浅谈煤炭地下气化技术

38能源技术与管理2006年第3期浅谈煤炭地下气化技术矫兴艳,齐庆杰,张大明(辽宁工程技术大学资源与环境工程学院,辽宁阜新123000)[摘要]综述了煤炭地下气化技术的国内外发展现状，介绍了煤炭地下气化技术的多种方法。通过煤炭地下气化技术对社会带来经济及环境效益的评价,阐明了煤炭地下气化技术的综合利用具有广阔的发展前景。[关键词]地下 气化技术;经济;环境;评价[中图分类号] TD844 [文献标识码] B [文章编号] 1672-9943(2006 )03-0038-03果是,摸清了气体成份的变化规律。该气化站所获1国外煤炭地下气化技术得气体的平均成份变化如表2所示"。前苏联是进行地下气化现场试验最早的国对于煤炭地下气化技术，在国外主要是俄罗家,也是地下气化工业应用成功的唯- -国家。南阿斯在应用,欧美等国在开发。美国的经验指出,地宾斯克煤炭地下气化站至今已试验和运行了40 a，下气化与地面气化生产相同下游产品相比，合成1955~1991年地下气化站指标如表1所示。前苏气的成本可下降43%,天然气代用品的成本可下联经过长期实践揭示了煤炭地下气化过程的规律降10%~18% ,发电成本可下降27%;前苏联列宁性。气体的热值随着煤层厚度降低而降低。过多格勒火力发电设计院公布的资料表明，地下气化的地下水对煤炭地下气化的效果是不利的。这一热力电厂与燃煤电厂相比，厂房空间可减少点在2~9 m厚的煤层中得到证实。南阿宾斯克煤50%,锅炉金属耗量可降低30%,运行人数可减少炭地下气化站在整个工业性试验期间的另一项成37%。地下气化技术是十分具有诱惑力的。表1 1955-1991年南阿宾斯克地下气化站指标地下气化区煤层厚度工业储量气化煤量产气量气体损失深度/m/mkt/kt%/10亿m2195(8~922.415.4368.90.0627.0145401.21355.4888.91.2721.3200776.4768.53.01300544.4280.6551.6.269.62303.8594.5582.7690.82.6813.42.2221.07166.5475.30.1712.166.069.8106.00.298.9表2南阿宾斯克煤炭地下气化站煤气成份.气体名称CO2H2CnHmCHD2NCOHS含量/%12.0-15.3 12.1-16.2 0.1-0.72.0-4.00.2~0.2555.0-60.0 10.0-14.0 0.01-0.06煤炭地下气化技术提供更直接、更可靠的技术参2我国的煤炭气化技术数。山东新汶孙村煤矿地下气化项目成功的为11958~1962年,我国先后在鹤岗、大同、皖南、万户居民和蒸汽锅炉连续提供燃气，实现了地下沈北等许多矿区进行过自然条件下煤炭地下气化气化产业化的突破。的试验,取得了一-定成果。目前我国许多矿区都在3煤炭地下气化原理简介积极开展煤炭地下气化工业。山西昔阳无烟煤地2006年第3期矫兴艳等浅谈煤炭地 下气化技术39中进行。可燃气体的产生,在气化通道中经过三个给料反应区域,即氧化区,还原区和干馏千燥区,如图1储煤仓所示"。! 循环焦油水蒸气排气孔辅助孔驱动阀一A不不瓜公公公瓜瓜瓜冷淬+分配器固定筛气流通道固定筛传动灰渣，气孔通道水蒸汽+氧气'气化煤层灰份仓图1煤炭地下气化地理图图2 Lurgi 气化炉4煤炭气化技术的发展在向下运行到容器,煤通过许多线条区域。床煤炭气化的主要技术困难不在过程中的化学层顶部被称为预热区,温度能很快的达到400C,物质而是煤的性质。原则讲,任何反应过程必须使之后进入一个预气化区域,在此区域甲烷、高含固体碳表面与反应气体达到有效的接触，在整个量的C、H化合物和焦油被混合。随后,在气化区系统中煤的粒度分布也影响此过程。域,产生- -氧化碳和氢气。燃烧区和灰份层在炉再者,当加热到400 C~500 C时,大部分烟条以上。当气体温度相对降低到450C-600C煤变软,在此条件下,颗粒可能合并形成大的固体时,通过洗涤塔,焦油和烟尘被除掉,同时温度降结构组织。有效的固,气接触应在原料的粒度大小到185 C。准备工作上被要求。原料应选择非焦煤或预处理Lurgi气化炉从1936年开始使用,已建立65的煤去破坏它的焦油量。煤中包含一定的矿物质,家商业单位,大部分是供氧气的,但是也有一部分这些物质在气化炉中以干灰份煤渣或熔渣形式被用空气来产生低热值的气体。被用的大部分是褐提取。然而在此过程中它们的形成取决于矿物形煤、无烟煤,很少用烟煤。长时间的试验性劳动是成和所达到的温度。很明显,应使灰份中含有最少Lurgi过程的有利条件,不利条件是:机械复杂性的碳,才能达到最大的转化率。