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“国际煤炭地下气化历程与启示”专题

来源：煤田地质与勘探

专题来自于《煤田地质与勘探》2023年07期，共6篇研究成果。

行业视野: 煤层气
类别; 21个
关键词; 15位
专家; 6篇
论文; 1378IP
点击量; 644次
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煤炭地下气化项目技术经济评价研究进展述评

作者(Author)：易同生, 秦勇, 周永峰, 汪凌霞, 金军, 周泽

摘要：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–CO2捕集与储存(UCG-CCGT-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CO2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、CO2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CO2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。

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煤田地质与勘探

2023年第07期

228

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欧盟国家煤炭地下气化先导试验历程与进展述评

作者(Author)：金黎黎, 杨磊, 吴亚荣, 王小芳, 易同生, 秦勇

摘要：煤炭地下气化(UCG)是我国煤炭能源结构转型的重要路径。欧盟国家在UCG领域开展了80余年探索，丰富的经验可为推进我国UCG产业化提供借鉴。英国是世界上最先筹备UCG先导试验的国家。在1944—2014年，欧盟国家先后借鉴前苏联及美国经验，分3阶段至少实施了12个UCG先导试验项目，为UCG技术进步做出了重要贡献。发明了盲孔法及V型炉体结构，率先将浅部UCG先导试验成功延伸到深度500~1000 m，系统环境监测结果为消减UCG环境安全担忧提供了实际依据。同时，欧盟国家成功与失败案例均给将来的UCG技术发展带来珍贵启示。UCG炉密封性地质条件研究及针对性的工程技术措施极其重要。提高气化效率及产品气质量，是实现UCG项目商业竞争力的关键。依靠自修复功能可以在短时间内使UCG炉附近地下水环境风险自行解除，但环境动态监控需要加强。

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煤田地质与勘探

2023年第07期

239

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苏联煤炭地下气化产业化历史回顾与评述

作者(Author)：孔维敏, 周永峰, 易同生, 李萍, 秦勇, 周泽

摘要：我国能源资源禀赋是缺油少气富煤，煤炭地下气化(UCG)技术产业化是我国低碳高效煤炭能源结构发展转型的一个重要途径，有助于充分利用煤炭资源助力碳达峰碳中和(“双碳”)目标顺利实现。系统查阅并梳理文献资料，回顾了苏联UCG现场试验与产业发展历史，目的是为我国当前UCG技术发展和产业化进程提供借鉴。研究显示，苏联UCG技术发展和产业化过程前后经历了上百年历史，作为全球UCG技术发明者和唯一实现商业化生产国家，给世界留下了珍贵的原创性UCG工艺技术遗产。苏联首次提出UCG构想和第一个UCG炉体结构草案，为全球UCG技术发展做出了奠基性贡献。发明了气流法、直井火力贯通、煤层水平井长通道等技术，首创矿井式－钻井式联合UCG工艺和注氧/注蒸气UCG工艺，对不同地质条件煤层开展了不同气化工艺的现场试验，创造了单个UCG场站连续商业化生产50年以上的历史记录，证明了UCG技术商业应用可行性及其战略价值。将UCG产业化上升到国家战略层面，UCG技术研发放在优先地位，高度重视“政−产−学−研−用”协同推进，这是苏联UCG商业化生产取得成功的重要原因。鉴往知来，UCG产业化作为弥补我国天然气自给能力不足及实现“双碳”目标的潜在技术途径，需要政府从国家战略层面予以强力推动，UCG科学技术创新在国家科技计划体系中应占有更为重要的地位，构建UCG专业技术人才培养体系则是实现UCG战略目标的首要基础。其中，苏联围绕煤层增渗和气化控制两大核心开展UCG技术研发的思路值得借鉴，但构建有效气化通道以提高煤炭气化采收率仍是当前UCG技术发展的主要方向之一。

