张金华高级工程师：煤炭地下气化现场试验进展与启示

为进一步了解煤炭地下气化商业化面临的关键科学问题，基于对国内外典型煤炭地下气化试验的分析，总结归纳了典型煤炭地下气化试验的区域煤层特征、气化工艺、粗煤气组分及热值等要素。结果表明，气化选址需要综合考虑降低环境风险、较好的地质条件和煤炭品位、较好的地质力学-水文地质条件等因素；钻井式煤炭地下气化已成为主流；中深层富氧气化成为重要的突破方向；气化工艺以可控式后退注入点法（Controlled Retracting Injection Point, CRIP） 为主流。从埋藏深度和可燃气体组分来看，可以将煤炭地下气化分为浅层（<4MPa）、中深层（4～18MPa）、深层－超深层（>18MPa）三大类。浅层煤炭地下气化主要发生水煤气反应，粗煤气中可燃气体以H₂为主；中深层主要发生甲烷化反应，可燃气体以CH₄为主；深层－超深层发生超临界反应，可燃气体以H₂为主。将有利区评价、高效气化工艺、稳定运行控制、碳封存等四者有机结合在一起，是实现碳中和目标下煤炭地下气化商业化目标的重要途径，这将是今后煤炭地下气化技术攻关的主要发展方向。

煤炭地下气化是指将地层中的煤炭通过适当工程工艺技术，在地下原位进行有控制的不完全燃烧，通过煤的热解以及煤与氧气、水蒸气发生的一系列化学反应，产生CH₄、H₂、CO等可燃合成气的过程。作为一种煤原位清洁转化技术，煤炭地下气化变物理采煤为化学采煤，具有安全性高、环境友好、高效等特点，符合绿色低碳能源发展方向。中国含油气盆地煤系发育，超出煤炭企业井工开采深度、埋深1000～3000ｍ的煤炭资源量就达到3.77×10¹²t，初步预计可气化煤炭折合天然气资源量为（272～332） ×10¹²ｍ³，是常规天然气资源量的3倍。

近年来，为了探索煤炭地下气化理论与工艺技术，相继实施了一系列现场气化试验，如前苏联的Angren气化试验；美国的Hanna、Hoe Creek、Rawlins、Rocky Mountain Centralia气化试验；加拿大的Swan Hills气化试验；比利时的Thulin气化试验；波兰的Wieczorek气化试验；西班牙的El Tremedal气化试验；澳大利亚的Chinchilla、Bloodwood Creek气化试验；南非的Majuba气化试验；中国的乌兰察布、新疆鄯善、内蒙古唐家会气化试验等。

煤炭地下气化试验的实施，不仅证实了煤炭地下气化技术的可行性，还为研究煤炭地下气化的选址、气化工艺、运行控制等提供了大量的第一手资料，使得煤炭地下气化的勘探评价、气化理论与工艺、钻完井工艺、运行控制等都得到了快速发展，从而能更好地回答“煤炭地下气化有利区如何评价”“煤炭地下气化高效气化工艺影响因素”“煤炭地下气化稳定运行控制因素”这3个关键科学问题。系统回顾这些煤炭地下气化试验研究的结果，总结了气化选址考虑的要素以及不同埋深条件下粗煤气的组分特征，分析了煤炭地下气化发展方向，希望为我国煤炭地下气化现场试验提供借鉴。