淺談天津深部煤炭地下氣化可行性

韓榮文魏曉鵬徐 方高洪生（.天津市地質(zhì)調(diào)查研究院，天津 3009；.天津地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，天津 3009）

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淺談天津深部煤炭地下氣化可行性

韓榮文1魏曉鵬2徐 方1高洪生1
（1.天津市地質(zhì)調(diào)查研究院，天津 300191；2.天津地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，天津 300191）

摘 要：煤炭地下氣化是未來(lái)世界煤炭資源開發(fā)利用方向之一。2010年國(guó)家6部委聯(lián)合發(fā)布《中國(guó)資源綜合利用技術(shù)政策大綱》，要求推進(jìn)煤炭地下氣化技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。通過(guò)煤炭地下氣化將煤炭開采和氣化結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了煤炭開采和利用的一體化，具有開采工藝簡(jiǎn)單、安全性能好、環(huán)境污染較少等優(yōu)點(diǎn)。本文通過(guò)對(duì)天津深部煤炭資源地質(zhì)條件、資源量的闡述，地下氣化技術(shù)條件的研究，以及產(chǎn)生的潛力分析，提出了深部煤炭地下氣化的可行性和重要意義，并給出了進(jìn)一步開展試驗(yàn)的合理化建議。

關(guān)鍵詞：深部煤炭；地下氣化；開發(fā)；分析

煤炭地下氣化是未來(lái)世界煤炭資源開發(fā)利用方向之一，對(duì)煤層地質(zhì)條件和煤質(zhì)的適應(yīng)性較強(qiáng)，有利于充分利用煤炭資源。改變了傳統(tǒng)的建井、采煤、運(yùn)輸?shù)拿禾块_采方式，將煤炭開采和氣化結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了煤炭開采和利用的一體化，省去了龐大的煤炭開采、運(yùn)輸、洗選工藝和設(shè)備，具有開采工藝簡(jiǎn)單、安全性能好、環(huán)境污染較少等優(yōu)點(diǎn)。

在相關(guān)的技術(shù)和政策方面，我國(guó)也開展了深入研究和制定了發(fā)展規(guī)劃、大綱等。2010年國(guó)家發(fā)改委、科技部、工信部、國(guó)土部等6部委聯(lián)合發(fā)布《中國(guó)資源綜合利用技術(shù)政策大綱》，要求推進(jìn)煤炭地下氣化技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能減排、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)和發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)。

本次通過(guò)對(duì)煤地質(zhì)條件、資源量、煤地下氣化的技術(shù)成熟度、地下氣化的潛力研究來(lái)分析我市深部煤炭資源開展地下氣化可行性。

1. 天津煤炭資源地質(zhì)條件

1.1 埋藏深度

在天津11916km2國(guó)土上，石炭系、二疊系隱伏含煤地層為5500km2，主要分布在武清一靜海，寧河～大港地區(qū)；其次，下倉(cāng)～岳龍莊一帶。以寶坻斷裂為界，將煤系地層分為南、北兩部分，北部埋藏深度100m～1000m，即使是開采條件最好的地區(qū)其主要可采煤層的埋深最淺為412.36m，最深達(dá)1143.33m。南部埋藏深度一般超過(guò)1000m，最深可達(dá)8000m，預(yù)測(cè)2000m以淺的煤炭資源量達(dá)到839億噸，見表1。

1.2 煤層構(gòu)造

天津的煤炭資源由于種種原因，致使構(gòu)造較復(fù)雜。如大楊各莊井田，由于巖漿巖侵入到煤層，將其切割、穿插、吞食，從而改變了煤層的原貌，使煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，穩(wěn)定性降低。

而地下氣化對(duì)煤層構(gòu)造條件有較大適應(yīng)性，地下氣化爐型可以較小，并可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整尺寸，建爐地點(diǎn)比較機(jī)動(dòng)，從而可以避開結(jié)構(gòu)復(fù)雜的段塊或斷層，以充分地利用煤炭資源。

1.3 煤層厚度

煤地下氣化對(duì)煤層厚度的適應(yīng)性較大。對(duì)厚煤層氣化并無(wú)限制，對(duì)薄煤層不宜小于1m的厚度。薄煤層的煤消耗較快，氣化擴(kuò)展到頂、底板時(shí)，熱量散失而影響煤氣質(zhì)量。但是，由于在薄煤層的析空區(qū)頂板塌落的碎巖塊填充后，形成兩個(gè)氣流途徑，使氣化沿煤層橫向擴(kuò)展，則有效地氣化了薄煤層。此外，也可以在薄煤層中采用相關(guān)的新技術(shù)，既可以保持煤氣質(zhì)量穩(wěn)定，又可以加大氣爐型，降低成本。

1.4 其他地質(zhì)條件

煤層的圍巖主要由頂板和底板組成，當(dāng)頂板、底板的巖性不一時(shí)，其力學(xué)強(qiáng)度各異。分析研究大楊各莊的主要可采煤層，如12煤層和14煤層的頂、底板主要成分是粉砂巖或厚層泥巖，巖性較穩(wěn)定，抗壓強(qiáng)度大。9煤層頂板巖性和巖相變化較大，其直接頂板為火山碎屑，力學(xué)強(qiáng)度較低，偽頂是炭質(zhì)泥巖。煤地下氣化是一種熱加工方式，由于受熱和在地壓的作用下，氣化析空區(qū)的頂板可能會(huì)垮塌，碎巖塊落到底部，使氣流阻力加大，但不會(huì)完全堵塞氣流通道，仍使氣化繼續(xù)進(jìn)行。

