煤氣作為一種使用方便、清潔的能源在我國城市煤氣生產(chǎn)和使用中起著重要作用，而對環(huán)境保護的日益重視也促進了我國城市煤氣事業(yè)的發(fā)展。目前城市煤氣的氣源主要包括焦爐煤氣、天然氣、液化氣、加壓固定床氣化煤氣及兩段或一段水煤氣，部分小城市和礦區(qū)也使用發(fā)生爐煤氣、煤層瓦斯氣等。隨著天然氣的大量發(fā)現(xiàn)和西氣東輸工程的實施，天然氣占城市煤氣的比例越來越大。但對遠離天然氣供應范圍而又擁有或附近具有煤炭資源的某些中小城市或礦區(qū)，使用煤炭氣化提供煤氣仍然是較佳的選擇，近幾年在我國獲得較快發(fā)展的煤炭地下氣化技術(shù)則是選擇之一。
1888年著名化學家門捷列夫在世界上首次提出了煤炭地下氣化的設想，英國、前蘇聯(lián)、美國等國家先后進行了煤炭地下氣化試驗研究及開發(fā)工作[1,2]。其中前蘇聯(lián)在1940-1961年先后在莫斯科近郊煤田和頓涅茨克煤田等地建成了5個試驗性氣化站，即莫斯科近郊、利西昌斯克、南阿賓斯克、沙特斯、安格連斯克地下氣化煤氣站。這5個地下氣化企業(yè)已氣化了1500多萬t煤炭，獲得50多億m3的商品煤氣，所產(chǎn)煤氣主要供給電站和其它工業(yè)用戶。美國87年在洛基山進行了擴展貫通井孔（ELW）和注入點控制后退（CRIP）兩種模式水蒸氣/氧氣鼓風試驗，獲得了中熱值煤氣。100多年的試驗和研究，在地下氣化基本反應機理、模型計算等理論研究及工藝過程設計、現(xiàn)場地下氣化試驗等方面取得了許多成果。我國也對地下氣化技術(shù)進行了研究和開發(fā)。
1 煤炭地下氣化在我國的發(fā)展概況
我國在上世紀50年代開始進行地下氣化研究與試驗。1958年至1962年，先后在新汶、鶴崗、棗莊、大同、皖南、沈北等許多礦區(qū)進行過煤炭地下氣化試驗，曾有16個礦井作過無井式地下氣化試驗，取得了一定成就，后因為種種原因未能堅持下來。從80年代中期開始，又恢復地下氣化研究和試驗工作；90年代后期進入快速發(fā)展階段，目前基本上形成了兩種主流技術(shù)，表1為國內(nèi)一些開發(fā)情況，下面將作簡要介紹。
表1 中國地下氣化開發(fā)情況[3-5] 地 點 氣化爐型式 氣化爐
數(shù)量/臺 煤 種 產(chǎn)氣量/萬Nm3/d 點火時間 備注 鶴崗興山礦 無井式 1 氣煤 - 1958 試驗/已停 大同胡家灣 無井式 1 弱粘煤 空氣煤氣 1958 試驗/已停 吉林蛟河 無井式 1 - 空氣煤氣 1958 試驗/已停 安徽獨山 有井式 1 - 0.15 1959 試驗/已停 徐州馬莊 無井式 1 氣肥煤 0.03 1985 試驗/已停 徐州新河礦 Ⅰ* 1 氣肥煤 3.6 1994 試驗/已停 唐山劉莊礦 Ⅰ* 2 氣肥煤 11 1996 1臺已停 依蘭礦 Ⅱ** 1 長焰煤 - 1998 試驗/已停 義 馬 Ⅱ** 1 長焰煤 - 1998 試驗/已停 鶴壁一礦 Ⅱ** 1 貧瘦煤 7 1998 燒鍋爐/已停 新汶孫村礦 Ⅰ* 3 氣煤 6 2000 在運行 新密下莊河 Ⅱ** 1 貧煤 - 2000 