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煤炭地下气化的敏感性地质因素探讨
1
作者 周泽 易同生 +3 位作者 秦勇 周永峰 汪凌霞 孔维敏 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期24-36,共13页
相对于地面煤化工装置,煤炭地下气化(UCG)炉体为地质体,地质条件准确认识是推进UCG气化成功的关键前提。为了最大限度避免煤炭地下气化选区选址地质风险,以贵州复杂地质条件为例,系统探讨其煤炭地下气化的敏感性地质因素。通过收集梳理... 相对于地面煤化工装置,煤炭地下气化(UCG)炉体为地质体,地质条件准确认识是推进UCG气化成功的关键前提。为了最大限度避免煤炭地下气化选区选址地质风险,以贵州复杂地质条件为例,系统探讨其煤炭地下气化的敏感性地质因素。通过收集梳理贵州煤炭资源勘查资料,建立归一化的参数分级赋值、参数权重向量算法、参数权重积算法等数学模型,准确获取研究区地质参数量化数据;基于由26个地质因素构成的地质参数集,采用数理统计方法,识别地质风险关键因素对复杂构造区煤层UCG可行性的交叉影响,查明建炉可行性、过程易控性、气化安全性、开发经济性“四性”指标敏感性地质风险源。结果表明:“四性”指标地质参数的敏感性有所差异,建炉可行性、过程易控性、气化安全性、开发经济性的地质因素敏感性依次变弱,UCG可行性对建炉可行性的依赖性最强,过程易控性次之,其他两个条件离散性相对较大,敏感性明显降低;就敏感性程度而言,26项地质参数中最为敏感的是煤的坚固性系数,其他8个主控地质因素分别是煤层厚度、煤层倾角、煤厚变异系数、夹矸厚度系数、断层指数、煤层埋深、奥亚膨胀度和黏结指数,影响建炉可行性、过程易控性两个方面。就贵州UCG敏感性地质因素来说,UCG项目成功与否的关键在于建炉可行性,气化炉选址应优先考虑构造发育特征及其对煤层条件的影响;为持续推进煤炭地下气化产业发展,下一步或可立足于我国煤炭资源特性及赋存条件实际,以“四性”认识为基础建立统一的UCG地质风险评价准则,进而为典型地质条件先导性试验区选址提供科学依据。 展开更多
关键词 无井式 煤炭地下气化 敏感性因素 地质因素 主成分分析 气化炉选址
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煤炭地下气化碳减排技术研究进展与未来探索
2
作者 秦勇 易同生 +2 位作者 周永锋 杨磊 王军 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期495-512,共18页
煤炭地下气化(UCG)与碳减排的相互融合,有望成为当前至碳中和到来之前过渡阶段的优秀绿色能源技术,甚至在未来更长的碳中和历史时期发挥重要作用。回顾研究历史与现状,UCG减排系统策略基本形成,可归纳为5种具体途径。其中,地下原位定向... 煤炭地下气化(UCG)与碳减排的相互融合,有望成为当前至碳中和到来之前过渡阶段的优秀绿色能源技术,甚至在未来更长的碳中和历史时期发挥重要作用。回顾研究历史与现状,UCG减排系统策略基本形成,可归纳为5种具体途径。其中,地下原位定向调控可减少CO_(2)释放产出并促进UCG提质增产,相关策略和途径可归纳为“碳调减(CRR)”。UCG-CO_(2)地下空间超临界气态封存研究成果相对较多,主要集中在封存介质、封存空间、封存能力等方面,少数研究讨论了封存机制。UCG-CO_(2)地下空间矿化封存不受地质体稳定性和封闭性苛刻条件的约束,潜在着固碳和转化产气的双重效果,但研究成果尚不多见。UCG-CO_(2)回注利用与封存的前期探索集中在煤层气增产和UCG合成气生产改善2个方面,近年来开创了UCG制氢尾气CO_(2)减排利用系列性探索。CRR作为一种主动减排策略,通过调节气化剂及其注入方式来定向调减UCG合成气中CO_(2)浓度,理论成果较多并且经过现场初步验证,有望成为集清洁能源生产与碳减排为一体的洁净煤实用技术。评述进展并分析短板,UCG碳减排科学技术研究已取得诸多实质性成果,也面临持续发展的挑战,未来探索似应聚焦在4个方向:一是立足可行,优先发展以UCG-CRR为重点的UCG-CO_(2)地下转化利用技术;二是聚焦短板,着力突破UCG减排-合成气提质协同机理和关键技术瓶颈;三是扎实推进,优先启动实施UCG-CRR先导试验和工程示范,探索步步取得实效;四是保障实现,探索建立由碳中和与碳管理战略、专项科技行动计划、专业人才培养构成的“三位一体”UCG减排政策支撑体系。 展开更多
关键词 煤炭地下气化 碳减排 碳调减 策略体系 探索方向
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煤炭地下气化注气方式与能量回收效率
3
作者 苏发强 代孟佳 +4 位作者 何小龙 杨君楠 李郊源 李雯 余伊河 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期1636-1646,共11页
