专家建议加快煤炭地下气化技术研发和应用

相比之下，我国的煤炭资源十分丰富，是世界上最大的煤炭生产国和消费国，国土资源部矿产资源储量司2004年6月发布的统计报告显示，截至2020年底，中国探明可直接利用的煤炭储量为1886亿吨，已探明的储量人均145吨，按全国年产19亿吨煤炭计算，可保证开采上百年，保有储量至少达1万亿吨。

"经济和社会的发展要依靠来源安全可靠、价格成熟的能源供应，就我们目前可以看到的前景而言，可再生能源是无法把人们带到一个可持续的未来的。为此，中国矿业大学余力教授专家建议，加快煤炭地下气化技术的研发和应用。业内人士知道，煤液化技术在国内外已日趋成熟，煤直接液化技术已具我国自主知识产权，煤间接制油工艺在我国也研究成功。煤制油过程中的气制油技术虽然可降低成本，但是有限，关键是如何降低煤制气的成本。在我国具有自主知识产权的地面煤气化技术尚未实现大规模生产应用前，余力教授建议：采用同样具有自主知识产权的煤炭地下气化新工艺生产煤制油原料气，他说，这不仅减少了初期设备投资及技术风险，而且将显著降低原料合成气生产工艺的成本及成品油成本，由此可形成中国特色的煤制油技术路线，从而使我国不但在能源战略储备方面处于国际领先地位，而且也可缓解未来全球能源危机对我国造成的压力。

可预见的50年以后的全球能源危机到来时，煤制油将成为那时能源的战略措施之一。煤炭地下气化技术作为廉价的煤制气技术将受到重视，因为煤转化为气是核心，而关键是降低成本。目前，我国自主研发的"长通道、大断面"巨U型炉煤炭地下气化技术，若能为合成油提供原料气成功的话，则将会在未来全球能源危机中作出重大贡献。　　

"采煤的目的应当是提取煤炭中含能组份，并非去采煤炭本身"余力教授很明确地提出这点，联合国早在1979年"世界煤炭远景会议"上指出，发展煤炭地下气化是世界煤炭开采的研究方向之一，它是从根本上解决传统开采方法存在的一系列技术和环境问题的主要途径。100多年来，无论前苏联、美国、比利时、德国，还是之后欧盟的6个成员国建立的欧洲地下煤炭气化工作组，以及澳大利亚等国家都一直被煤炭地下气化这一诱人的前景所吸引，有的进行煤炭地下气化--联合循环发电示范工程，有的进行深部煤层的地下气化试验或利用煤气作工业原料气和发电。尽管他们都花费了大量的人力、物力，但仍在继续着这方面的不懈努力和博奕。　　

煤炭地下气化，是从根本上解决传统煤炭开采和使用方式存在的一系列技术、安全和环境问题的重要途径，对发挥我国雄厚煤炭资源的优势，生产洁净能源，保障能源供给安全，提高国际竞争力，促进经济和环境的协调发展都具有十分重要的战略意义。为此，余力教授在研究和总结前苏联煤炭地下气化工艺的基础上，结合我国报废煤炭资源逐年增多的国情，以唯物辩证法为指导，配之以多学科的正确应用为基础，提出了有井式与无井式相匹配的技术路线，即"长通道、大断面"地下气化新工艺和对矿山企业来说极易操作与推广的以煤炭为主的建炉工程。他进一步介绍说，这种气化炉由气流通道与气化通道两大工程呈U型布置而组成的，气流通道专供气化剂与煤气输送用之，而气化通道是专门为原地下煤层在高温条件下转化为煤气用的场道。　　