富氧氣化試驗/已停 新汶?yún)f(xié)莊礦 Ⅰ* 2 氣煤 2 2001 在運行 肥城曹莊礦 Ⅰ* 2（1）*** 肥氣煤 3.5 2001 在運行 山西昔陽 Ⅰ* 2（1） 無煙煤 4 2001 試驗 攀枝花 Ⅱ** 1 貧瘦煤 8 2001 因故停/擬重新點火 鶴壁三礦 Ⅱ** 1 貧瘦煤 15 2001 停 阜 新 Ⅱ** 1 空氣煤氣 試驗/停 新汶鄂莊 Ⅰ* 2（1） 氣煤 2002 1臺在運行
*Ⅰ長通道、大斷面、兩階段法，**Ⅱ礦井氣化法，***括號里為已點火臺數(shù)
1.1 “長通道、大斷面、兩階段”地下氣化新工藝 中國礦業(yè)大學煤炭地下氣化工程中心，提出了 “長通道、大斷面、兩階段”氣化工藝。它主要由進/排氣孔、氣流通道、氣化通道三部分組成。進、排氣孔由地面打鉆施工，而氣流通道、氣化通道則在井下施工，這樣氣化通道可做到4m2左右。氣化通道斷面加大以后，供風阻力減少，電耗降低，反應面積增大。氣化通道長，可使單爐產(chǎn)量增大，服務時間延長，單位時間內(nèi)燃燒的煤量較多，熱穩(wěn)定性較好。它是一種循環(huán)供給空氣和水蒸氣的地下氣化方法，有些類似于地面水煤氣間歇制氣操作過程。每個循環(huán)由兩階段組成，第一階段為鼓空氣燃燒蓄熱，生產(chǎn)空氣煤氣階段；第二階段為鼓水蒸氣，生產(chǎn)熱解煤氣和水煤氣階段。
1987年首先在徐州馬莊礦報廢水平中，采用了無井式空氣連續(xù)氣化工藝，進行了地下氣化現(xiàn)場試驗。從1994年，先后在徐州新河二號井、唐山劉莊礦、新汶礦務局孫村/協(xié)莊/鄂莊礦、肥城局曹莊礦、山西昔陽等地采用有井式兩階段操作氣化獲得成功。 1.2 “礦井地下氣化”技術(shù) “礦井地下氣化”技術(shù)是利用現(xiàn)有煤礦的生產(chǎn)條件，在地下煤層直接構(gòu)筑“氣化爐”生產(chǎn)煤氣輸?shù)降孛?。其技術(shù)構(gòu)成是：掘兩條底板傾斜煤巷作為注氣巷與輸氣巷，并打走向鉆孔實施切換注氣孔煤壁后退氣化技術(shù)，構(gòu)成氣化工作面；通過對煤壁的熱作用及化學作用將煤炭轉(zhuǎn)化為可燃氣體；利用相關的儀器儀表進行監(jiān)測監(jiān)控；完成地下煤層氣化試驗?！ ≡擁椉夹g(shù)目前已成功地完成了多次現(xiàn)場試驗，如黑龍江依蘭礦區(qū)氣化礦井技術(shù)試驗、河南新密、義馬、鶴壁一礦礦井氣化工業(yè)試驗等，并對晉城、潞安、義馬等礦區(qū)地下氣化合成化工產(chǎn)品等進行了規(guī)劃。
2 地下氣化煤氣組成及熱值
與地面氣化一樣，地下氣化的煤氣組成與工藝操作條件如氣化劑組成、壓力和反應溫度及煤質(zhì)等有關。目前國內(nèi)外已試驗了空氣氣化、富氧氣化、純氧/水蒸氣氣化、兩階段氣化等，為防止地下水滲漏影響氣化過程的進行，國外往往使表2 地下氣化典型煤氣組成[3-5]
地 點
煤氣種類
煤氣組成*，vol%
熱值MJ/Nm3
產(chǎn)量Nm3/h
H2
CO
CH4
CO2
N2
馬莊礦
空氣煤氣
11.12
8.31
2.32
11.8
66.8
