最新综述丨许浩教授：煤炭地下气化面临的挑战与技术对策

本文创新点

系统总结了煤炭地下气化的发展历程，基于国内外实例的剖析，指出了我国煤炭地下气化的有效进行将面临３个关键问题。提出了为顺利推进先导性试验和工业化试验，亟需结合煤炭资源赋存地质条件，建立适用于我国的煤炭地下气化选区评价技术；系统开展不同类型煤炭资源的气化技术适应性研究，开发适用性的气化炉建造技术；优选合适的气化工艺控制气化产物中经济性物质的比例，不断调整优化，形成针对性的气化产物控制技术。

作者简介

许 浩教 授许浩，北京市青年教学名师，北京市课程思政教学名师，教授，博士生导师。2002年毕业于吉林大学地球科学学院获学士学位，2007年毕业于中国地质大学（北京）获博士学位。现任中国地质大学（北京）能源学院副院长，兼任全国专业标准化技术委员会煤岩分会副主任委员，《油气地质与采收率》期刊编委。先后承担和参加国家科技重大专项、973课题、国家自然科学基金、中石油风险创新基金及企事业单位委托项目各30余项。发表论文200余篇，其中SCI收录100余篇，H指数36，出版教材和专著8部，授权国家发明专利10余项。入选“北京市青年英才”计划，获省部级奖励5项。研究方向非常规油气地质与开发

作 者

许 浩１，陈艳鹏２，辛福东１，东 振２，尹振勇１，陈姗姗２，王 琼１

单 位

1.中国地质大学（北京） 能源学院；2.中国石油勘探开发研究院

扫码阅读全文摘 要

我国能源结构具有“富煤、贫油、少气”的特点。煤炭地下气化是在原位条件下，通过对煤炭资源进行有控制的燃烧获得气体资源，具有煤炭洁净化利用和低碳能源资源保障两大优势，将成为我国清洁高效现代能源体系发展的重要领域。本文系统总结了国内外煤炭地下气化的发展历程。基于众多实例的剖析，指出全球已开展的煤炭地下气化试验绝大多数都是在浅煤层进行的，安全性、环保性和经济性是煤炭地下气化规模化开展面临的挑战，相比于浅部煤炭资源，深部煤炭地下气化具有更多优势。分析认为我国煤炭地下气化的有效进行将面临 ３ 个关键问题：煤炭地下气化选区评价体系尚未建立，与地质条件相匹配的气化炉建造技术研究开展较少，不同类型煤炭资源气化剂与气化产物的关系研究尚不明确。为顺利推进先导性试验和工业化试验，亟需结合煤炭资源赋存地质条件，建立适用于我国的煤炭地下气化选区评价技术；系统开展不同类型煤炭资源的气化技术适应性研究，开发适用性的气化炉建造技术，优选合适的气化工艺控制气化产物中经济性物质的比例，不断调整优化，形成针对性的气化产物控制技术。在实现煤炭资源的安全、高效、清洁开发的同时，保障能源安全、改善能源结构、创造经济效益。

研究背景

煤炭地下气化（Underground Coal Gasification,UCG）是指通过一定的工艺技术，在原位条件下，对煤炭资源进行有控制的燃烧，使其在热作用及化学作用下产生可燃烧气体（包括CH4 、H2、CO等）的过程。煤炭地下气化包含 ３ 个反应区和 ２ 种反应类型。３个反应区包括：燃烧区（反应温度８００～１２００℃）、还原区（反应温度６００～９００℃ ）和干馏干燥区（反应温度２００～６００℃），３个反应区处于1个气化反应带中，根据反应温度和发生的化学反应不同进行划分，从化学反应角度来看，３个反应区没有严格的界限，燃烧区、还原区也存在煤的热解反应，只是气化通道中氧化、还原、热解反应的相对强弱程度不同。２种反应类型包括：气化过程中气化剂或气态反应产物与固体煤或煤焦的非均相反应和气态反应产物之间的相互作用或与气化剂的均相反应。

开展煤炭地下气化研究具有必然性。一方面，目前，我国能源结构具有“富煤、贫油、少气” 的特点，煤炭地下气化将有效缓解这一情况，同时为“清洁、低碳、安全、高效” 的现代能源体系建设开辟新路径；另一方面，我国 １０００ｍ 以深煤炭资源十分丰富，这些煤炭资源开采面临岩层压力大、涌水量大、地温高等难题，开采技术难度不断增大，煤炭地下气化技术作为通过原位转化进行煤炭资源利用的有效途径，被誉为第二代采煤技术。因此，在经济社会快速发展和清洁能源需求旺盛的今天，煤炭地下气化综合了煤炭资源（尤其是深部煤炭资源） 清洁利用和提供天然气资源的两大优势，必将成为我国能源领域的重要研究方向之一。在系统总结国内外煤炭地下气化的发展历程的基础上，通过众多实例的剖析，探讨我国煤炭地下气化顺利有效进行将面临的关键问题及相关配套技术体系。

内容概要

１ 国内外地下气化历史与现状

1.1国外地下气化历史与现状

1.2国内地下气化历史与现状

表1 典型煤炭地下气化项目实施情况

２ 煤炭地下气化面临的挑战

从国内外的发展历程来看，虽然煤炭地下气化开展了大量的工作，但仍然面临着一系列的问题和挑战。从国内外前期的工作来看，制约煤炭地下气化大规模开展的核心问题有： １）安全性。 ２）环保性。 ３）经济性。

３ 煤炭地下气化发展亟需的配套技术

图1 煤炭地下气化面临问题与关键技术

3.1 建立气化地质选区评价技术

地质选区从根本上影响地下气化的资源可行性、工程技术可行性、环境可行性。国内外煤炭地下气化试验地质研究通常分别包含煤层条件（煤厚、煤阶）；区域地质条件（沉积、构造、水文地质条件）和气化腔稳定性（煤层及围岩力学性质）等几个方面（表２）。 表 ２ 各国煤炭地下气化地质选区标准

3.2 开发适用性气化炉建造技术

3.3 形成针对性的气化产物控制技术

图2 典型气化炉示意

结语

煤炭地下气化是指通过一定的工艺技术，在原位条件下，对煤炭资源进行有控制的燃烧，使其在热作用及化学作用下产生可燃烧气体（包括：CH4、H2、等）的过程。从国内外的发展历程来看，煤炭地下气化是一项复杂的系统性工程，面临着煤炭地下气化选区评价体系尚未建立，与地质条件相匹配的气化炉建造技术研究开展较少，不同类型煤炭资源气化剂与气化产物的关系研究尚不明确的问题。 为顺利推进先导性试验和工业化试验，在国内外地下气化试验所得经验的基础上，结合煤炭资源赋存地质条件，建立适用于我国的煤炭地下气化选区评价技术；系统开展不同类型煤炭资源的气化技术适应性研究，针对不同深度、不同条件的煤炭资源，开发适用性的气化炉建造技术，优选合适的气化工艺控制气化产物中经济性物质的比例，降低有害物质比例以及对有害物质进行监测与处理，不断调整优化，形成针对性的气化产物控制技术。在实现煤炭资源安全、高效、清洁开发的同时，保障能源安全、改善能源结构、创造经济效益。

引用格式

许浩，陈艳鹏，辛福东,等.煤炭地下气化面临的挑战与技术对策［J］.煤炭科学技术,2022,50（1）：265-274.
XU Hao,CHEN Yanpeng,XIN Fudong，et al.Challenges faced by underground coal gasification and technical countermeasures［J］.Coal Science and Technology，2022，50（1）：265-274.

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