目前为止，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被开发服务于民用、工业锅炉及内燃机组发电。余力教授举了下列例子，他说，上世纪八十年代中期，完成了徐州马庄矿地下气化现场试验，九十年代中期又完成了徐州新河二号井煤炭地下气化半工业性试验和河北省唐山刘庄矿煤炭地下气化工业试验，并在山东、山西等地进行了商业化推广应用。余力高兴地指出，山东新汶矿业集团建成了六座地下气化炉，所生产的煤气主要用于民用及发电，形成了全国最大的煤炭地下气化工业生产基地。其地下气化炉连续生产煤气达5年以上。"进入21世纪，国家科技部已将'煤炭地下气化稳定控制技术的研究'列入国家S－863高技术研究与发展计划。"他说："'山东新汶煤业集团富氧煤炭地下气化工程'及'山东里彦煤炭地下气化发电工程'（日产水煤气120万m3）于2004年均被国家发改委列入国家级示范工程。"　　

前年，国家已明确指出：我国煤炭资源相对丰富，油气资源短缺，进一步加强煤炭地下气化技术研究，并尽快形成商业化生产，在上述两项工程成功后，可在全国大面积推广，这对富煤少气缺油的我国来讲，充分利用煤炭资源、调整能源结构和保证能源安全是有很大现实和深远历史意义的。　　

去年3月28日《人民日报》发表了题为《煤炭地下气化大有可为》的评论，专家预计到2050年全球的石油与天然气资源将进入枯竭期，这将导致煤炭地下气化应用时代的到来。余力说，我们提出了新的多孔复合炉工艺，即沿地下煤层走向，连续建造若干个地下气化炉，单元炉与单元炉之间，既相通又相对独立，以实现煤炭资源的最大利用。"不同煤种的地下气化模型试验及现场试验表明，尽管不同煤种的气化反应活性存在着差别，可是在地下气化条件下，采用富氧－水蒸汽为气化剂，在适宜的氧汽比条件下，均可获得中热值煤气，其CO、H2具有较高的含量，H2和CO含量总和达到60％～70％。因此，不同煤种地下气化均可以为煤制油提供合格廉价的合成原料气"。　　

如此，通过多炉交替运行后，都集中输送到储气站，便可以充分保障合成气的连续稳定供给、使煤炭地下气化――合成油成为可能。关于高含氢量地下水煤气的生产，余教授说，可用下列两个阶段地下气化工艺完成。第一阶段，鼓入空气助燃，煤层蓄热、产生鼓风煤气；第二阶段，鼓入水蒸汽，形成地下水煤气。在整个气化通道中产生干馏煤气和水煤气，从而获得含很高比例氢的高热值煤气。该煤气在地面通过变压吸附分离与纯化，便可得到纯净的氢气（纯度达到99.9%～99.999%），从而使大规模煤制氢成为可能，为未来煤炭直接液化以及氢能其它利用创造条件。　　

由于煤炭地下气化新工艺适用的范围宽，对煤种无何严格要求，所以放宽了地面气化技术对煤种的适用性，余教授说："煤层倾角与厚度与产气量关系很大，而对煤气质量无明显影响，煤层厚度不可少于2米，越厚越有利于燃烧，也为高温创造了条件。"煤炭地下气化技术还具有另外一个最大的优点是，利用它可以回收以前与现在被遗弃的煤炭资源，因为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％，采多少丢弃多少。若采用煤炭地下气化技术，则可最大限度地回收这些被遗弃的资源，所以，它是一种减轻环境污染的绿色技术。　　

技术只有进入了工业化、产业化后，方能造福于社会和人类。余力教授最后针对目前由于下游产业投入或研发不足，导致当前终端产品煤气的商业应用主要为直接燃烧，而煤气的分离技术、提纯技术、化学工业合成技术则基本没有应用与投入。高附加值的商业应用还十分贫乏，为此，他提出了自己的建议：设立煤炭地下气化科技投资总公司，以对煤炭地下气化技术进行规划管理与运作，促进其工业化和产业化的进程。同时，使煤炭地下气化技术与金融相结合，获取更大效益，最终迎击未来全球能源危机的挑战。　　

窗口信息来源：中国能源学会