煤的地下氣化對(duì)煤種適應(yīng)性較大，變質(zhì)程度淺的煤，活性較大，易于氣化，而變質(zhì)程度深的煤雖然活性差也能夠氣化。天津市煤炭以中灰為主，一般含灰量不超過(guò)40%的煤均可地下氣化，氣化后的灰渣留在地下。

2. 地下氣化的技術(shù)條件

2.1 煤炭地質(zhì)勘查與資料

天津市已對(duì)本市的煤炭資源進(jìn)行了較為廣泛、深入的勘查工作，包括資源潛力評(píng)價(jià)、普查、詳查和勘探，取得較充實(shí)的資料。在尋找地?zé)?、天然氣，石油資源時(shí)，曾進(jìn)行很多的電法、重力、人工地震、航磁等物探工作及鉆探工作，發(fā)現(xiàn)南部深埋區(qū)豐富的煤炭資源。

表1　深埋區(qū)煤的遠(yuǎn)景資源預(yù)測(cè)

2.2 煤炭地下氣化開發(fā)技術(shù)

近些年，煤炭地吸取氣化技術(shù)在俄羅斯等過(guò)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，美國(guó)、歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家也掌握了該領(lǐng)域的一些關(guān)鍵技術(shù)，尤其是歐洲地下氣化公司在1991 ～1997年在西班牙開展了深度500m～700m煤地下煤氣化試驗(yàn)并取得成果。我國(guó)先后在徐州、唐山、新汶、肥城、昔陽(yáng)等礦井進(jìn)行了煤炭地下氣化的工業(yè)性試驗(yàn)和產(chǎn)業(yè)化探索。1990年，煤炭地下氣化半工業(yè)性試驗(yàn)被列入國(guó)家“八五”科技攻關(guān)項(xiàng)目，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)先后在徐州、唐山、新汶、費(fèi)城、昔陽(yáng)等礦井進(jìn)行了煤炭地下氣化試驗(yàn)研究并建立商業(yè)性地下氣化站。山東新汶礦至今已持續(xù)10年生產(chǎn)煤氣，內(nèi)蒙古烏蘭察布無(wú)井式、甘肅華亭等煤炭地下氣化項(xiàng)目目前也在生產(chǎn)煤氣和發(fā)電。

3. 天津煤炭地下氣化的潛力

3.1 可用于地下氣化煤炭?jī)?chǔ)量初步估算

如果用于地下氣化的方法開發(fā)利用天津市豐富的煤炭資源，初步估計(jì)可用于地下氣化的儲(chǔ)量為86.68億噸（表2）。若按每噸煤可產(chǎn)生熱值為4.187兆焦/m3（1000大卡/m3）的煤氣3000m3，則氣化這些煤所產(chǎn)生的煤氣總量可達(dá)260040億m3。

表2　可用于地下氣化煤炭資源量估算

3.2用地下氣化煤發(fā)電

根據(jù)前蘇聯(lián)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，煤3m3熱值為4.187兆焦/m3的煤氣可發(fā)1度電，則上述煤氣的總計(jì)發(fā)電量為86680億度。

3.3生產(chǎn)高熱值煤氣

當(dāng)以純氧和水蒸汽作為氣化劑生產(chǎn)的地下煤氣在地上進(jìn)一步甲烷化，可以生產(chǎn)熱值為35.91兆焦/m3（8576大卡/m3）的高熱值煤氣，作為待用天然氣可用于民用和工業(yè)。按照每噸煤產(chǎn)高熱值煤氣367m3計(jì)，總計(jì)可生產(chǎn)81812億m3的代用天然氣。

4. 結(jié)論與建議

（1）在天津市的能源礦產(chǎn)資源中，煤炭資源很豐富，但因存在諸多實(shí)際問(wèn)題，至今尚未開發(fā)。用煤炭地下氣化的方法開發(fā)利用埋藏深構(gòu)造條件較復(fù)雜，難以用井工法開采的煤炭資源在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上是可行的，并具有巨大潛力。

（2）開展煤炭地下氣化的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，有計(jì)劃、有目的、有步驟，分階段解決地下氣化相應(yīng)的技術(shù)問(wèn)題。本著“先易后難，先淺后深”的原則，建議首選工作程度高的地區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)，取得成功經(jīng)驗(yàn)后，繼續(xù)進(jìn)行半工業(yè)試驗(yàn)和工業(yè)試驗(yàn)。

（3）埋藏深度在2000m以淺的地區(qū)，無(wú)論構(gòu)造簡(jiǎn)單或復(fù)雜，含煤面積較大或小，賦存條件好或差，有必要選擇典型地區(qū)提高地質(zhì)勘查工作程度，再進(jìn)一步查明該地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造情況，可以考慮采用地下氣化方法開發(fā)，以合理利用資源。

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