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【摘 要】气化采煤技术是指将处于地下的煤炭在特定的设备内进行有控制的燃烧，在一定温度和压力的作用下使煤中含能成分与氧、水蒸气等气化剂发生一系列的化学反应，将固体煤直接转化为含有氢气、一氧化碳、甲烷等可燃性气体，最终输出地面的过程，被誉为第二代采煤法。分析了气化采煤技术优势，介绍了目前广泛应用的三种主要的气化采煤技术工艺，即固定床气化工艺、流化床气化工艺和气流床气化工艺，以期为煤炭生产提供参考。
【关键词】气化采煤;技术;工艺;技术优势
所谓气化采煤技术(Underground Coal Gasification，UCG)，是指将处于地下的煤炭在特定的设备内进行有控制的燃烧，在一定温度和压力的作用下使煤中含能成分与氧、水蒸气等气化剂发生一系列的化学反应，将固体煤直接转化为含有氢气、一氧化碳、甲烷等可燃性气体，最终输出地面的过程，是集建井、采煤、气化工艺为一体的开发洁净能源与化工原料的一种新的能源采集方式，有别于传统的采煤工艺，变传统的物理采煤为化学采煤，被誉为第二代采煤法。发展气化采煤技术是世界煤炭开采的研究方向之一，是从根本上解决传统开采方法存在的碳利用率低、能耗高、污染大、成本高等技术上、环境保护上的问题的重要途径，目前全世界已经生产了地下气化的煤炭超过2 000万吨的。气化采煤技术是中国国家高技术发展研究计划，即“863”计划项目，深受国家的重视，对于推动我国煤炭的清洁化生产具有重要的意义，必将推动我国新一代煤化工的发展。据不完全统计，目前我国已建成投产和正在建设中采用煤气化技术的厂家约30个，约80台气化炉。由我校研究人员提出并完善了“长通道、大断面、两阶段”的地下气化新工艺，实现了井下无人、无设备、长壁式气化工作面采煤，节省了大量的资金、人员和设备投入，经济效益十分显著。
１.气化采煤技术优势分析
气化采煤技术抛弃了全部庞大的建井、采煤、地面气化炉设备，实现了井下无人无设备生产煤气，大大节约了成本和提高了安全系数,，有效地避免矿难事故；煤炭不需要开采、运输，不需要地面洗选、加工、转化，大大减少了煤炭运输费用，减少了地面建气化站设施的投资；煤炭地下气化燃烧后的灰渣留在地下，采用充填技术，大大减少了地表下沉，无固体物质排放，从而最大限度地减少燃煤污染，达到可持续发展的目的。因此，气化采煤技术具有安全性好、投资少、效益高、污染少等优点，与传统的物理采煤和煤炭地面气化工艺相比，具有显著的经济、社会和环保效益，尤其适用于不易开采或开采不经济、热值偏低的、“三下”压煤、褐煤、废弃煤田以及深部煤层的开采。相对于传统的40％～50％的煤炭开采率，气化采煤技术的煤炭利用率提升至80％～90％，与地面气化生产同下游产品相比，煤气热值从3.35～4.19 MJ/m3(空气鼓风)，提高到11.72 MJ/m3(氧一蒸汽鼓风)，生产合成气成本可下降43%，生产天然气代用品成本可下降10%～18%，发电成本可下降27%。其生产的煤气不仅可用做燃料直接使用，而且可以应用于发电，或是作为化工原料气生产甲醇、合成油或化工产品，因此，对于煤炭资源非常丰富，经济发展却相对落后，生产的煤炭不能就地消化，外运费用又极高的偏远地区的资源开发具有重要意义。
2.气化采煤技术的主要工艺
气化采煤技术包主要括备煤技术、气化炉技术、气化后工艺技术等三部分，技术核心和物质基础是地下气化炉。地下气化炉按施工方法不同分为有井式和无井式。有井式是指气化炉的施工都在地下进行，进、排气孔是井筒，气化通道是人工掘进的煤巷；无井式则是所有建炉工作都在地面进行，进、排气孔由地面打钻施工。按固体、气体在气化炉内状态和运动形式，气化采煤工艺可分为固定床、流化床、气流床和熔融床4种气化采煤技术，目前在工业上获得广泛应用的主要是固定床气化、流化床气化、气流床气化3种工艺路线。
