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秦勇:煤炭地下气化中的地质问题

2019-10-22   来源:煤炭学报   作者:秦勇 王作棠 韩磊

  煤炭地下气化是弥补我国天然气供需缺口的多元化途径之一。煤炭地下气化产业化的最终衡量标志是形成规模性持续产业能力,进一步分解为合成气热值、日产气量和转化煤量三个方面。然而,该项技术历经80 余年现场试验目前仍未产业化应用。


  中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室秦勇教授团队认为,欲要打造成为一个地区乃至国家可持续发展的能源产业,煤炭地下气化全产业链必然经历4 个阶段,或由4 个节点构成。


  首先在国家层面上,任何产业的形成基础是战略规划,煤炭地下气化同样如此,包括战略需求、资源数量、资源禀赋3 个方面,巨大的天然气供需缺口迫使我国面向煤炭地下气化进行战略选择,我国煤炭资源丰富且分布格局基本查明,但适合于地下气化的资源禀赋尚不清楚。第2,气化炉勘查设计需要查明作业过程中煤的可燃性及产物洁净性,保证地下气化反应炉密封性与安全性,也要考虑余热利用及与其他矿产资源的联合开采。第3,废弃炉后处理涉及炉内处理、炉围稳定、燃空穴利用等以及可能引起的环境问题。


  煤炭地下气化面临的挑战及解决方案


  研究认为,若要打造国家煤炭地下气化产业,必须跨越地质风险瓶颈。世界上相关国家尽管对此已做了较多研究和现场试验探索,但系统性地质工作仍不到位,这是全球乃至我国煤炭地下气化长期未实现产业化的重要原因。其中,突破煤炭地下气化地质科技瓶颈乃是推进煤炭地下气化技术产业化进程的关键。


  煤炭地下气化要求特定的地质条件,贯穿于规划布局、炉址选择、气化生产、燃后处理整个过程。其一,必须充分理解煤炭资源禀赋对当前地下气化技术的适应性,目前只有少数国家从战略发展层面予以高度重视,特别是波兰、印度、英国等从国家层面提出的调查报告,在战略高度、思路方法、评价结果等方面值得我们借鉴。其二,煤炭地下气化选址地质评价是国外研究工作最为集中的方向之一,但提出的“标准”实际上限制了薄煤层、高硫煤层、高阶煤层、深部煤层、残留煤炭资源的商业性地下气化前景,一方面我们不希望看到的这种限制,另一方面启示我们加大对难采、劣质、零散煤炭资源原位规模性气化技术的研究探索。其三,煤炭地下气化产业化目前面临的首要挑战是环境安全问题,地下水污染被认为是其中最严重的环境风险,高温因素与静态地质体的叠加,使得环境安全不确定地质因素更为复杂,需要业界正视并积极应对。


  煤炭地下气化是满足我国燃气供给战略需求的潜在途径,实现产业化必须跨越地质风险瓶颈。基于上述地质考虑,建议将煤炭地下气化作为一项保障国家能源安全的全局且具长远意义战略措施,推进并组织实施“煤炭地下气化地质风险评价与预测关键技术”计划,包括五方面研究内容。其中,煤炭地下气化资源评价选区与战略规划是打破目前僵局的关键,建议尽快论证实施。


  这项研究得到了国家自然科学基金、深部岩土力学与地下工程国家重点实验室开放基金的资金支持。研究成果以《煤炭地下气化中的地质问题》(点击查看)为题发表于《煤炭学报》2019年第8期。


  责任编辑:宫在芹

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