煤炭地下氣化工藝

煤炭地下氣化工藝煤炭地下氣化——是一種直接把煤在地下氣化的采煤方法。利用它可獲得熱能，電能或各種化學(xué)產(chǎn)品。本采煤方法可解除礦井內(nèi)的人員，礦工繁重的、擔(dān)憂全的勞動；可建立一個環(huán)保干凈的企業(yè)，這一工藝一百多年來吸引了多少爭論工作者想把它會付諸于現(xiàn)實。目前有關(guān)煤層地下氣化進展前景的資料很多；但其作者對工技術(shù)的評價眾說紛紜。個煤田；順涅茨克、庫茲巴斯和莫斯科近郊開頭了實際工作。第一批試驗是在地底下建立層狀的氣化爐、以獵取動力氣體的水蒸氣。所以后來就指定承受無井式方案。組成：從地表向煤層鉆進垂直的、傾斜的和定向傾斜鉆孔。為了實現(xiàn)氣化過程，將鉆孔底端在煤層中貫穿。將煤層點燃使煤體氣化：無井式方案揭露煤層的實質(zhì)就是在煤層上相隔肯定距離鉆進進氣孔和出氣孔。氣化過程中吹入的氧氣與煤層的碳作用，生成二氧化碳、一氧化碳、然后是氫；此外，在氣體中還有其它可燃物質(zhì)；甲烷，不定的碳氫化合物，硫氫化合物。進、出氣孔按肯定的網(wǎng)格布置形成地下氣化爐，在地表設(shè)有壓送氣化劑，例如“空氣、富氧空氣的管道和把氣體輸送到凈化和冷卻設(shè)施的管道以及相應(yīng)的設(shè)備和廠房。黔簡潔的氣體方案是承受空氣作為氣化劑，其工藝示意圖見圖1。氣體凈化程度。當(dāng)承受空氣作用氣化劑時，理論計算氣體熱值不會大于4.4MJ/〔1050由于水蒸氣和煤的其它有機物質(zhì)的參于氣化過程。使熱值到達4.6～5.0MJ/m3〔1100～1200/3；當(dāng)承受富氧氣化劑時〔含65的氧，熱值可提高至6.7MJ/〔1600大/3；所以地下氣化時所得到的是低值熱氣體。1煤炭地下氣化站工藝流進、出氣量，對于地下氣化的掌握是通過工藝、地質(zhì)和測定的方法。二次大戰(zhàn)后又恢復(fù)了地下氣化工作，當(dāng)時主要留意力集中在燃料再處理的化學(xué)工藝，礦山和鉆探工作，地下流體和氣體動力學(xué)、水文地質(zhì)、設(shè)計專用機械設(shè)備。從1949年至196418個科學(xué)分析有關(guān)爭論所。在此階段，設(shè)計和投產(chǎn)的有1955年“南阿賓斯克”站，設(shè)計力量為5億m3/年〔相當(dāng)于25噸庫茨涅茨煤1958年“沙特卡亞”站，產(chǎn)量為6.6億3/年〔相當(dāng)于25噸莫斯科近郊褐煤1961年“安格林”站，產(chǎn)量為23億3/年〔相當(dāng)于50噸煤；還有在經(jīng)過爭論和工業(yè)性的試驗工作證明白無井式氣化褐煤層厚度從2m至22m，埋深從30m250m0.6m10m50m400m。在六十年月初覺察了大規(guī)模自然氣，轉(zhuǎn)變了國家能源利用的構(gòu)造。自然氣與石油氣產(chǎn)品成為主要燃料，從這以后煤層地下氣化工作大大縮減。從1973-1974年，整個資本主義世界發(fā)生了經(jīng)濟危機、重引起了對地下氣化的留意力。由于石油、自然氣的削減以及將來對能源需求增加。煤在將來的動力和工業(yè)中的作用越來越顯著；還應(yīng)留意到，在資本主義興旺國家中，化學(xué)工業(yè)對液態(tài)和氣態(tài)的碳氫202320-50%。來的氣體。3632年?！鞍哺窳帧闭镜臍怏w熱值為3.～3.4MJ/3740810/“”站為3.44.2MJ/〔81～1000/310個取暖鍋爐，“南阿賓斯克”站主要用——伯洛柯彼夫斯克”煙煤〔庫茲巴斯，共23層，厚2～6.5，埋50m～300m35°～36°，煤的牌號гж。2，它包括高壓〔至7.0MPa〕壓縮空氣裝置，用于貫穿；中壓〔7.0MPa〕裝置，用于形成氣化通道；低壓〔0.25～0.46MPa〕裝置，用于維持燃燒煤層20°～30°，同時從氣體中分別灰屑、油脂物：CO2H2局部被洗滌。