和结果的高消耗;小容量;含有焦油产品;要求高第三考虑的是在气化炉中放热和吸热区域间压水蒸气;煤的形状和焦油量的选择性要求。有效的热交换。人们试图解决这些问题,促使有许悬浮汽化一koppers totzek过程多不同的气化方法的发展口。几种类型的例子描Kopper -Totzek过程如图3所示。述如下:气固定的气化床层:Lurgi气化炉Lurgi气化炉如图2所示。Lurgi 气化炉是一-锅炉个圆锥形,大约在20Pa的条件下，冷水器操作。煤的颗粒床层由大量的旋转炉条支撑，氧气和水粉煤净化区城蒸气从下面注入,为了不让灰份成为熔渣化掉,最氧气高温度不允许超过1 000 C。随着反应物和产品蒸气气体的无变化分布来确保-一个稳定向下浮动的燃料流,准备的原煤被分成- -系列的大小形状,总体水封除尘器上大比小不能超过6倍,稳固、缓慢移动的燃料流炉渣通过安装在上面的装卸漏斗不断的被补充，同时运煤分配器不断向漏斗中补充，最后灰份通过旋图3 Koppers- -Totzek气化炉4(能源技术与管理2006年第3期流和水蒸气的形式被注人到圆形容器中，此过程5煤炭地下气化经济 与环境效益评价大概在大气压下操作。反应最高温度在1 500 C,反应时间是1s,碳就完全消耗,焦油也随碳被气煤炭地下气化既是一项高效益的环保技术,化。产品气体在容器中大约是1 500 C,进人到一又是一项促进煤炭产业结构调整优化的符合国情个冷却容器中被冷却到300C，此过程应提供必的创新技术。总的来看有三大理由可以大力发展要的水蒸气。在气化炉中温度非常高,煤中的灰份煤炭地下气化技术3:第一，煤炭开采成本随着开会变成炉渣，并且多一半以煤渣落在底部。高温度采强度的加大而不断提高,东部煤炭后备资源随生成的产品有相对多的一氧化碳,少量的二氧化之也愈发严重不足。煤炭地下气化技术是一项从碳和碳氢化合物。水蒸气的转化率是另人满意的，根本上改造传统的煤炭生产与利用工艺的高新技但比Lurgi过程氧气的消耗量要高。术,它可以首先应用于矿井遗弃煤炭资源的开发,Kopper- -Totzek 过程从1952年开始运转，已获得生产成本较低的中等热值煤气。进而还可以建立了53个单位，它能广泛的处理各种原料,包开采井工难以开采的深部煤层,包括劣质煤、薄煤括原油、泥炭，褐煤和大量的焦炭。气态产品中不层和“三下”煤层等。第二，由煤矿地下生产的煤气含焦油;气化炉简单、容易维修;在此过程中能提可广泛应用于燃料气、发电、煤化工和提取氢等清供大量的水蒸气。不利条件:不适应在高压下操洁燃料高附加值的生产领域，因此大大提高了煤作;空气流运转不可实行;煤必须经过粉磨;占用炭工业的经济效益。第三,由于煤炭地下气化燃烧空间大;热效率低。后的灰渣等残余物留在地下，由此大大减少采煤流化床气化地表的塌陷量，并减少因固体废弃物排放所造成Winkler气化炉如图4所示。燃料通过蜗杆被的地表环境破坏。送到气化炉容器的较低部分。在大气压下,同时有6结语氧气和水蒸气的条件下被液化。床层的温度被控制在相对低的水平。颗粒被送到自由空间在高温煤炭是我国国民经济发展的支柱,煤炭地下下反应，床层上面有辅助氧化和来自床层外的水气化技术的应用市场广阔,领域广泛。先进煤气化蒸气。提炼好的物质通过气化炉容器进人旋流器,新技术的发展是今后的主攻方向。因此应充分借在旋流器中大部分被收集返回到反应器中。如果鉴国外已有的成功经验教训,避免走弯路,切实可提供有效热量的可能性从放热区转移到吸热区,行的选择引进消化和自主开发相结合的路子来发流化床就受到人们的关注。换句话说,温度就限制展我国的煤气化新技术。充分利用我国煤矿大量在灰份不能变成烧结物温度，并且在低温时气化过剩的生产能力,低投入、低成本、高效益地生产率也很低。Winkler 气化炉在商业上使用是在20优质廉价的煤气,有利于煤炭企业转产、脱贫、解世纪20年代末,已建立36个单位,成功的使用了困，有利于实现我国能源结构的战略调整4。褐煤和褐焦煤,这个过程容易反应,并且在较低温[参考文献]度下会气化。:[1]杜锋,梁杰.煤炭地下气化技术[J].陕西煤炭,2003.(1).热量返回[2]马驰,余力,等.中国煤炭地下气化技术的发展[J]中国能源,2003,(2).[3]刘淑琴,张军,等.煤炭地下气化的综合利用前最[J].煤炭科学技术2003,31(7).[4]黄振中.世纪之交的中国煤炭气化技术[J].世界科技研褐煤焦末<0.4英寸900C究与发展,004,265).[作者简介]18个氧气!粉煤回收矫兴艳(1980-),女,辽宁沈阳人,辽宁工程技术大学辅助喷嘴一六安全技术及工程专业硕士研究生。6个氧气、水蒸气[收稿日期:2006- 05-05]主要喷嘴←卸吠