[科普中国]-煤炭地下气化原理

煤炭地下气化是指将埋藏在地下的煤炭直接转化为煤气的过程。也就是将地下煤炭直接进行有控制的燃烧，经热化学反应后转化为煤气,然后由钻孔排到地面，供给各类用户。1

概述煤炭地下气化是对地下煤层就地气化生产煤气的一种气化方法。在某些场合，如煤层埋藏很深，甲烷含量很高，或煤层较薄，灰分含量高，顶板状况险恶，进行开采既不经济又不安全时，如能采用地下气化方法则可以解决这些问题。故地下气化不仅是一种造气的工艺，而且也是一种有效利用煤炭的方法，实际上提高了煤炭的可采储量。此外，地下气 化可从根本上消除煤炭开采的地下作业，将煤层所含的能量以清结的方式输出地面，而残渣和废液则留在地下，从而大大减轻采煤和制气对环境造成的污染。

由于地下煤层的构成及其走向变化多端，至今尚未形成一种工艺成熟、技术可靠、经济合理的地下气化方法。2

发展煤的地下气化技术从设想到实践约有100年的历史，1868年西门子(Siemens)曾提出气化煤屑和废煤的可能性。1888年俄国门捷列耶夫提出煤地下气化的设想。1912年英国拉姆齐(W.Ramsey)提出地下气化方案。1930年苏联开始进行煤地下气化的工业试验，之后波、匈、美、德、英、比利时、加拿大等国也进行试验研究，中国曾于1958～1962年在鹤岗、大同等矿区进行了工业试验。1980年苏联用地下气化法生产的燃气约15亿立方米。1990年美国的地下煤气站处理原煤达1.5亿吨。

前苏联科学院动力研究所于1939年提出用渗透法对褐煤层进行地下气化，生产电站用 的燃料气，试验进行很顺利。

1973年美国矿务局对次烟煤煤层进行地下气化试验。试验区面积1620m2，煤层埋深122m，厚度9m。从地面往煤层共钻孔16个，采用水力压裂法贯通。煤层点火后，送入空气。投产后日产气70000m3，煤气热值为5217～5589kJ/m3。煤层气化效率约为75%。3

影响因素煤的地下气化是非常复杂的物理和化学过程，影响煤气质量的因素很多，既有地下气化所采用的工艺措施，又有煤层自身的特性及煤层顶底板的赋存状态。影响煤炭地下气化过程的主要因素，可从煤层赋存条件、气化炉结构、工艺条件、气化炉运行状况进行分析。

煤种、灰分、煤层厚度、煤层倾角等天然赋存条件都会对煤炭地下气化产生不同程度的影响。煤炭地下气化模型试验表明，从低变质程度的褐煤、中变质程度的烟煤，到高变质程度的无烟煤都可以进行地下气化，但气化反应过程与煤的性质和组成有着密切的关系，地下气化建炉时，应考虑煤层疏松方案，而褐煤最适于地下气化方法，由于褐煤的结构方向性弱，孔隙率和比表面积大，水分大，透气性高，较易开拓气化通道，并容易实现火力贯通，故有利于地下气化。

温度场对煤气热值的影响是显著的。维持一个高温温度场和相对较长的气化通道有利于煤气热值的稳定和提高。

气化剂的类型和气化剂的浓度也是影响气化过程的重要因素。气化剂类型比如：空气、富氧、富氧+水蒸气分别作为气化剂时，气化结果有明显不同。此外，气化剂（富氧）的浓度和混合气化剂的配比也对气化的最终效果有着不可忽视的影响。

煤炭地下气化炉内温度场的一个重要影响因素就是煤层的含水量。在干燥煤层中实施煤炭地下气化时，需要注入水蒸气调整煤气中氢气的含量。在含水比较小的煤层中进行地下气化时，煤层的水有助于氢气的生成；当煤层含水量比较大时，水的相变和分解会消耗大量的热能，导致炉内温度下降，进而使得煤气组分变差，就需要采取有效措施(如增加气化剂的鼓风量)降低煤层含水的影响。

本词条内容贡献者为:

黄伦先 - 副教授 - 西南大学