煤的地下氣化
[拼音]:mei de dixia qihua
[外文]:underground gasification of coal
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),沿氣化通道分為:
(1)氧化帶,生成大量CO2、CH4、CnHm和部分水蒸氣、H2、CO等,并放出大量熱能。
(2)還原帶,CO2和水蒸氣被還原成CO和H2,部分煤炭熱解生成CH4及CnHm,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CO、H2、CH4和CnHm,并混有部分O2、N2、H2S和SO2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/m3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/m3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/m3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?。目前正在研究的還有激光貫通法、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?賈米昕???捎閃礁鱟昕鬃槌梢桓銎?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。
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