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煤田地质与勘探

2023年第07期

264

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美国煤炭地下气化先导试验及其对现代UCG技术的贡献

作者(Author)：黄婉, 王军, 汪凌霞, 易同生, 陈可心, 秦勇

摘要：煤炭地下气化(UCG)产业化有助于煤炭能源结构转型发展，提高煤炭资源的低碳化利用水平，是一项符合可持续发展战略的环境友好型能源开发技术。20世纪80—90年代的国际能源危机，促使美国大力发展UCG技术，先后开展了6大系列UCG先导试验，极大推进了UCG技术进步，为全球现代UCG技术的形成提供了关键基础。系统收集整理美国40余年的UCG先导试验成果，梳理关键技术发展路径，目的是为我国正在推进的UCG技术产业化进程提供启示和借鉴。研究表明，美国通过UCG先导试验和技术探索，确定了适宜于UCG技术的煤层和煤质条件，创新发展了钻井式UCG方法和工艺，尤其是发明了可控后退式注入点(CRIP)和双水平井(P-CRIP)技术，提供了气化通道建造、气化过程控制、合成气质量提高三方面技术难题的解决方案；提出了相邻孔腔相互融合的技术思路，为从单炉开始扩大UCG气化规模奠定了可行基础。在政府层面上组织实施系统的协同科技研发计划，是美国UCG技术创新能力持续释放的关键。同时，美国UCG系列试验尚有诸多技术难题有待进一步解决，如UCG炉地质密封性及其动态监测评价、气化通道动态监控与稳定性、煤层充分气化保障技术、炉宽安全有效扩展技术、UCG炉环境监测与控制、与碳减排密切结合的UCG技术等，为我国UCG技术发展提供了需要关注的重点方向。

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煤田地质与勘探

2023年第07期

213

93
中国煤炭地下气化现场试验探索历程与前景展望

作者(Author)：秦勇, 易同生, 杨磊, 周永峰, 王军, 汪凌霞

摘要：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–CO2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。

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煤田地质与勘探

2023年第07期

220

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澳大利亚UCG工程示范历程与启示

作者(Author)：周泽, 汪凌霞, 秦勇, 金军, 杨磊, 易同生

摘要：煤炭地下气化(UCG)作为变革性的采煤技术，是我国低碳高效煤炭能源结构转型方向的重要选择，也是为保障我国碳达峰、碳中和(“双碳”)目标顺利实现而可探索的潜在重要途径。通过文献调研，梳理了澳大利亚UCG技术探索历程，依据现场试验案例分析探讨了澳大利亚UCG技术探索的得失，其中的经验可为我国UCG技术发展提供借鉴。结果显示，澳大利亚UCG技术探索可追索到20世纪70年代，随后开展了长达15年的UCG现场试验，先后启动3个UCG示范工程，成功实施了迄今为止在前苏联之外最大规模的现场示范；尽管探索历程“一波三折”，但UCG技术进步显著，相关成就为全球UCG产业化努力做出了示范。澳大利亚UCG技术探索与发展历程显示：引入民间资本是支撑费用巨大的UCG技术研发及现场试验的可行途径，充分考察并借鉴全球经验可使UCG现场试验少走弯路，利用合成气生产多元化最终产品是UCG产业发展的重要方向。在工程技术方面：钻井设计及工程质量是确保UCG炉安全高效运行的关键，尤其是固井材料选择应考虑井壁受热产生的收缩膨胀性能；纯氧注入装置应设计自动跳闸系统以保证UCG生产安全，整体工程任何环节都需要严格保证气化炉及其管线密封质量，前期UCG地质评价与选址十分必要；UCG设计需要综合考虑各方面因素，确保在单炉滚动式投产基础上实现气化区炉井最佳配置。同时，系统而详细的产业政策建设是推进UCG产业化的基本保障，企业与政府主管部门事前沟通充分程度往往决定着UCG项目的成败。

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煤田地质与勘探

2023年第07期

214

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