冷卻——那里有冷卻塔和沉淀池等專用裝置，水的苯酚層在開式沉淀池中，經(jīng)過脫酚后變?yōu)閺U水排放，為了冷卻空壓機和輸送管道承受標(biāo)定2南阿賓斯克地下氣站工藝流程該站的設(shè)計力量為5億3/年，而本錢為1.8/10003〔12.6盧布噸煤，19654.5億m3/年〔19萬噸煤/年。安格林站位于塔什干地區(qū)，用的是安格林褐煤，設(shè)計年產(chǎn)量為23.2億m3，被氣化煤層厚度從3m～29m，埋深120m～250m，其特點是煤層和有熱質(zhì)的砂巖和粉砂巖圍巖60m～100m的隔水層。在地下氣化爐范圍內(nèi)，從地表相隔15m～20m鉆有垂直孔，鉆孔內(nèi)下入套管，管外用水泥加固。除揭露煤層的垂直孔外，還有傾斜——水平孔，僅在巖石局部下入套管，3.0～6.0MPa壓力，吹入空氣氣化時承受低——中壓〔0.2～0.6MPa，參與氣化的是煤，空氣中的氧氣和煤的水份。最大產(chǎn)量達14.10億3〔相當(dāng)52噸煤——地質(zhì)條件下可達400m的深度，在地表綜合解決了氣體的除硫化氫的凈化工作，獲得了貴重的化工原料〔次亞硫酸鹽和硫和脫酚的排放水。1994年初，氣化站消耗了146百萬噸煤，獲得了500m3氣體，用于動力、取熱和獲得化學(xué)產(chǎn)品。煤層地下氣化與常規(guī)傳統(tǒng)采煤相比說明一系列技術(shù)優(yōu)點：解除了地下礦工的繁重勞動；排解了含高廢渣燃料的運輸，地表的灰渣堆以及含硫灰塵和硫酸物的污染；可開采不受灰分和煤層厚度以及簡單礦山——地質(zhì)條件限制的煤層；可實現(xiàn)工藝的全部自動化和機械化；可獲得用于經(jīng)濟建設(shè)貴重的化學(xué)產(chǎn)品；與建設(shè)深的豎井來比可養(yǎng)活根本投資。阻礙廣泛應(yīng)用地下氣化技術(shù)的因素有：低的化學(xué)和能量氣化有效利用系數(shù)；與自然氣相比低的熱值；穩(wěn)定地下氣化產(chǎn)出氣體的組分過程比較簡單；綜合利用和排解氣體所含的物理熱能問題比較簡單；還缺乏對煤層地下氣化工藝的技術(shù)經(jīng)濟評價方法。行性和能夠穩(wěn)定的取得打算的氣體產(chǎn)量。二、煤層地下氣化企業(yè)與傳統(tǒng)的采煤方法的技術(shù)經(jīng)濟分析2.1“南阿賓斯克”地下氣化站1952年，1955232m55°～70°，氣化所用3260萬噸〔197761日統(tǒng)計。氣化站的工業(yè)用地建于不含煤的地層上，主要車間為：空壓機和氣化爐，鉆探車間有必要的鉆探設(shè)備；而安裝車間主要為地表管道效勞。1〔19803所示〕表1 主要投資安排挨次號名稱價值千盧布%1廠房31062建筑物718.4143氣化爐〔煤〕57.314傳送設(shè)備371.575地表管線614.3126動力機械1807工作機械868168注用房輸送管路2335.4449其它機械3.5010器材1.7011測量儀表18.6012工具0.30合計5317100 圖3 主要投資安排圖從圖中可以看出，主要投資用于輸送設(shè)施44，這是由于10比較分散所造成。氣化站的設(shè)計力量為5億3/年，本錢為1.8/10003〔12.6盧布噸煤；1955年投入生產(chǎn)，19592億～4.56m3/年，它要比“基西列夫斯克——伯洛柯比夫斯克”區(qū)以下簡稱“基——伯”區(qū)，礦井的生產(chǎn)力量小很多倍。由于缺乏大的用戶，90萬至200萬m3氣體；而夏天——30萬m3～40萬m3196714.48m3，而且局部氣體沒被利用和放空。19661.98盧布/1000m314盧布噸煤。此外，氣化站生產(chǎn)接近設(shè)計力量〔4.48m3/年。表2是“基——伯”地區(qū)幾個礦井生產(chǎn)力量和1977年采煤本錢〔按78.1.1統(tǒng)計；4為企業(yè)生產(chǎn)力量有關(guān)的噸本錢變化圖。