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新奥煤炭地下气化技术进展

新奥煤炭地下气化技术进展. 主讲人：陈峰 博士 、总工程师 新奥集团新奥科技发展有限公司. 目录. 1. 煤炭地下气化技术现状. 2. 新奥煤炭地下气化技术及 CO 2 减排措施. 3. 新奥煤炭地下气化中试基地试验. 4 . 新奥煤炭地下气化商业示范基地试验. 中国煤炭资源的特征. 1. 煤炭回采率仅 50% 左右，大约有半数以上的煤炭被遗弃在井下。 2. 煤矿事故发生率高于其他国家，大致相当于美国的 70 倍，印度的 7 倍。 3. 已探明褐煤资源量 1291 亿吨，占煤炭总资源量的 12% 左右。

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新奥煤炭地下气化技术进展

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Presentation Transcript

  1. 新奥煤炭地下气化技术进展 主讲人：陈峰 博士 、总工程师 新奥集团新奥科技发展有限公司

  2. 目录 1. 煤炭地下气化技术现状 2. 新奥煤炭地下气化技术及CO2减排措施 3. 新奥煤炭地下气化中试基地试验 4. 新奥煤炭地下气化商业示范基地试验

  3. 中国煤炭资源的特征 1. 煤炭回采率仅50%左右，大约有半数以上的煤炭被遗弃在井下。 2. 煤矿事故发生率高于其他国家，大致相当于美国的70倍，印度的7倍。 3. 已探明褐煤资源量1291亿吨，占煤炭总资源量的12%左右。 4.超过50%的煤炭资源其埋深在1000米以下。 5.煤炭资源分布不均，主要分布于山西、内蒙古和新疆，其次运输成本高、环境污染不可避免。

  4. 煤炭地下气化(UCG)是集“冷采”和“热采”为一体的综合性采煤技术煤炭地下气化(UCG)是集“冷采”和“热采”为一体的综合性采煤技术 瓦斯气富集 集中供气 无烟煤 CO2用于驱替煤层气 CO2用作气化剂 井工采煤 煤层气开发 地下气化 • 发电 • 甲烷 • 甲醇 地下水 残渣回填 烟煤 合成气 煤及地下水 催化气化 残渣回填 地下水 地下气化 褐煤 CO2用作气化剂及封存

  5. 全球煤炭地下气化项目分布区域 摘自：Bradshaw and Dance, 2005

  6. 中国煤炭地下气化项目分布区域

  7. 中国煤炭地下气化（有井式）发展历程 • 1958---1965在鹤岗、大同、皖南、沈北等16个矿区进行有井式煤炭地下气化试验，并取得了一定的成果。 • 1985---至今在徐州、唐山、新汶、肥城、昔阳、阜新、依兰、义马、鹤壁、新密等17个报废或新建矿井进行煤炭地下气化试验。 昔阳煤炭地下气化炉

  8. 中国“长通道、大断面、两阶段” 煤炭地下气化工艺 • 优点: • 中国自主开发的煤炭地下气化技术，已经完成试验示范，特别适用于报废矿井煤炭资源回收。 • 采用长气化通道使热气流有足够长的时间迁移到煤层，大断面可使燃煤量增大，蓄热量增多，为第二阶段提供足够的反应热，并有利于煤气组分及热值的稳定。 • 不足: • 未曾进行原始煤田即无井式煤炭地下气化试验 • 控制煤气产量和热值难度大 • 缺少地下气化炉建设经验

  9. 美国CRIP（控制注气点后退）煤炭地下气化工艺美国CRIP（控制注气点后退）煤炭地下气化工艺 • 优点: • 注气点移动实现气化工作面控制 • 热解带减小，气化效率提高，减少了通道堵塞及钻孔堵塞 • 从事了富氧试验，总结了经验 • 缺点: • 连续遥控点火，操作难度大 • 气化规模小，生产不连续，并不适用于规模生产

  10. 前苏联煤炭地下气化工艺 • 优点： • 逆向火力燃烧+定向钻进，形成渗滤气化通道 • 采用U型结构实现煤层预热，减小热损，提高气化效率 • 实现多点移动注气、多孔稳定出气，保证煤气产量 • 可以实现规模生产 • 缺点： • 气化钻孔比较多，气化炉成本高 • 对地质水文要求较高 • 缺少富氧和纯氧运行经验 摘自：Zorya A. Yu. 2009