研究不同注气方式煤炭地下气化(UCG)能量回收情况,有利于发展更高效的UCG工艺。设计并实施了固定和移动注气点UCG模型实验,基于化学计量学和碳平衡法计算了气化煤耗总量及速率,对比分析了2种注气工艺对煤气组成和热值的影响。在此基础上... 研究不同注气方式煤炭地下气化(UCG)能量回收情况,有利于发展更高效的UCG工艺。设计并实施了固定和移动注气点UCG模型实验,基于化学计量学和碳平衡法计算了气化煤耗总量及速率,对比分析了2种注气工艺对煤气组成和热值的影响。在此基础上,分析了不同注气方式下煤气产量和有效气体组成的变化,评价了2种注气工艺实验的能量回收效率。结果表明,固定注气点实验中提高O_(2)净注入流量可改善煤气热值衰减的现象,但随着气化空腔的扩大,提高O_(2)净注入流量对气化反应的促进作用逐渐降低;分3次提高O_(2)净注入流量,煤气热值分别提高2.01、1.27和1.10 MJ/Nm^(3),气化效率(煤气的热值与碳的燃烧热之比)分别提高14.64%、9.45%和7.73%。移动注气点位置,可实现煤气热值和气化效率的短时间快速回升,分4次移动注气点位置,每次移动距离为300 mm,煤气热值分别提高2.95、3.32、3.37和2.54 MJ/Nm^(3),气化效率分别提高17.99%、21.04%、27.88%和13.92%。2种注气工艺实验分别气化了72.49 kg和91.47kg的煤,平均煤耗速率分别为0.97和1.27 kg/h,气化效率和煤耗速率呈同步突变,这一现象在改变气化剂注入条件和移动注气点位置后更为明显,表明气化效率与煤耗速率具有一定关系。相比固定注气点实验,移动注气点位置可有效改善气化效果,相同的气化剂注入条件下,有效气体组分和气化效率分别提高12.5%和23.23%。 展开更多
关键词 煤炭地下气化 能量回收 固定注气点 移动注气点 气化效率
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深部煤炭地下气化制氢先进能效分析
4
作者 刘淑琴 刘欢 +1 位作者 郭巍 纪雨彤 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期1138-1147,共10页
深部煤炭地下气化制氢不仅可以利用我国丰富的深部煤炭资源,将传统采煤方法难以开采或开采不经济的深部煤层转化为氢气,而且有望成为一种理想的煤基低成本制氢路线。基于位于加拿大天鹅山的世界上唯一千米级深部煤炭地下气化试验数据,结... 深部煤炭地下气化制氢不仅可以利用我国丰富的深部煤炭资源,将传统采煤方法难以开采或开采不经济的深部煤层转化为氢气,而且有望成为一种理想的煤基低成本制氢路线。基于位于加拿大天鹅山的世界上唯一千米级深部煤炭地下气化试验数据,结合Aspen Plus过程模拟,以先进[火用]为先进能效指标,对深部煤炭地下气化制氢能量利用情况进行分析。与商业化的Lurgi地面煤气化制氢路线作对比,以产出单位质量氢气的积累[火用]消耗为指标,比较了2种制氢路线的能量消耗水平。结果表明,在氢气生产能力为12亿Nm^(3)/a情形下,深部煤炭地下气化制氢从原料到产品的总[火用]损失为451.79 MW。先进[火用]分析可以有效量化气化过程可以避免的[火用]损失,其中39.9%为不可避免[火用]损失。甲烷重整单元的内部可避免[火用]损E_(dest,k)^(AV,EN)和外部可避免[火用]损E_(dest,k)^(AV,EX)分别为96.63和81.58 MW,具有最大能效提升空间,如能利用转化气、烟道气的热量副产蒸汽,可将其内部可避免[火用]损失减少38.5%。地下气化单元的E_(dest,k)^(AV,EN)和E_(dest,k)^(AV,EX)分别为4.38和62.73 MW,表明降低其[火用]损失的重点应放在提高其他单元的能量效率,从而降低外部可避免[火用]损。其余单元改进空间均比较小可不予考虑。以积累[火用]消耗量为标准衡量能量消耗水平时,产出1 kg氢气,深部煤炭地下气化制氢的积累[火用]消耗为376.1 MJ,仅为Lurgi地面煤气化制氢的83.6%,表明深部煤炭地下气化制氢能够显著降低能量消耗水平。敏感性分析显示,2者积累[火用]消耗的差距随着生产规模的扩大而增加。研究结果可为深部煤炭地下气化制氢的过程优化及技术可行性定量化提供科学依据。 展开更多
关键词 煤炭地下气化 Lurgi气化 氢气生产 先进[火用]分析 积累[火用]消耗
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中深层煤炭地下气化的气化腔安全宽度计算方法
5
作者 东振 任博 +7 位作者 陈艳鹏 赵宇峰 陈浩 陈姗姗 薛俊杰 张梦媛 易海洋 吴瀚琦 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期183-193,共11页
煤炭地下气化是目前温度最高(超过1200℃)的化石能源非常规开发方式,中深层(本文指埋深800~1500 m)煤炭地下气化在提高气化压力、降低地质安全风险方面优势明显,科学预测气化腔安全宽度对保障气化稳定运行十分重要,由于目前基于可控注... 煤炭地下气化是目前温度最高(超过1200℃)的化石能源非常规开发方式,中深层(本文指埋深800~1500 m)煤炭地下气化在提高气化压力、降低地质安全风险方面优势明显,科学预测气化腔安全宽度对保障气化稳定运行十分重要,由于目前基于可控注入点后退(CRIP)工艺的气化腔安全宽度计算方法尚未建立,为保证现场试验顺利实施,需要开展针对性研究。气化腔顶板“裸露”在气化腔后会受到高温影响,通过数值模拟方法研究了压应力约束条件下岩石内部热应力产生位置以及颗粒、基质热膨胀系数差异对热应力大小的影响规律,结合高温处理后的岩石电镜扫描结果,查明了高温下岩石热损伤机理。根据CRIP气化工艺造腔特点,建立了考虑高温影响的气化腔顶板薄板模型,结合“关键层”理论提出了气化腔安全宽度计算方法。研究表明:岩石热损伤是岩石物理化学反应与热应力互相促进、共同作用的结果,高温下岩石发生不规则变形,岩石热损伤引起的微观结构变化是导致岩石力学性质、物理性质变化的根本原因。