2.1 固定床气化工艺
固定床气化是目前应用最成熟，开发最早的气化采煤技术，其是指在气化过程中，10～50mm的块煤或煤焦由气化炉项部加入，氧、水蒸气等气化剂从气化炉底部通入，煤与气化剂逆流接触，相对于气体的上升速度而言，煤下降速度很慢，甚至可视为固定不动，因此称之为固定床气化。固定床气化炉常见有间歇式、常压式气和化连续式、增压式气化两种，代表工艺有常压固定层间歇式无烟煤(或焦炭)气化技术、常压固定层无烟煤(或焦炭)富氧连续气化技术、鲁奇固定层煤加压气化技术、英国BGL高温熔渣煤气化技术等。其中，德国鲁奇炉（Lurgi）气化是应用最广泛，固定床气化炉，它是以块状的弱粘结性贫瘦煤为原料，氧气和蒸汽为气化剂在加压条件下连续气化制取煤氣，具有热效率较高、耗氧量较低、碳效率高、气化效率高等众多工艺优点。
2.2 流化床气化工艺
流化床气化是指在气化过程中，1～10mm的块煤或煤焦由气化炉下部加入悬浮分散在垂直上升的气流中，在空气、氧气或富氧和蒸汽气化剂的作用下保持连续不断和无秩序地沸腾和悬浮状态运动，进行气化反应。流化床的气化强度较高，可达到固定床的2倍左右，床内温度更加均匀，出口温度可以达到900～1000℃，导出的煤气中基本上不含焦油、酚、烃类等难以净化物质，净化处理流程简化。流化床气化工艺原料适应范围宽、过程易于控制、炉内气化温度均匀、投资成本较低，因此得到越来越广泛应用。流化床气化炉的主要有温克勒气化炉、恩德炉、U-Gas气化炉等。高温温克勒气化（(HTW)）是流化床气化工艺的代表。
3.结语
我国煤炭资源丰富，其是石油能源的最佳代替品之一。我国是世界第二大石油消耗国，在当今石油短缺的背景下，开发和利用洁净采煤技术，提高煤炭资源的利用率对于我国实施可持续发展战略的重要举措具有重要的现实意义。而要想实现“清洁采煤”就必须提高和完善采煤技术工艺。我国煤炭资源开采条件属中等偏下水平，可供露天矿开采的资源极少，除陕西、山西、宁夏、内蒙古和新疆等省区部分煤田开采条件较好外，其他煤田开采条件较复杂。因此，气化采煤工艺技术尤其适合我国煤炭资源开采条件差、煤矿地质条件复杂、可供露天矿开采的资源少、劣质煤比例高等现状，应加强该项技术的推广应用。
【参考文献】
［１］杜计平,孟宪锐.采矿学[M].北京：中国矿业大学出版社，2008.
［２］许祥静,刘 军.煤炭气化工艺[M]．北京：化学工业出版社，2005.
［３］于文景,李富群.现代化煤矿采煤新工艺新技术与新标准实用全书[M].北京：当代中国音像出版社.
［４］朱银惠.煤化学[M]．北京：化学工业出版社，2005.
［５］WURIEL T．Lurgi Mega Methananol Technology[J]．Oil Gas European Magazine，2007，33(2)：92-96．
［６］X．J．Chu，W．Li，B．Q．Li，et a1．Sulfur Transfers from Pyrolysis and Gasification of Direct LiquefactionResidue of Shenhua Coal[J]．Fuel，2008，87(2)：211-215．
［７］李仲来．煤气化技术综述[J]．小氮肥设计技术，2OO2，23(3)：7-17.
［８］章荣林．基于煤气化工艺技术的选择与评述[J]．化肥设计，2008：46(2)：3-8．
［９］张增峰．采煤工艺的选择与思考[J].科技创业月刊，2007,(2).