  11. 新奥煤炭地下气化技术 新奥煤炭地下气化技术体系 点火 气化 测控 建模 环保 建炉 高压、有水条件下高效点火 高效测量燃空区和温度场 • 污染 • 涌水 • 顶板管理 调节操作参数满足稳定生产 建设合理地下气化炉 预测地下气化过程

  12. 煤炭地下气化测控技术 测量 建模 操作 反馈 分析 控制 文献数据 地质 水文 环境监测 钻井 煤炭地下气化炉

  13. 煤炭地下气化建模技术 流体力学模型 热、质传递试验 反应动力学 热解、气化试验 模型建立 二维、三维模型 数值计算研究 UCG 模型 现场验证 实验室验证 中试试验验证 黑箱模型 测控 状态反演

  14. 煤炭地下气化点火技术 UCG点火 高压、有水条件下点火 固体火箭燃料 焦炭 电加热 液体燃料

  15. 煤炭地下气化建炉技术 稳定、高效生产合成气 斜井 定向井 炉型设计 建炉 钻井技术 固井 高温井结构 排水通道 流速 压裂贯通 钻孔间距 压力范围 通道贯通方法 流速 火力贯通 富氧浓度 压力范围

  16. 煤炭地下气化工艺技术 燃空区顶底板控制 燃空区 操作参数对燃空区扩展的影响 涌水量对燃空区扩展的影响 工艺 涌水量对出口煤气组分的影响 地下水 涌水量对出口煤气热值的影响 涌水量对气化炉温度场的影响

  17. 煤炭地下气化是环境友好技术 减少碳排放 防止地下水污染 温室气体 地下水冲洗 碳捕捉 CO2 注入气化剂 高压储存 咸水储存 控制气化炉压力 P地层>P燃空区 燃空区回填

  18. 煤炭地下气化联合新奥其他CO2捕捉技术 生物柴油 合成气 发电 甲烷 甲醇 气化剂 & 封存 微藻 UCG CO2 O2 H2 O2 低成本制氢

  19. 新奥中试气化炉（廊坊） 中试气化炉的特点和功能： 1.首个用于模拟地下高压条件下的气化炉 2.首个能够模拟地下涌水的气化炉 3. 用高温摄像机在线实时观测气化过程 4. 在线监测气化炉温度场、压力场及出口煤气组分

  20. 世界上首个煤炭地下气化视频 (廊坊) 视频 1.纯氧气化产生高温，致使灰发生熔融，同焦油和粉尘结合形成黏稠状物质，易堵塞气化通道； 2. 温度场的变化可以通过火焰颜色及热电偶测量。

  21. 煤炭地下气化中试基地合成气组成

  22. 新奥煤炭地下气化商业示范基地工艺流程示意图新奥煤炭地下气化商业示范基地工艺流程示意图 空气 空气 氧气 煤气净化阶段 气柜 燃气锅炉 合成甲烷 燃气发电

  23. 乌兰察布新奥煤炭地下气化商业示范基地——管网乌兰察布新奥煤炭地下气化商业示范基地——管网

  24. 乌兰察布新奥煤炭地下气化商业示范基地——气体净化系统乌兰察布新奥煤炭地下气化商业示范基地——气体净化系统

  25. 乌兰察布新奥煤炭地下气化商业示范基地——煤气利用乌兰察布新奥煤炭地下气化商业示范基地——煤气利用 燃气发电机 燃气锅炉 Generator

  26. 50 40 30 % 20 10 0 CO CO CH4 CH4 CO2 CO2 O2 O2 N2 N2 H2 H2 40 30 % 20 10 0 乌兰察布现场试验结果 空气煤气: 煤气产量: 150 kNm3/d 煤气热值: 800-1200 kcal/Nm3 40%富氧煤气: 煤气产量: 150 kNm3/d 煤气热值: 1700-1800 kcal/Nm3 发电: 550 kW 蒸汽锅炉：4 T/h

  27. 新奥煤炭地下气化经济性(乌兰察布) 煤炭地下气化与地面气化对比 (乌兰察布) • 煤气成本下降 43％； • 甲醇生产成本降低 25-35%； • 发电成本减少 27％。

  28. 新奥煤炭地下气化商业示范成果

  29. 新奥煤炭地下气化未来发展规划 第3阶段 （2017--2020） 第2阶段 （2013--2017） 第1阶段 （2009--2013）

  30. 创新清洁能源 改善生存环境 提高生活品质 水泥厂 钢铁厂 电厂 谢谢

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