岩石的最大拉张热应力出现在颗粒界面或热膨胀系数较小的颗粒中,颗粒与基质热膨胀系数比值在[0.01~1)时,最大拉张热应力随颗粒热膨胀系数减小而快速增加。泥岩加热到200℃时开始出现微裂隙;加热到400℃时裂隙发育更加明显,主要是沿颗粒边缘破裂;加热到600~800℃时,裂隙数量增多、尺寸变大;加热到1000℃时,除出现较大裂隙外,还产生了大量孔隙;1200℃时裂隙连通性明显增加,气孔发育较大。由于高温的影响,薄板模型的步距准数不再是定值,需要根据气化腔顶板热破坏范围与顶板硬岩层的空间位置关系确定具体数值。气化腔安全宽度受温度影响,在研究算例中,砂岩顶板在35、1000℃时安全宽度计算结果分别为34.3 m和14.1 m,相差达58.9%,泥岩顶板在35、1000℃时安全宽度计算结果分别为16.7 m和15.9 m,相差4.8%。最后从降低顶板垮落风险、有利于气化控制角度,提出了煤层纵向靶区位置的确定方法,当煤层厚度超过气化腔安全宽度一半时,建议将水平井纵向靶区设计在距离煤顶不超过气化腔安全宽度一半的位置。 展开更多
关键词 煤炭地下气化 可控注入点后退工艺 气化腔 热应力 热损伤 薄板模型 步距准数 安全宽度
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煤炭地下气化试验综述与产业化发展建议
6
作者 东振 陈艳鹏 +10 位作者 孔令峰 王峰 陈浩 薛俊杰 张梦媛 陈姗姗 赵宇峰 喻岳钰 龚万兴 孙宏亮 王兴刚 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期180-196,共17页
在实现碳达峰碳中和(“双碳”)目标和保障国家能源安全的双重需求驱动下,我国煤炭地下气化(UCG)迎来了新的历史发展机遇期。为科学制定技术攻关路线、加快产业化发展,按时间顺序梳理了煤炭地下气化试验历程,将其分为矿井式气化、直井/... 在实现碳达峰碳中和(“双碳”)目标和保障国家能源安全的双重需求驱动下,我国煤炭地下气化(UCG)迎来了新的历史发展机遇期。为科学制定技术攻关路线、加快产业化发展,按时间顺序梳理了煤炭地下气化试验历程,将其分为矿井式气化、直井/定向井气化、水平井气化3个发展阶段,探究了不同阶段推动气化技术革新的底层逻辑,从技术和非技术2个方面分析了未能产业化的原因并提出产业化发展建议。研究表明:(1)水平井+可控注入点后退气化工艺不仅能够有效规避浅层气化在地表沉降、淡水污染方面的风险,而且在扩大煤炭纵向开发范围、提高单井控煤量、提升粗煤气品质、保障连续气化方面具有优势,是当前和今后一个时期的主流技术路线。(2)我国是现场试验时间最长的国家,长期处于矿井式气化阶段,虽然我国中深层煤炭地下气化攻关试验刚起步,但是由于该技术攻关难度大、技术成熟度低,主要富煤国家在技术研发上基本属于同一起跑线,有希望成为我国钻井式气化技术弯道超车的新赛道。(3)技术适用性不强是造成矿井式、直井式气化产业化困难的主要技术原因,技术成熟度较低是制约水平井气化产业化的主要技术原因,长期稳产高产问题尚未得到彻底解决。(4)常规天然气低成本开发和页岩气革命的冲击,民众对浅层气化诱发环境污染的担忧,政府对煤炭地下气化的政策转向,是导致国外试验终止的主要非技术原因;发展规划长期空白、科研试验主体相对单一、科研投入不足、产业扶持政策未出台、联合创新机制未建立是阻碍我国气化产业化的非技术原因。提出我国UCG产业化建议:新时期要充分认识煤炭地下气化技术的复杂性和挑战性,按照“干成”“干好”两个维度,破解“长期稳产”和“高产优产”两个核心问题,通过同步推进科研攻关和现场试验不断提高技术成熟度,在生产端采用“先物理采气后化学气化”的梯级开发方式避免与煤层气开发竞争,在利用端积极探索与油气、新能源、煤化工融合发展模式以提高经济效益。作为一种“人造气藏”的颠覆性开发方式,煤炭地下气化攻关成功后能为其他矿产资源的流态化开发提供技术借鉴,助推我国化石能源非常规开发技术实现新跨越。 展开更多
关键词 煤炭地下气化 中深层煤 钻井式气化 产业化 技术原因 产业政策 发展建议
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煤炭地下气化开发利用现状与发展趋势
7
作者 陈井瑞 杨瑞召 +3 位作者 韩枫涛 许超 孙梦迪 张昊 《中国煤炭》 北大核心 2024年第2期13-23,共11页
煤炭地下气化(UCG)作为一种可以将固体煤转化为气体燃料的技术,将煤炭在地下进行气化反应,可以缓解由于在地上燃烧煤炭而产生的大气污染,助力碳减排社会效益,对于实现低碳发展具有重要作用。以建立“清洁、低碳、安全、高效”的能源获... 煤炭地下气化(UCG)作为一种可以将固体煤转化为气体燃料的技术,将煤炭在地下进行气化反应,可以缓解由于在地上燃烧煤炭而产生的大气污染,助力碳减排社会效益,对于实现低碳发展具有重要作用。以建立“清洁、低碳、安全、高效”的能源获取方式为出发点,介绍了我国煤炭地下气化的研究历程、发展目标和政策方针,对我国发布的关于煤炭资源利用和煤炭地下气化技术的相关政策进行了分析解读。分别从经济、环境、社会效益3个维度对煤炭地下气化的开发利用价值进行分析,指出煤炭地下气化技术的开发利用可以为我国煤炭行业带来一定的效益。同时,在推动煤炭地下气化技术的发展过程中,还要注重环境保护和管理措施,确保技术实施的安全性和可持续性。基于PESTEL模型从政治、经济、社会、技术、环境、法律5个方面对煤炭地下气化技术的开发进行全面、系统的分析,并阐述了我国煤炭地下气化技术发展的不利因素。最后根据PESTEL模型分析结果,从技术、政策和环境3个方面对我国煤炭地下气化的发展提出了相应的解决方案和政策性建议。结果表明,煤炭地下气化技术具有潜在的经济和环境优势,需加强国内高校、企业与能源公司的协同合作,扩大国际合作范围,并制定和执行环境保护措施,以推动煤炭地下气化技术的发展,实现可持续能源开发和环境保护的双赢。 展开更多
