煤炭气化开采技术:石油钻探企业的新一探索

　　什么是煤炭地下气化？煤炭地下气化是在地下气化炉的条件下进行的。就是将煤层中的气化通道进气孔一端的气化穴煤炭点燃，由进气孔鼓入空气、氧气和水蒸气等气化剂，由辅助孔鼓入氢气。于是，地下煤炭便进行有控制的燃烧，经过对煤的热作用及化学作用，按温度和化学反应的不同，在地下气化通道内形成氧气带、还原带和干馏干燥带，由此生成的粗煤气经过出气孔产出，后经分离、净化等处理，便成为很好的燃料和化工原料。

　　我国能源需求主要依靠本国，以煤为主的能源消费结构，是我国能源战略的重要组成部分。随着经济的不断发展，煤炭资源的开采利用，开始进入由传统粗放型向现代集约型转变的阶段，煤炭地下气化技术的不断发展，就是这一转变最生动的写照。

　　早在1979年的世界煤炭远景会议上，联合国就已明确提出，实施煤炭地下气化开采，是解决传统的煤炭开采利用所存在问题的重要途径。在煤炭气化技术方面，我国也制定了发展规划、纲要等，而且是世界上煤炭地下气化技术研究较早的国家之一。

　　随着油气产业的不断发展，石油企业对矿物能源的勘探开发，开始呈现出一定的多样性，并逐步向煤炭领域延伸。煤炭地下气化开采和综合利用项目，逐渐受到石油企业的青睐。中国石油的辽河油田就是国内石油企业中“第一个吃螃蟹的人”。

　　煤炭地下气化技术类型

　　煤炭地下气化是在地下气化炉的条件下进行的，该技术目前主要有两种类型。

　　一是巷道式地下气化炉技术。就是在开采或废弃的煤矿井中建地下气化炉，以人工掘进的方式在煤层中建立气化巷道，并在进气孔底部巷道筑一道密闭墙(促使定向燃烧煤层)，然后便可将密闭墙前面的煤炭点燃气化。

　　此种方式中的单套地下气化炉由气化通道进气孔、辅助孔和出气孔组成，气化通道在同一煤层内连通各孔，但由于受煤层地应力和温度制约，因此人工竖井部分深度有限。

　　二是钻井式地下气化炉技术。即采用常规的油气钻井技术，钻一口普通的长祼眼水平井，与另外的两口直井在同一煤层内连通。单套地下气化炉仍由气化通道、进气孔、辅助孔和出气孔等组成。

　　施工时，先将进气孔底部的气化穴中的煤炭点燃，鼓入气化剂，连续使煤炭气化，同时由辅助孔鼓入氢气，气化通道内会形成氧化带、还原带和干馏干燥带。国外大多采取此种技术。辽河油田在2005年成功建成了我国首座钻井式地下气化炉。

　　这种煤炭气化方式，很好地发挥了石油企业的钻井技术优势，免去了巷道式建地下气化炉的条件限制。但因钻井井径受限，制约了单套炉的气化规模，有待进行单套炉多进气孔、多气化通道、多出气孔、大井眼钻进和扩眼完井等技术攻关。

　　挖掘剩余资源的新途径

　　据统计，1953年~1989年我国有报废矿井297处，1990年~2020年有244处报废，报废资源量到2002年底已超过300亿吨，一般为井工开采(由工人下入井内进行资源开采，与露天开采相对应，井工可采煤炭量仅占煤炭资源储量的11.43%)遗留的煤柱、薄煤层、劣质煤层、高瓦斯煤层等，丰富的深层煤炭资源和浅海地区的煤炭资源也未被开发利用。煤炭地下气化技术的发展应用，为这些资源的有效动用提供了途径。

　　目前山东、山西、内蒙古、贵州等地都在引入煤炭地下气化技术，以使剩余的煤炭资源得到充分利用。

　　有关专家介绍，煤炭地下气化技术避免了传统煤炭开采方式对大气带来的污染。地下燃烧产生的高温能使瓦斯气和煤焦油发生剧烈膨胀而被挥发采出。尤其是高温能使褐煤的物性变好，使煤层气被解析，易于产出，其中的灰分留存于地下，还可以减少开采后期地层坍塌的危险。

　　煤炭地下气化开采还有见效快的特点。点燃后，只需注入气化剂便可连续生产。气化剂由空气、水蒸气、氧气和氢气组成。氧气和氢气可由粗煤气分离获得，水蒸气可由产出的高温粗煤气经降温处理制取，总体工艺具有明显的循环经济特色。

　　资源综合利用的新方式

　　煤炭地下气化开采产业的综合性较强，不仅能够提高煤炭资源的利用率和开发动用程度，符合节约型的产业发展原则，而且有利于就近建立综合性的产业群。

　　降温处理后的粗煤气，经过净化可用来发电或向产业群以及附近城市集中供热，尤其是可以利用余热，发展附近农村的温室绿色农作物产业，还可以从中提取氢气和氧气，除用作气化剂外，氢气还是城市清洁能源。粗煤气净化过程中，还可以获得焦油、硫产品、酸产品和苯产品。

　　值得一提的是，粗煤气净化过程中分离出来的氮气，可以制成液氮，在油气钻井和增产措施中具有重要用途。目前国内油气田开发中对液氮的需求正在不断增大。净化后的煤气是重要的化工原料，可制取甲醇，进而制取甲脂和聚甲醛等，或者作为制取合成氨、二甲醚等的原料。

　　总之，煤炭地下气化开采的产业综合性越强，开采成本下降越明显，获取的综合效益就越大。煤炭地下气化开采产业规模可大可小，可独立经营，更利于大产业经营，投资少，投资回收期短，投资回报率高。

　　中国的石油企业近年来纷纷涉足煤炭开采综合利用领域。中国石油辽河油田率先进行了深层煤炭气化开采，于2005年启动项目建设，首套地下气化炉日前点火，开始试采煤气。有关专家表示，辽河油田的探索尝试，将带动更多的石油企业参与到煤炭地下气化开采项目中来。

　　该技术未来发展的重点，主要集中在加大炉型、提高生产能力、提高煤气热值等方面，以便适应1000米以下的深部煤层地下气化开采需要，逐步实现煤炭等矿产资源的循环经济开发。