［１０］刘功年．多种煤气化技术的应用与评述[J]．革新与综述，2007,(5)：25-29．
［１１］步学朋,等．煤炭气化发展及应用中的热点问题探讨[J]．转化利用，2007,(2)：37-41．
作者简介：周帅（1987.10—），内蒙古自治区鄂尔多斯市达拉特旗人，就读于中国矿业大学2008级采矿工程专业。
【关键词】气化采煤;技术;工艺;技术优势
所谓气化采煤技术(Underground Coal Gasification，UCG)，是指将处于地下的煤炭在特定的设备内进行有控制的燃烧，在一定温度和压力的作用下使煤中含能成分与氧、水蒸气等气化剂发生一系列的化学反应，将固体煤直接转化为含有氢气、一氧化碳、甲烷等可燃性气体，最终输出地面的过程，是集建井、采煤、气化工艺为一体的开发洁净能源与化工原料的一种新的能源采集方式，有别于传统的采煤工艺，变传统的物理采煤为化学采煤，被誉为第二代采煤法。发展气化采煤技术是世界煤炭开采的研究方向之一，是从根本上解决传统开采方法存在的碳利用率低、能耗高、污染大、成本高等技术上、环境保护上的问题的重要途径，目前全世界已经生产了地下气化的煤炭超过2 000万吨的。气化采煤技术是中国国家高技术发展研究计划，即“863”计划项目，深受国家的重视，对于推动我国煤炭的清洁化生产具有重要的意义，必将推动我国新一代煤化工的发展。据不完全统计，目前我国已建成投产和正在建设中采用煤气化技术的厂家约30个，约80台气化炉。由我校研究人员提出并完善了“长通道、大断面、两阶段”的地下气化新工艺，实现了井下无人、无设备、长壁式气化工作面采煤，节省了大量的资金、人员和设备投入，经济效益十分显著。
１.气化采煤技术优势分析
气化采煤技术抛弃了全部庞大的建井、采煤、地面气化炉设备，实现了井下无人无设备生产煤气，大大节约了成本和提高了安全系数,，有效地避免矿难事故；煤炭不需要开采、运输，不需要地面洗选、加工、转化，大大减少了煤炭运输费用，减少了地面建气化站设施的投资；煤炭地下气化燃烧后的灰渣留在地下，采用充填技术，大大减少了地表下沉，无固体物质排放，从而最大限度地减少燃煤污染，达到可持续发展的目的。因此，气化采煤技术具有安全性好、投资少、效益高、污染少等优点，与传统的物理采煤和煤炭地面气化工艺相比，具有显著的经济、社会和环保效益，尤其适用于不易开采或开采不经济、热值偏低的、“三下”压煤、褐煤、废弃煤田以及深部煤层的开采。相对于传统的40％～50％的煤炭开采率，气化采煤技术的煤炭利用率提升至80％～90％，与地面气化生产同下游产品相比，煤气热值从3.35～4.19 MJ/m3(空气鼓风)，提高到11.72 MJ/m3(氧一蒸汽鼓风)，生产合成气成本可下降43%，生产天然气代用品成本可下降10%～18%，发电成本可下降27%。其生产的煤气不仅可用做燃料直接使用，而且可以应用于发电，或是作为化工原料气生产甲醇、合成油或化工产品，因此，对于煤炭资源非常丰富，经济发展却相对落后，生产的煤炭不能就地消化，外运费用又极高的偏远地区的资源开发具有重要意义。
2.气化采煤技术的主要工艺
气化采煤技术包主要括备煤技术、气化炉技术、气化后工艺技术等三部分，技术核心和物质基础是地下气化炉。地下气化炉按施工方法不同分为有井式和无井式。有井式是指气化炉的施工都在地下进行，进、排气孔是井筒，气化通道是人工掘进的煤巷；无井式则是所有建炉工作都在地面进行，进、排气孔由地面打钻施工。按固体、气体在气化炉内状态和运动形式，气化采煤工艺可分为固定床、流化床、气流床和熔融床4种气化采煤技术，目前在工业上获得广泛应用的主要是固定床气化、流化床气化、气流床气化3种工艺路线。
2.1 固定床气化工艺