关键词 煤炭地下气化 煤炭开发利用 PESTEL模型 “双碳”目标
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全球煤炭地下气化发展态势及展望——基于专利分析
8
作者 陈新军 刘曾勤 +1 位作者 陈刚 赵石虎 《中国国土资源经济》 2024年第3期18-24,共7页
文章采用合享(Incopat)全球专利数据库商业专利检索系统对煤炭地下气化(UCG)领域的专利技术进行检索,以此探究全球UCG发展态势。研究显示:从对全球UCG专利申请数量、申请趋势、布局地区、主要专利申请人的分析来看,目前UCG产业正处于高... 文章采用合享(Incopat)全球专利数据库商业专利检索系统对煤炭地下气化(UCG)领域的专利技术进行检索,以此探究全球UCG发展态势。研究显示:从对全球UCG专利申请数量、申请趋势、布局地区、主要专利申请人的分析来看,目前UCG产业正处于高速发展阶段。自2001年以来,UCG专业领域的专利逐年上升,尤其是在2013年以后,UCG技术领域的专利申请量进入快速增长的阶段,申请的专利囊括了整个UCG的产业链,专利技术功效也主要集中于经济、高效、灵活可控、安全、稳定运行等方面。本轮UCG产业的发展主要得益于我国相关技术的快速发展,我国UCG专利申请量从2013年开始进入飞速增长的阶段。总体来说,随着石油工程类高精尖技术应用,深层煤炭地下气化体现出强大的活力和经济优势。 展开更多
关键词 煤炭地下气化 专利分析 发展态势 展望
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煤炭地下气化渗透反应墙构建材料的吸附和渗流特性研究
9
作者 王凡 徐冰 +2 位作者 谌伦建 邢宝林 苏发强 《矿业科学学报》 CSCD 北大核心 2024年第2期167-177,共11页
煤炭地下气化(UCG)带来的地下水污染风险是限制其推广发展的主要问题之一。渗透反应墙(PRB)修复技术是地下水原位修复的主要研究热点,而PRB材料特性是影响其正常运行的关键。本文首先探究了砂、有机膨润土、活性炭对UCG特征有机污染物... 煤炭地下气化(UCG)带来的地下水污染风险是限制其推广发展的主要问题之一。渗透反应墙(PRB)修复技术是地下水原位修复的主要研究热点,而PRB材料特性是影响其正常运行的关键。本文首先探究了砂、有机膨润土、活性炭对UCG特征有机污染物苯酚的吸附特性,在此基础上,采用自建的渗流实验系统研究了砂、有机膨润土、活性炭及其混合物的吸附和渗透特性对净化污染水的综合影响效果。结果表明:(1)有机膨润土对溶液中苯酚的吸附速率较快,可在10 min之内达到吸附平衡,但吸附容量较小(1.98 mg/g);活性炭对溶液中苯酚的吸附速率较慢,但吸附容量较大(2.22 mg/g)。(2)有机膨润土对苯酚的等温吸附可用Freundlich模型描述,模型参数k_(F)=0.040,n=1.207;活性炭对苯酚的等温吸附可用Langmuir模型描述,模型参数S_(max)=2.44 mg/g,k_(L)=0.125 L/mg。(3)砂和活性炭的渗透系数分别为1.006×10^(-3) m/s和4.761×10^(-2) m/s,砂与活性炭或有机膨润土混合可有效调节混合材料的渗透性,当砂与有机膨润土质量比由1∶1增大到3∶1时,其混合材料的渗透系数由2.624×10^(-6)增大至3.468×10^(-5) m/s;而砂与活性炭质量比由1∶1增大到3∶1时,其混合材料的渗透系数由1.379×10^(-3)减小至1.301×10^(-4) m/s。 展开更多
关键词 煤炭地下气化 污染地下水 渗透反应墙 渗流 等温吸附
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煤炭地下气化项目技术经济评价研究进展述评 被引量：3
10
作者 易同生 秦勇 +3 位作者 周永峰 汪凌霞 金军 周泽 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期1-16,共16页
煤炭地下气化(UCG)是我国清洁高效煤炭能源结构发展战略所驱,其产业化前景取决于项目的经济社会效益。立足这一背景,回顾了国内外UCG项目经济评价研究进展,总结了UCG项目经济竞争力的当前理解,通过案例介绍了煤炭地下气化–蒸气轮机联... 煤炭地下气化(UCG)是我国清洁高效煤炭能源结构发展战略所驱,其产业化前景取决于项目的经济社会效益。立足这一背景,回顾了国内外UCG项目经济评价研究进展,总结了UCG项目经济竞争力的当前理解,通过案例介绍了煤炭地下气化–蒸气轮机联合循环发电-CO_(2)捕集与储存(UCGCCGT-CCS)经济评价基本模型及主要认识,讨论了深化UCG项目经济评价研究的方向性启示。结果显示,国内外目前对UCG经济性的认识存在差异,普遍对浅部UCG项目商业竞争力持乐观态度,但对深部UCG经济性认识分歧较大;财务分析基本方法与技术经济参数、适应性数学工具的结合形成了UCG项目技术经济评价模型,国内外UCG技术经济研究各有特色;UCG项目经济性极大程度上取决于合成气利用路线及CO_(2)处理方式和成本,其中腔体宽度因子(HWR)、合成气成分、发电效率、CO_(2)处理对合成气发电总成本的影响最为强烈。分析认为,加强技术经济参数针对性研究是深化我国UCG经济评价的当务之急,系统剖析现有UCG现场试验案例经济性特点是破解目前认识差异困局的客观途径;深化煤炭地下气化-二氧化碳循环利用(UCG-CCU)过程及其工程行为,研究可为研发低成本CO_(2)处理技术提供依据;创新发展UCG工艺技术,将约束因素向效益型方向转变,则是提高UCG开采效益的根本途径。 展开更多
