种范围宽，而目前地面气化技术还面临适合煤种范围窄的问题。再次，地下气化技术还具有另外一个优点——利用它可以回收被遗弃的煤炭资源。目前，传统采煤工艺的回采率较低。有统计表明，全国的煤炭回采率不超过50%，这意味着每年有大量煤炭被丢弃。而采用煤炭地下气化技术，可最大限度地回收这些被遗弃的资源。

    曾经参与鄂庄煤矿煤炭地下气化站现场实验的中国矿业大学博士李文军向记者介绍，地面气化设施的投资约占煤化工项目总投资的40%左右，并且运营费用高。地下气化与地面气化相比，基建投资可以降低60%左右，煤气生产成本大约为地面气化煤气的1/3。具体到某一个煤化工品种，如利用地下气化煤气生产甲醇，则生产成本可降低40%左右。

    中科合成油工程有限公司高级工程师唐宏青认为，如果扩大或组合地下煤气化的能力，使其达到日产气100万标准立方米，可以年产8万～10万吨甲醇，达到甲醇生产的中型规模。这一技术作为辅助方法的前景很有希望。而利用地下气化煤气合成油的前景也值得期待。如果采用地下气化方式获得的煤气作为煤炭间接液化原料气，煤气生产成本将能降低50%。

    地下气化技术用于煤化工还需要满足哪些基本条件？周晓奇向记者介绍，一是要有气化强度。大型煤化工装置要求每小时供气十几万立方米，而且要求供气持续时间长，要求装置稳定运行几十年。二是具有可控性。对于气化强度，研发出多喷嘴对置式水煤浆气化技术的华东理工大学洁净煤研究所所长于广锁进一步解释说，一个年产30万吨的甲醇装置，每天的有效气体供气量为230万立方米，每小时为9万立方米。唐宏青表示，气化后的有效气体（一氧化碳和氢气）含量至少要达到60%～70%。

    这些专家认为，只要具备了这些基本条件，地下气化将给煤化工带来巨大变革。

    而国内不少企业的探索也让业内看到了希望。

    去年底，内蒙古新奥煤炭地下气化项目成功实现煤炭地下气化燃烧发电。该项目技术研发由乌兰察布新奥气化采煤技术有限公司和中国矿业大学共同展开。按照规划，到2012年前，该项目还计划利用地下煤炭气化技术建成年产2万吨甲醇生产线。

    上月中旬，山西壶关县与山西三元煤业有限公司在北京大学博雅国际会议中心签约总投资240亿元、年产40亿立方米煤制气的煤炭原位气化项目。同时，山西三元煤业股份有限公司也与北京大学签订了地下煤炭原位气化技术服务合同。该项目计划用地下气化技术制造氢气、甲烷及其他煤气产品，最终进行地下气化煤气联合循环发电、合成氨、合成二甲醚、合成油、提取纯氢。

 

文章来源：中国化工报