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煤炭地下氣化:天然氣規模上產新途徑
字號:[    ] 發布時間:2020-07-16 09:57:25 來源:中國能源報
  隨著科技革命的到來,世界能源正在形成煤炭清潔化革命、非常規油氣革命、新能源革命與智能化革命等多種能源革命跨界發展的新浪潮。人類利用能源也正在從高碳向低碳、非碳化發展。而“煤炭地下氣化”有可能成為這次浪潮的新生力量。
 
  煤炭地下氣化可有效避免因采煤引起的安全和生態環境問題,提高資源利用效率,變物理采煤為化學采氣,有效緩解“富煤”和“氣不足”之間的矛盾。如果該技術取得成功,將引領中國“天然氣革命”,實現天然氣產量跨越增長。
 
  主要目的層為中深層
 
  目前,煤炭地下氣化技術已基本成熟,但受工藝技術本身及市場、安全環保等外部環境的影響,產業化步伐進展緩慢。中深層和產業融合將是未來煤炭地下氣化的發展方向。
 
  不考慮煤階、地表條件等因素,初步匡算,中國埋深1000-3000米的可氣化煤炭折合天然氣資源量為(272-332)×1012 立方米,是常規天然氣資源量的3倍,與非常規天然氣資源量的總和相當,開發潛力巨大。
 
  國內外的現場試驗表明,淺層煤炭地下氣化技術基本成熟,但受地質選區過程中論證不充分、地下氣化技術和工藝對地質、工程、地面要求非常高且技術本身仍需完善和絕大部分淺層試驗項目受外部環境影響大等因素影響,并沒有取得規模產業化發展。
 
  而相對于淺層煤層,中深層煤炭地下氣化有很多優點:一是氣化爐遠離地表及飲用水源,避免了直接環境污染;二是埋深增大有利于增加氣化爐的密閉性,避免了大量裂隙導致的產出氣泄漏;三是隨著埋深增大溫度提高,氣化反應速度和熱值也隨之提高。
 
  但隨著埋深的增大,地層壓力也隨之加強,地層情況更為復雜,施工和監測控制技術難度增加,項目成本也隨之上漲。為盡量避免可能的地下水污染以及避開與煤炭開采企業的業務范圍重疊,煤炭地下氣化未來一定是向中深層、深層甚至超深層發展。
 
  發展面臨多重挑戰
 
  中深層煤炭地下氣化反應機理更為復雜,對工程工藝技術要求也更高,因此,中深層煤炭地下氣化工業化試驗仍面臨諸多挑戰。
 
  受高溫高壓影響,中深層煤炭氣化化學反應機理從簡單的燃燒干餾反應為主變成甲烷化反應為主,地下反應過程更為復雜,這也使其對地質選區標準的要求更高,對反應精準控制的工藝技術要求也隨之增加。
 
  環境影響也是挑戰之一。煤炭地下氣化對環境影響主要包括地下水污染及大量二氧化碳的排放。地下水污染物包括苯及其衍生物、酚類化合物、多環芳烴、雜環化合物等有機污染物及氨氮、氰化物和金屬元素等無機污染物。這些污染物可以有效防控,但無法低成本根除。
 
  產出氣中二氧化碳處理是煤炭地下氣化規模化生產后必須面對的另一個環境問題。結合油氣工業的開發實踐,二氧化碳有三種處理途徑:一是用于鄰近低滲油田的驅油并埋存,打造“煤炭地下氣化—石化煉廠用氫—二氧化碳提高原油采收率與埋存”石油石化凈零排放示范工程;二是就近在合適地層中直接埋存;三是提純后直接利用,一般用于食品行業,制成干冰用于制冷,以及開展二氧化碳超臨界萃取等。
 
  石油石化企業將是開發主力
 
  由于煤炭地下氣化的能量密度、產氣速度和效率均遠高于目前開發的非常規氣,有望開辟中國特色的快速有效供氣的戰略新途徑。
 
  不過,煤炭地下燃燒和氣化過程極其復雜(包括一些可逆的化學反應),是多學科集成技術體系,對技術和工藝要求較高,涉及地下地質、鉆完井、裝備制造、地面處理等與天然氣產業相關的諸多技術。
 
  對此,石油石化企業由于資源目標主體不同和長期積累,具有煤炭企業難以比擬的中深層地下(井下)技術、天然氣管網、化工、市場以及融合發展的整體優勢。
 
  首先,石油石化企業的油氣田勘探開發技術,對地下氣化項目有重要的促進作用。特別是定向鉆井和連續油管等技術的進步,推動了近年來煤炭地下氣化技術由巷道式向無井式的跨越式發展。
 
  其次,石油石化企業可通過油氣開發配套技術引領中深層煤炭地下氣化產業發展,有針對性地完善煤炭地下氣化的選址、建爐、注氣、點火、生產等關鍵環節。
 
  最后,煤炭地下氣化與石油石化企業現有油氣產業鏈融合度高,不僅可因地制宜與天然氣產業鏈、煉化業務、礦區用能替代、儲氣庫業務、二氧化碳驅油與埋藏業務、氫能產業鏈實現協同發展,實現資源的立體綜合開發及利用,更能拉動石油石化企業相關技術服務產業向新興業務的橫向擴張和高精尖技術的縱深發展,實現煤炭地下氣化產業與油氣產業的高度融合發展,發揮“1+1>2”的協同效應。(作者:中國科學院院士 鄒才能)
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