关键词 煤炭地下气化 项目 经济评价 现状 发展方向
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煤炭地下气化典型有机物热解产出研究 被引量：1
11
作者 辛林 吴景 +7 位作者 王博伟 牛茂斐 李佳泽 徐伟豪 王欣 尚振杰 李华龙 马彦 《煤炭工程》 北大核心 2023年第5期170-174,共5页
煤炭地下气化过程中尤其是干馏干燥区,热解产生的大量有机物,会对周围含水层造成潜在的污染风险,严重制约煤炭地下气化的产业化发展。通过对煤样进行200~600℃不同终温下慢速热解,模拟气化通道干馏干燥区无氧条件下的热解反应实验,探究... 煤炭地下气化过程中尤其是干馏干燥区,热解产生的大量有机物,会对周围含水层造成潜在的污染风险,严重制约煤炭地下气化的产业化发展。通过对煤样进行200~600℃不同终温下慢速热解,模拟气化通道干馏干燥区无氧条件下的热解反应实验,探究煤热解产生典型有机质种类及含量的变化规律。研究表明,热解温度为200℃时,热解产物中含氧化合物含量最高,高达36.19%,随着温度升高,其含量变化较小;酚类化合物随着热解温度的升高而增多,600℃时含量达到17.97%;芳香烃化合物在原煤中含量较高,温度高于300℃时开始大量释放,占热解总产物的比重较高;在300℃时热解产生了大量脂肪烃化合物,随着温度继续升高其含量不断下降,600℃时脂肪烃含量下降至总产物的10%左右。 展开更多
关键词 煤炭地下气化 低温热解 典型有机物 GC-MS
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深部煤炭地下气化制氢碳排放核算及碳减排潜力分析 被引量：2
12
作者 刘淑琴 刘欢 +1 位作者 纪雨彤 郭巍 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期531-541,共11页
创新煤炭开发利用技术以降低煤炭从生产到利用全生命周期内的碳排放,是符合我国能源禀赋特点的煤基清洁能源路线。地下气化是深部煤炭原位开采的潜力方式之一,耦合CCS/CCUS(碳捕集与封存/碳捕集、利用及封存)的深部煤炭地下气化制氢技... 创新煤炭开发利用技术以降低煤炭从生产到利用全生命周期内的碳排放,是符合我国能源禀赋特点的煤基清洁能源路线。地下气化是深部煤炭原位开采的潜力方式之一,耦合CCS/CCUS(碳捕集与封存/碳捕集、利用及封存)的深部煤炭地下气化制氢技术路线不仅可以利用丰富的深部煤炭资源,而且有望成为一种理想的煤基低成本制氢路线。基于世界上唯一的千米级深部煤炭地下气化试验数据,结合Aspen Plus过程模拟,开展了深部煤炭地下气化制氢碳排放核算及碳减排潜力分析。与商业化的Lurgi煤炭地面气化制氢路线作对比,利用生命周期评价方法建立了2种工艺的全生命周期碳排放计算模型,比较了2种制氢路线的生命周期碳排放。评估了深部煤炭地下气化制氢的CCS/CCUS路径及碳减排潜力。研究结果表明,在氢气生产能力为12亿Nm3/a情形下,深部煤炭地下气化制氢和Lurgi煤炭地面气化制氢生命周期内的碳排放分别为3.29×10^(6)t CO_(2)-eq (当量二氧化碳)和3.93×10^(6)t CO_(2)-eq,其中以废气形式直接排放进入大气的二氧化碳量分别为2.09×10^(6)t和2.24×10^(6)t。在氢气生产阶段的主要碳排放源为废气,包括酸性气体脱除单元排出的废气和甲烷重整单元排出的烟气。深部煤炭地下气化制氢工艺所带来的高甲烷含量特征导致生产1 kg氢气时,甲烷重整单元烟气贡献的CO_(2)排放量达到8.84 kg。间接排放方面,由于深部煤炭地下气化直接采用液态水作为气化剂而不需要消耗外界蒸汽,因此蒸汽消耗带来的碳排放低于地面气化。Lurgi煤炭地面气化上游包含煤炭采选及煤炭运输阶段,尽管这两阶段的碳排放占比只有6.7%,但仍然会带来2.63×105t CO_(2)-eq的碳排放。若深部煤炭地下气化空腔在地质安全风险评估的前提下用于CO_(2)地质储存,储存量可以达到CO_(2)排放总量的61.8%,若再配套47万t/a的尿素装置,即可有效利用其余的CO_(2),形成近零排放的深部煤炭地下气化制氢及尿素联产技术路线。研究结果为深部煤炭地下气化制氢提供了碳排放定量评价的科学依据。 展开更多
关键词 煤炭地下气化 Lurgi气化 氢气生产 碳减排 碳排放核算
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煤炭地下气化关键力学问题的数值研究进展 被引量：1
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作者 刘曰武 方惠军 +4 位作者 李龙龙 葛腾泽 郑太毅 刘丹璐 丁玖阁 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期669-685,共17页