名稱伐汝雪太平豎井契爾卡 索塔名稱伐汝雪太平豎井契爾卡 索塔索夫 哈克西列夫12#露天礦捷爾 克西 金 列夫 雪75年元月元日生產(chǎn)力量1噸煤至用戶本錢千噸標(biāo)準(zhǔn)煤噸標(biāo)準(zhǔn)1349.千噸生產(chǎn)力量標(biāo)準(zhǔn)煤開采1噸煤 噸標(biāo)準(zhǔn)至用戶本錢煤，盧布1011.3942.9157.7828.81571.81001.51279.0976.2 771.0313.7314.2828.9912.5412.1213.114.6811.82 13.21 11.078年元月元日815761552.1842.210101347.513601706789.417.1618.9615.1412.5513.9515.7610.559.0411.19 4按交通綜合爭論所的資料，對于“基——伯”地區(qū)10公里的運輸費用為1.46/0.891=1.64盧布/噸標(biāo)準(zhǔn)煤，0.891為實際燃料本錢轉(zhuǎn)為標(biāo)準(zhǔn)本錢的系數(shù)。按爭論所資料，把煤送到用戶〔含倉庫保管、裝卸、粉碎等，對于電站為1盧布1.12盧布/噸標(biāo)準(zhǔn)煤。因此，煤的開采本錢，假設(shè)換算成標(biāo)準(zhǔn)煤，則增加至2.76盧布/噸標(biāo)準(zhǔn)煤。N312礦井，其生產(chǎn)力量為101213.9盧布/15倍。19494.48m36萬噸1.98盧布/1000m314盧布/噸標(biāo)準(zhǔn)煤，沒有超過當(dāng)?shù)孛旱拈_采本錢。應(yīng)當(dāng)指出的是，上述比照不是完全在等同條件下進展的，由于礦井生產(chǎn)為了改善自己的經(jīng)濟指標(biāo)，是承受了最科技本錢；而南阿賓斯克站是一個工業(yè)試驗性質(zhì)的地下氣化站，其生產(chǎn)力量不是按經(jīng)濟標(biāo)準(zhǔn)的，而是從爭論煤的地下氣化過程考慮的。因此不能完全反映煤層地下氣化工藝的經(jīng)濟可行性。19551995年四十年的工作可劃分如下幾個階段：0.2084.48m3，到達了設(shè)計力量和所設(shè)計的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)；證明白所承受的技術(shù)決策正確。其次階段，1967～1977年，氣化了最有利的儲量，產(chǎn)量從2.574.59m3。把握了陡傾斜煤層的氣化技術(shù)，暴露了不是全年都有大的用戶〔還產(chǎn)生了管道由于冷凝物而堵塞1962年政府停頓了對地下氣化技術(shù)爭論和試驗工作的投資，氣化站開頭在較嚴峻的經(jīng)濟條件下工作。主要生產(chǎn)金屬構(gòu)件。第三階段，1977～19871983年氣體探設(shè)備的試驗工作。最終完畢階段，1987～1994年，氣化300m水平線下的煤層〔上邊地層已被開采和充填，當(dāng)氣化下部地層時導(dǎo)致巖石和水下落至底部氣化爐而停頓生產(chǎn)，這不是氣化工藝沒有過關(guān)，而是陡傾斜礦層的開采方法沒有選對。分析所進展的工作說明：105m3/年；而且氣體本錢與一般地下開采法相當(dāng)〔在同一煤礦。所取得的不太高的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)不能看作為對地下氣化技術(shù)的評價驗只是想檢查地下氣化技術(shù)的可行性。此外，該站處于基西列夫地區(qū)，那里廉價能源很多〔露天開采，西伯利亞河流系的水力能源，自然氣豐富等，影響了對地下氣化站的投資?！鞍哺窳帧闭镜叵職饣镜纳a(chǎn)閱歷和主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)的分析建于塔什干地區(qū)安格林褐煤的地下氣化站，1961年投產(chǎn)，年設(shè)計產(chǎn)量為23億m34.6公里處的水力發(fā)電站，所氣化的煤層厚為3～20m，埋深120～250，60～100m的隔水層，氣化時沒發(fā)生降水現(xiàn)象。