固定床气化是目前应用最成熟，开发最早的气化采煤技术，其是指在气化过程中，10～50mm的块煤或煤焦由气化炉项部加入，氧、水蒸气等气化剂从气化炉底部通入，煤与气化剂逆流接触，相对于气体的上升速度而言，煤下降速度很慢，甚至可视为固定不动，因此称之为固定床气化。固定床气化炉常见有间歇式、常压式气和化连续式、增压式气化两种，代表工艺有常压固定层间歇式无烟煤(或焦炭)气化技术、常压固定层无烟煤(或焦炭)富氧连续气化技术、鲁奇固定层煤加压气化技术、英国BGL高温熔渣煤气化技术等。其中，德国鲁奇炉（Lurgi）气化是应用最广泛，固定床气化炉，它是以块状的弱粘结性贫瘦煤为原料，氧气和蒸汽为气化剂在加压条件下连续气化制取煤氣，具有热效率较高、耗氧量较低、碳效率高、气化效率高等众多工艺优点。
2.2 流化床气化工艺
流化床气化是指在气化过程中，1～10mm的块煤或煤焦由气化炉下部加入悬浮分散在垂直上升的气流中，在空气、氧气或富氧和蒸汽气化剂的作用下保持连续不断和无秩序地沸腾和悬浮状态运动，进行气化反应。流化床的气化强度较高，可达到固定床的2倍左右，床内温度更加均匀，出口温度可以达到900～1000℃，导出的煤气中基本上不含焦油、酚、烃类等难以净化物质，净化处理流程简化。流化床气化工艺原料适应范围宽、过程易于控制、炉内气化温度均匀、投资成本较低，因此得到越来越广泛应用。流化床气化炉的主要有温克勒气化炉、恩德炉、U-Gas气化炉等。高温温克勒气化（(HTW)）是流化床气化工艺的代表。
3.结语
我国煤炭资源丰富，其是石油能源的最佳代替品之一。我国是世界第二大石油消耗国，在当今石油短缺的背景下，开发和利用洁净采煤技术，提高煤炭资源的利用率对于我国实施可持续发展战略的重要举措具有重要的现实意义。而要想实现“清洁采煤”就必须提高和完善采煤技术工艺。我国煤炭资源开采条件属中等偏下水平，可供露天矿开采的资源极少，除陕西、山西、宁夏、内蒙古和新疆等省区部分煤田开采条件较好外，其他煤田开采条件较复杂。因此，气化采煤工艺技术尤其适合我国煤炭资源开采条件差、煤矿地质条件复杂、可供露天矿开采的资源少、劣质煤比例高等现状，应加强该项技术的推广应用。
【参考文献】
［１］杜计平,孟宪锐.采矿学[M].北京：中国矿业大学出版社，2008.
［２］许祥静,刘 军.煤炭气化工艺[M]．北京：化学工业出版社，2005.
［３］于文景,李富群.现代化煤矿采煤新工艺新技术与新标准实用全书[M].北京：当代中国音像出版社.
［４］朱银惠.煤化学[M]．北京：化学工业出版社，2005.
［５］WURIEL T．Lurgi Mega Methananol Technology[J]．Oil Gas European Magazine，2007，33(2)：92-96．
［６］X．J．Chu，W．Li，B．Q．Li，et a1．Sulfur Transfers from Pyrolysis and Gasification of Direct LiquefactionResidue of Shenhua Coal[J]．Fuel，2008，87(2)：211-215．
［７］李仲来．煤气化技术综述[J]．小氮肥设计技术，2OO2，23(3)：7-17.
［８］章荣林．基于煤气化工艺技术的选择与评述[J]．化肥设计，2008：46(2)：3-8．
［９］张增峰．采煤工艺的选择与思考[J].科技创业月刊，2007,(2).
［１０］刘功年．多种煤气化技术的应用与评述[J]．革新与综述，2007,(5)：25-29．
［１１］步学朋,等．煤炭气化发展及应用中的热点问题探讨[J]．转化利用，2007,(2)：37-41．
作者简介：周帅（1987.10—），内蒙古自治区鄂尔多斯市达拉特旗人，就读于中国矿业大学2008级采矿工程专业。