煤炭资源的清洁高效利用已成为“双碳”背景下科学研究的重要方向和新课题.在众多相关技术中,煤炭地下气化技术近年来得到快速发展并展现出巨大潜力.然而,由于室内实验和现场试验的实施成本非常高,气化机理认识和控制运行工艺优化方面... 煤炭资源的清洁高效利用已成为“双碳”背景下科学研究的重要方向和新课题.在众多相关技术中,煤炭地下气化技术近年来得到快速发展并展现出巨大潜力.然而,由于室内实验和现场试验的实施成本非常高,气化机理认识和控制运行工艺优化方面的研究均受到很大限制.近年来,运行成本低、操作简单、实施周期短的数值模拟方法成为重要的研究工具,得到越来越多的关注.由于煤炭地下气化过程极其复杂,数值模拟方法在数学建模和数值求解方面均面临巨大挑战.对此,本文开展了以下工作:对煤炭地下气化过程进行了详细分析,阐明各个运行空间的物质和关键问题,厘清煤炭地下气化的本质;归纳出流体动力学问题、热力学问题、材料应力问题以及化学反应动力学问题等4类关键力学问题;详细介绍每个关键力学问题数值研究的最新成果和发展历程;介绍煤炭地下气化数值研究的工程应用,并指出其发展趋势.本文工作对推动煤炭地下气化数值方法的发展以及指导我国煤炭地下气化先导试验设计和现场实施有积极的理论意义. 展开更多
关键词 煤炭地下气化 关键力学问题 数值研究 数学模型
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煤炭地下气化高温喷淋井筒温度应力场研究
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作者 唐洋 谢娜 +2 位作者 熊浩宇 何胤 黄顺潇 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期13-23,共11页
煤炭地下气化是对传统物理采煤技术补充的新一代化学采煤技术。气化过程中井筒受到高温和内压载荷的共同作用。针对煤炭地下气化生产井井身结构特点,基于传热理论建立了环空喷淋注水降温条件下的井筒瞬态温度计算模型,结合井筒压力模型... 煤炭地下气化是对传统物理采煤技术补充的新一代化学采煤技术。气化过程中井筒受到高温和内压载荷的共同作用。针对煤炭地下气化生产井井身结构特点,基于传热理论建立了环空喷淋注水降温条件下的井筒瞬态温度计算模型,结合井筒压力模型基础上,根据弹性力学及壁圆筒理论建立了套管–水泥环–地层围岩组合体温度应力场计算模型。结果表明:高温时,井筒各部分因热膨胀或热收缩受限制而使井筒应力增加。在自然降温条件下套管、水泥环的理论计算最大应力分别为2640.6、151.3 MPa,均超过本身材料许用压应力,在不考虑温度时,套管、水泥环轴向应力分别只有28.4、15.0 MPa,远小于考虑温度时的结果;在环空注水降温方式下,通过控制喷淋腔温度能够有效降低井筒应力;随着套管内压增大,井筒应力也随之增大,且套管内压变化会造成套管和水泥环应力方向发生改变,在对其进行强度校核时需要分情况讨论;在水泥环两侧交面处的应力落差一般较大,水泥环性能参数也与井筒应力密切相关,随着水泥环弹性模量降低或泊松比增加套管-水泥环的应力随之降低,即胶结性能好,高韧性、高泊松比性能的水泥环材料能够降低套管-水泥环应力。上述研究认识可以为煤炭地下气化生产井结构设计及生产工艺提供借鉴。 展开更多
关键词 煤炭地下气化 温度场 温度应力场 井筒完整性 井筒降温
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煤炭地下气化燃空区残留物中重金属在模拟围岩中的迁移规律研究 被引量：1
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作者 辛林 吴景 +3 位作者 王博伟 牛茂斐 马彦 高中祥 《当代化工研究》 2023年第6期52-54,共3页
煤炭地下气化燃空区中重金属残留物在地下水的浸出作用下会溶解于地下水中,并在高温产生的围岩裂隙中进行迁移扩散,对周围的地下水造成潜在风险。本文研究了同一渗透压条件下,受不同热损伤的模拟煤层围岩多孔介质中重金属离子的种类及... 煤炭地下气化燃空区中重金属残留物在地下水的浸出作用下会溶解于地下水中,并在高温产生的围岩裂隙中进行迁移扩散,对周围的地下水造成潜在风险。本文研究了同一渗透压条件下,受不同热损伤的模拟煤层围岩多孔介质中重金属离子的种类及迁移富集情况,得到了以下主要结论:重金属离子渗透迁移的距离与多孔介质热损伤有关;受层析原理影响,不同重金属离子在多孔介质中的迁移能力有所差异,锌离子和砷离子的迁移扩散能力最强。 展开更多
关键词 煤炭地下气化(UCG) 重金属离子 热损伤 多孔介质
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煤炭地下气化制氢技术路径
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作者 刘淑琴 戚川 +2 位作者 纪雨彤 刘欢 曹頔 《洁净煤技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第8期1-10,共10页
