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煤的地下氣化

undergroundgasificationofcoal

將地下自然賦存的煤在煤層內(nèi)燃燒、氣化成煤氣，輸送到地面，作為能源或化工原料。1912年英國(guó)拉姆賽（W.Ramsey）提出地下氣化方案。1933年蘇聯(lián)開始地下氣化工業(yè)試驗(yàn)。第二次世界大戰(zhàn)后，英、美、波、法等國(guó)曾進(jìn)行過(guò)試驗(yàn)研究，但進(jìn)展都不大。中國(guó)于1958～1962年曾在鶴崗、大同、蛟河等礦區(qū)進(jìn)行過(guò)試驗(yàn)。70年代后，煤的地下氣化又引起美、蘇等工業(yè)國(guó)家的重視，但仍處于試驗(yàn)階段。

煤的地下氣化原理從地面向煤層鉆鼓風(fēng)和排氣鉆孔，底部貫通，形成初始?xì)饣ǖ?。在通道一端點(diǎn)燃煤層，從鼓風(fēng)鉆孔壓入空氣或氧氣，有時(shí)須鼓入部分水蒸氣，以改善氣化反應(yīng)，提高煤氣熱值。煤氣自排氣鉆孔排出（見圖[煤的地下氣化示意圖]），沿氣化通道分為：①氧化帶，生成大量CO、CH、CH和部分水蒸氣、H、CO等，并放出大量熱能。②還原帶，CO和水蒸氣被還原成CO和H，部分煤炭熱解生成CH及CH，并吸收部分熱能。③干餾干燥帶，放出揮發(fā)性混合氣體。氣化生成的煤氣，從排氣鉆孔排出，其主要成分有COHCH和CH，并混有部分ONHS和SO等。氣化通道的煤壁(氣化工作面)不斷燃燒，向前推進(jìn)，剩余的灰分和殘?jiān)z留在采空區(qū)。

向氣化區(qū)鼓入空氣時(shí)，生成熱值700～1400kcal/m的低熱值煤氣；鼓入富氧空氣(含氧量40％左右)時(shí)，生成熱值1400～2000kcal/m的中熱值煤氣；如鼓入氧含量再高的富氧空氣，可生成熱值2000kcal/m以上的高熱值煤氣。煤氣熱值還與煤的品種、灰分、含水量、煤層及頂?shù)装鍘r石的構(gòu)造和性質(zhì)、壓入的風(fēng)量和風(fēng)壓等有關(guān)。

煤的地下氣化方法有井式氣化法從地面向煤層開掘井筒，在氣化區(qū)開掘巷道或打鉆孔，形成氣化通道后，點(diǎn)火氣化。此法須進(jìn)行井下施工，作業(yè)環(huán)境和安全性差，目前已基本為無(wú)井法所取代。

無(wú)井式氣化法有雙孔式和單孔式兩種。雙孔式氣化法從地面向煤層打直徑150～400mm、間距10～40m的一系列鉆孔，兩鉆孔之間貫通形成氣化通道，點(diǎn)火氣化。貫通方法有5種：①低壓火力滲透貫通法，在鼓風(fēng)或排氣鉆孔底部的煤層中點(diǎn)火，并壓入3～6atm的低壓空氣，使兩鉆孔間的煤燃燒，形成氣化通道。本法適用于反應(yīng)性良好的褐煤層。②高壓火力滲透貫通法，與低壓法基本相同。主要區(qū)別是本法的風(fēng)壓較高，通常為7～15atm，最高達(dá)80atm。高壓氣流可壓裂煤層，造成大量人工裂隙，以提高貫通速度。本法宜用于反應(yīng)性差的煤層。③電力貫通法，將兩個(gè)電極從鼓風(fēng)與排氣鉆孔插入煤層，通入5～6kV或更高的工頻高壓電。電流的熱效應(yīng)使煤層焦化，形成孔隙較大的氣化通道。④水力壓裂貫通法，從一個(gè)鉆孔向煤層注入高壓水，滲透流向另一鉆孔，擴(kuò)大煤層的孔隙、節(jié)理和裂縫，然后注砂支撐裂縫，最后進(jìn)行熱加工形成氣化通道。⑤鉆孔貫通法，從地面向煤層鉆進(jìn)彎曲鉆孔，形成初始?xì)饣ǖ馈Ｄ壳罢谘芯康倪€有激光貫通法、爆破壓裂貫通法等。鉆孔底部煤層可用電力點(diǎn)火器、石油過(guò)濾式加熱器等專用點(diǎn)火器點(diǎn)火，也可用熾熱的焦炭或其他點(diǎn)燃物點(diǎn)火。傾斜或急傾斜煤層氣化時(shí)，沿煤層傾斜布置鉆孔?？捎蓛蓚€(gè)鉆孔組成一個(gè)氣化回路，也可由三個(gè)鉆孔組成兩個(gè)氣化回路，一個(gè)進(jìn)風(fēng)，兩個(gè)排出煤氣。多組鉆孔同時(shí)進(jìn)行氣化，可以加大煤氣生產(chǎn)能力。氣化近水平煤層時(shí)，采用方形或矩形排列的垂直鉆孔，鉆孔間距約10～40m。單孔式氣化法，沿煤層打鉆孔，在每個(gè)鉆孔內(nèi)點(diǎn)火氣化，由中心移動(dòng)式套管送風(fēng)，從環(huán)隙排氣。此法適用于各種厚度的水平和傾斜煤層。