3。3煤的特性煤技術(shù)成分，%煤可燃性，%燃燒熱值水蒸氣灰分揮發(fā)成分CrHrOrNrSr凈煤質(zhì)量WpArVrQpMJ/kgH3512.233.074～793.5～4.516.60.81.615.0819820.180.12億噸煤可以氣化。15～20m鉆傾斜水平孔，其巖石局部需加固。30～60大氣壓。進氣承受2～6大氣壓的低—中壓。其它主要技4。指標(biāo)生產(chǎn)年份表指標(biāo)生產(chǎn)年份19621965196819711974197719801986生產(chǎn)氣量m348914101005.6798396.8396.3299.4273.1折合標(biāo)準(zhǔn)煤千噸55.516011085.057.641.029.127.9氣體熱值大卡/m3794796768743728726680850〔低值〕MJ/M33.33.333.23.13.093.042.84被氣化煤量千噸182527369283183140101.780.1每公斤煤出氣量m32.62.682.732.822.982.832.962.96理論漏氣量%15.115.716.521.013.114.67.87.659.260.157.858.561.058.556.71158794.5101101.5122.7143.333.616.018.422.128.837.844.53.811.823.12.353.033.784.32氣化效率系數(shù)%單位耗電量KW/1000m3氣化效率系數(shù)%單位耗電量KW/1000m3氣體本錢盧布/噸標(biāo)準(zhǔn)煤氣體本錢盧布/1000m31000m355。指標(biāo)%表5 1981年地下氣化本錢〔盧布/1000m指標(biāo)%1鉆探工作0.9220.12動力消耗1.55343工人工資0.0514設(shè)備維護0.327.15車間消耗1.2928.36氣體運輸0.327.17氣體直接本錢4.4597.68治理本錢0.112.49合計：氣體4.5610010其它生產(chǎn)消耗11總本錢4.56圖5 建地下氣化站和豎井的人員投入數(shù)〔N〕與基建投資〔K〕的比較1德來列夫；2西涅尼柯夫；3No-1；4波克達諾夫No-2；5No-1；6No-2；7列查恩；8哈巴洛夫；9南阿賓斯克No-1；10基西列夫No-2；11普洛哥比No-3。6生產(chǎn)氣體占用人數(shù)名稱19801981送氣車間3242鉆探車間4436清理2422試驗工作1111合計111107氣體勞動生產(chǎn)率26542754噸標(biāo)準(zhǔn)煤/每人262285盧布/每人產(chǎn)值34773785從上圖可看出，氣體成主要消耗在動力6生產(chǎn)氣體占用人數(shù)名稱19801981送氣車間3242鉆探車間4436清理2422試驗工作1111合計111107氣體勞動生產(chǎn)率26542754噸標(biāo)準(zhǔn)煤/每人262285盧布/每人產(chǎn)值34773785從19804～6億m3氣體。企業(yè)常常遇到經(jīng)濟上的困難和物資供給少缺。1994年氣體本錢〔折合成煤〕為2.12萬盧布/噸〔至用戶〕而9#4.5萬盧布/噸〔原址。目前氣化站正組織組織磚、瓦及其它建材的生產(chǎn)氣體于焙燒。1989、199065.5億和7億〔氣體熱值為3.2MJ/3，計算一個鍋爐Tn-230-恩斯柯——19899.71和12.34盧布/5.80盧布/9017.9429.65盧布/16.56盧布/噸。圖6 安格林水力發(fā)電站承受地下氣化的氣體經(jīng)濟效益分析圖〔550700百萬m3/3.2MJ/m3〕2.