氢气是未来国家能源体系的重要组成部分,是用能终端实现绿色低碳转型的重要载体。绿色经济的氢气规模化供给是未来能源体系发展的迫切需要。煤炭地下气化技术可将地下煤炭原位高效转化为富氢气体,并将产生的二氧化碳回注气化空腔进行地... 氢气是未来国家能源体系的重要组成部分,是用能终端实现绿色低碳转型的重要载体。绿色经济的氢气规模化供给是未来能源体系发展的迫切需要。煤炭地下气化技术可将地下煤炭原位高效转化为富氢气体,并将产生的二氧化碳回注气化空腔进行地质封存,有望成为一种煤炭低成本供氢路径。重点解析了煤炭地下气化过程富氢气体的析出机制,总结了典型煤炭地下气化制氢工程案例,对比了不同制氢技术路线的氢气成本,深化了耦合CCUS的深部煤炭地下气化制氢路径。研究结果表明,煤炭地下气化过程富氢气体的析出包括煤层内的热解析氢、高温区的还原析氢以及低温气流通道中的水煤气变换。煤层内的中低温热解区范围较大,主要产生富氢气体H2与CH4,是产品气的重要组成部分;煤层富水特征和H2O(g)高气化活性使水蒸气还原制氢反应成为主导反应,低温长气流通道及气化灰渣的催化作用为原位水煤气变换制氢创造了条件。国内外典型示范项目运行数据验证了煤炭地下气化具有生产富氢气体的天然优势,其制氢成本远低于地面煤制氢和天然气制氢。气化空腔回注二氧化碳具有矿化固碳及物理碳封存的双重优势,深部煤炭地下气化制氢耦合气化空腔储碳,并联产化学品或协同深部驱油/驱替煤层气,有望形成二氧化碳近零排放的规模化低成本制氢技术路径。深部煤炭地下气化制氢耦合CCUS技术,对发挥新型能源体系支柱作用,解决化石能源制氢碳排放难题具有重要意义,是符合中国国情的化石能源清洁转型发展路径。 展开更多
关键词 煤炭地下气化 制氢 深部煤层 CCUS
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面向项目风险控制的煤炭地下气化地质条件分析 被引量：7
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作者 秦勇 易同生 +3 位作者 汪凌霞 金军 周泽 孔维敏 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期290-306,共17页
煤炭地下气化(UCG)是中国煤炭工业发展的必然选择,地质风险控制是UCG项目成败与否的首要基础。立足这一背景,将钻井式UCG项目风险控制总目标分解为建炉地质可行性、气化生产易控性、气化过程安全性、开发生产经济性4个子目标,探讨地质... 煤炭地下气化(UCG)是中国煤炭工业发展的必然选择,地质风险控制是UCG项目成败与否的首要基础。立足这一背景,将钻井式UCG项目风险控制总目标分解为建炉地质可行性、气化生产易控性、气化过程安全性、开发生产经济性4个子目标,探讨地质条件与潜在风险之间因果关系,提出了UCG地质分析与评价新思路。分析认为,UCG炉高质量建造体现在井壁稳定性和井眼轨迹可控性2个方面,前者关键地质因素是煤体结构或强度,后者主要受控于煤层厚度、结构、产状及其稳定性。UCG生产易控性地质评价聚焦于2个目标:一是气化工作面推进易控性,倾角适中的煤层有利于UCG工作面推进,燃点过高煤层工作面推进难度较大,复杂煤层结构不利于气化,微构造是UCG过程控制的不利因素;二是UCG层内通道易控性,通道易控性随煤层埋深增大而显著降低,高黏结高膨胀性煤层会严重危害通道畅通程度,高灰熔点和高热稳定性煤层更易保持通道畅通性。UCG过程安全性地质分析同样包括2个方面:其一,UCG生产安全性,涌水量过大带来安全生产隐患,上覆足够厚度隔水层及其稳定性是保障生产安全的关键;其二,UCG环境安全性,UCG地面沉降总体上并不显著,有机物污染潜势与煤种高度相关,中~难挥发性有害元素对地下水环境的危害性需高度关注。UCG开发经济性主要涉及气化有效性、合成气质量、资源可靠性3个方面,与煤的化学反应性、灰分产率、煤田勘查程度、煤炭资源量等因素密切相关,地下气化-煤层气联采则是提高UCG经济性的可探索途径。实际上,多数地质因素均与上述4个UCG风险控制子目标相关联,不同程度上存在交叉影响,需依据相对贡献参与UCG地质评价,其中微断层、煤的黏结性和膨胀性、上覆含水层距离3个因素具有“一票否决”作用,进而提出了面向UCG项目风险控制的地质评价与优选基本思路。 展开更多
关键词 煤炭地下气化 项目风险 地质分析 建炉可行性 生产易控性 过程安全性 生产经济性
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煤炭地下气化产业政策建设困境与破局对策 被引量：5
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作者 秦勇 易同生 +4 位作者 周永锋 杨磊 王军 金军 汪凌霞 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期2498-2505,共8页
煤炭地下气化(UCG)是我国能源发展的必然选择和高效煤炭能源结构发展的战略所驱,产业化进程亟待各方协同推进,产业政策建设首当其冲。立足这一背景,广泛调研国内外相关情况,从UCG产业化战略价值、相关国家UCG项目市场准入及法制现状、我... 煤炭地下气化(UCG)是我国能源发展的必然选择和高效煤炭能源结构发展的战略所驱,产业化进程亟待各方协同推进,产业政策建设首当其冲。立足这一背景,广泛调研国内外相关情况,从UCG产业化战略价值、相关国家UCG项目市场准入及法制现状、我国UCG项目备案审批办法、UCG产业政策建设思考4个方面,分析论证了煤炭地下气化产业政策建设面临的困境,提出了破解困局的对策建议。分析表明,UCG项目在矿产资源管理方面涉及煤炭、石油和天然气3个领域,从环境保护管理来看涉及地下水、土壤及地表生态、大气等诸多方面,管理职责隶属于政府多个部门,申报和审批过程十分复杂。相关国家尽管在UCG产业政策建设方面做过较多尝试,但尚无任何一部现行且可持续的UCG产业激励政策,成为UCG产业化推进的“短板”。国外专家曾向本国政府建议,通过政策和监管框架尽早推出UCG技术,同时消除社会对UCG环境安全的担忧。我国长期以来对UCG项目的备案审批采用“一事一议”办法,部分UCG项目落地审批难的现象客观存在,极大制约了UCG产业化进程。基于上述困境,建议国家研究并制订出台具有可操作性的UCG产业政策体系,重点在于5个方向,一是建立UCG项目市场准入与审批制度,二是明确UCG项目矿产资源使用与财税优惠政策,三是将UCG科技创新纳入国家科技重大计划,四是建设UCG科技创新平台体系,五是创建UCG高素质专业人才培养基地,目的是为加大力度推进我国UCG产业化进程提供法制保障。 展开更多
关键词 煤炭地下气化 战略价值 产业政策 现状与困境 对策建议
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中国煤炭地下气化现场试验探索历程与前景展望 被引量：5
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作者 秦勇 易同生 +3 位作者 杨磊 周永峰 王军 汪凌霞 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期17-25,共9页
低碳高效煤炭能源结构转型是碳达峰碳中和(“双碳”)背景下我国能源持续发展的必由之路,煤炭地下气化(UCG)正是其中的一项重要战略选择。基于历史文献调研,分析了我国UCG现场试验探索历程,展望了我国UCG产业化前景。分析认为,我国UCG技... 低碳高效煤炭能源结构转型是碳达峰碳中和(“双碳”)背景下我国能源持续发展的必由之路,煤炭地下气化(UCG)正是其中的一项重要战略选择。基于历史文献调研,分析了我国UCG现场试验探索历程,展望了我国UCG产业化前景。分析认为,我国UCG技术发展和现场试验历程先后经历了初步尝试、沉寂/复苏、广泛探索、技术突破、试验扩展5个发展阶段,为我国新一轮UCG产业化探索奠定了深厚的科学技术基础。以上历程中,3项成果为我国UCG技术发展做出了里程碑式贡献,一是徐州马庄矿井式UCG先导试验首战成功,二是发明“长通道大断面两阶段(LLTS)”UCG工艺,三是内蒙古乌兰察布钻井式UCG现场试验成功。长通道大断面两阶段(LLTS-UCG)工艺,是我国唯一被国际UCG领域公认的创新成果,长通道突破了国际上当时气流通道长度的限制,增加单炉可气化煤量,极大提高了UCG单炉产气能力;大断面提高单炉日产气量,两阶段注气提高煤气转化率,获得了高质量合成气,开创了我国UCG商业化生产先河,且控制方法简单,其基本思想和基本工艺对中深部UCG技术发展同样具有借鉴价值。从国家需求、技术成熟度、资源潜力、保障措施四个方面展望了我国UCG产业化前景,提出了发展重点和产业政策体系建设的建议。一是我国UCG产业化推进短期内重点依赖浅层,需进一步探索低环境损伤高转化率UCG过程调控机理,建立构造煤层、多薄煤层等复杂地质条件UCG技术体系;长远则寄希望于中深层,关键在于发展多场耦合条件下的UCG-煤层气资源-CO_(2)储存与利用(UCG-CBM-CCUS)协同高效联产工艺技术。二是建议政府制订具有可操作性的UCG产业政策体系,为推进UCG产业化进程提供激励机制及法规保障。研究认识,一方面有利于坚定我国UCG产业化探索之路的信心,另一方面也为进一步创新适合于我国地质条件的UCG工艺技术提供了某些参考。 展开更多
关键词 中国 煤炭地下气化 现场试验 技术创新 产业化前景
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煤炭地下气化污染地下水的迁移与渗透反应墙净化数值模拟研究 被引量：1
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作者 王凡 谌伦建 +3 位作者 徐冰 马娇 邢宝林 苏发强 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期1697-1706,共10页
煤炭地下气化符合我国能源低碳绿色转型发展方向,但地下水污染已成为限制其推广应用的技术瓶颈之一。渗透反应墙修复技术是地下水原位修复的研究热点之一。结合有井式地下气化的特点,利用数值模拟手段研究了渗透反应墙体厚度以及净化材... 煤炭地下气化符合我国能源低碳绿色转型发展方向,但地下水污染已成为限制其推广应用的技术瓶颈之一。渗透反应墙修复技术是地下水原位修复的研究热点之一。结合有井式地下气化的特点,利用数值模拟手段研究了渗透反应墙体厚度以及净化材料等对地下水中有机污染物迁移扩散和净化修复效果的影响。在对流扩散方程的基础上,假设:(1)地下水中污染物的吸附净化所涉及的质量转移与液相和固相吸附污染物质量浓度的差势、固相当前吸附质量浓度与潜在最大吸附质量浓度的差势和过程时间等因素有关。(2)活性炭较强的吸附性能可能导致固相吸附质量浓度逐渐累积而不再随外界液相质量浓度变化而解吸,采用有限元法和θ-格式迭代建立数值模型,利用MATLAB编写相应数值计算程序,对污染物迁移扩散以及吸附净化过程进行数值模拟与实验验证。结果表明:污染水的修复效果随渗透反应墙墙体厚度增加而增强,但增强幅度随着厚度的增加而减弱,墙体厚度的增加对污染物净化效果的影响呈边际效应递减趋势;墙体材料吸附净化速率越大,渗透反应墙对污染物的净化效果越好,渗透反应墙的吸附净化速率对污染物的净化效果也呈边际效应递减趋势;墙体厚度与材料的吸附净化活性之间存在协同效应,构建渗透反应墙时应根据墙体材料的吸附净化速率,合理确定渗透反应墙的厚度,以获得最佳的技术经济效果。 展开更多
关键词 煤炭地下气化 地下水污染 渗透反应墙 迁移扩散
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