煤炭地下气化的发展前景
综合利用前景广阔
根据煤气成分和应用条件，地下气化煤气可用于联合循环发电、提取纯H2，以及用作化工原料气、工业燃料气、城市民用煤气等。
煤气化是煤炭转化的重要形式之一，它在各类生产过程中起着承前启后的作用。煤制化工合成原料气在煤化工中有着重要的地位。国内外正在把煤化工发展成为以煤炭气化为基础的c1化学工业，使煤化工由能源型转向化工型。煤气化制得的合成气(c0+H2)作为化学工业的基本原料，在与石油化工的竞争中不断发展和提高。但煤化工要与石油化工和以天然气为原料的化工合成相竞争，必须有能耗低、投资小的气化技术为基础。而煤炭地下气化技术正是具有这样的特点，通过煤炭地下气化生产合成气，可以充分发挥煤炭地下气化的技术优势，为煤化工的发展提供新的扩展空间。
环境效益
煤炭地下气化燃烧后的灰渣留在地下，采用充填技术，大大减少了地表下沉，无固体物质排放，因此煤炭地下气化减少了地面环境的破坏，这是其他洁净煤技术无法比拟的。地下气化煤气可以集中净化，脱除焦油、硫和粉尘等其他有害物质，甚至可降CO经地面变换后，采用分离技术将CO2分离出来储存或作其他用途，从而得到洁净煤气，因此，地下气化技术有利于解决大气污染问题。
地下气化煤气中H2含量在40%以上，分离后得到各种纯度的H2。H2是当今人类最理想的洁净能源，H2可储、可输性好，不仅是高能燃料，又可作为中间载能体使用，它转变灵活、使用方便、清洁卫生，在自然界中形成水-氢-水自然循环，所以氢能使一种可再生能源，符合人类可持续发展的需要。
煤炭资源的利用率
煤炭是我国国民经济发展的基础产业，但受传统井工开采技术水平的限制，随着开采强度的逐渐增大，大量的矿井报废或行将报废。据统计1953——1989年有报废矿井297处，1990年——2020年还有244处将报废，遗弃资源储量到目前为止已有300亿吨以上。利用煤炭地下气化技术，可使我国遗弃煤炭资源50%左右得到利用。煤炭地下气化技术还可以用于开采井工难以开采或开采经济性、安全性较差的薄煤层、深部煤层、“三下”压煤和高硫、高灰、高瓦斯煤层。因此，地下气化大大提高了煤炭资源的利用率。
1 很难控制气化过程中在地下产生的种种反应，合成气成分波动过大。
2 受煤层和地质影响大，容易造成井井之间相互漏水、通气等情况。
3 气化后出来的气体成分不稳定，有待改善气化剂种类与含量。
4 地下燃烧、气化情况不好控制，应加大地下气化过程的监控力度。
5 在该技术方面，大部分研究只注重化学工艺，很少关注行业发展动态。
煤炭地下气化作为清洁能源技术的主要研究方向和符合可持续发展战略的环境友好绿色技术，得到了国家领导人和著名科学家的关心和支持。
中国矿业大学 ( 北京校区 ) 煤炭工业地下气化工程研究中心，在国家高技术研究发展计划（ 863 计划）项目——“煤炭地下气化稳定控制技术的研究”的支持下，建成了具有世界先进水平的煤炭地下气化过程综合试验台，可完成不同煤种及不同煤层赋存条件下煤炭地下气化过程发展规律及工艺参数的模型试验研究。
1987 年完成了江苏省“七五”重点攻关项目——徐州马庄矿煤炭地下气化现场试验，获江苏省科技进步三等奖； 1994 年完成了国家“八五”重点科技攻关项目——徐州新河二号井煤炭地下气化半工业试验，首创“长通道、大断面、两阶段”新工艺，被评为国家“八五”重大科技成果。
获“矿井长通道、大断面煤炭地下气化工艺”，“两阶段煤炭地下气化工艺”，“推进供风式煤炭地下气化炉”三项国家专利。
1996 完成了河北省重点科技项目—— “唐山刘庄煤矿煤炭地下气化工业性试验” ； 2000 年 9 月完成了“新汶孙村煤矿煤炭地下气化技术研究与应用”项目，并进行了民用及内燃机发电，获山东省科技进步一等奖和煤炭工业十大科技成果奖。
2005年，中国矿业大学在重庆中梁山北矿进行的煤炭地下气化试验首次实现了在高瓦斯矿井进行地下多煤层联合气化，所产煤气作为当地户居民和蒸汽锅炉燃气，这一试验的成功对今后煤炭开采过程的碳排放量控制具有重要意义。
2007年1月，新奥集团投资2亿多元组建乌兰察布新奥气化采煤技术有限公司,与中国矿业大学共同开展“无井式煤炭地下气化试验项目”研究，得到了内蒙古科技厅、乌兰察布市科技局的大力支持。同年10月24日，我国首套日产15万方煤气的无井式煤炭地下气化试验系统和生产系统一次点火成功。到目前为止，现场试验运行400多天，具备了供热、发电、生产化工原料的能力，取得了一批创新性研究成果，申报了9项专利。
2010年5月至11月，中国矿业大学王作棠教授煤炭地下气化团队与华亭煤业集团有限责任公司合作开发了“难采煤有井式综合导控法地下气化及低碳发电工业性试验项目”。项目于当年11月通过甘肃省科技厅的鉴定，鉴定委员会专家一致认为，该项目创新点突出，在地下煤层燃烧高效稳态蔓延导引控制技术达到国际领先水平，同意通过科技成果鉴定。项目主要技术点采用新型的窄条带虚底炉与多炉协同作业、地面导控注气与充填减沉固污、高氢燃气发电等多项产业技术集群，克服了常规地下气化存在煤气燃值低、稳定性弱、规模小、测控难等问题，所产煤气发热量大于9.0MJ/Nm3，可用于生产煤基天然气和低碳燃气发电，实现了燃烧过程可导可控、产气优质稳定、生产过程安全清洁、污染物近零排放。项目立足资源枯竭矿井中由于地质条件复杂和回采工艺限制而滞留的难采煤资源开发利用的重大技术难题进行研究攻关和工业性试验，为延长矿区服务年限，提高煤炭资源回收率，推动煤炭企业可持续发展提供了有力的技术支撑，为华亭矿区大规模物理开采过程中遗留的近6亿吨边角、零散煤炭资源的气化开采提供了实践依据。 1，目前我国的地下气化技术仍处于工业试验阶段，有很多问题需要去研究和探索。 因此国家和有关部门应给予大力支持，制定相应的政策，提供一定的措施和资金，推动这方 面的研究工作。并应组织协调，做好攻关工作，以期在较短的时间内，使地下气化技术真正 用于生产和应用。?
2，煤炭地下气化的目的在于应用和产业化。当前为了寻找煤炭的新出路，加强煤炭 综合利用的研究，很多企业都看好煤炭地下气化技术，但应在开展项目之前要落实用户，否 则将得不到应有的效果。
3，提高热值和生产适合于用户的气体组分是气化技术的关键。目前地下气化生产的 空气煤气热值偏低，因此使应用范围受到限制。为了提高煤气热值和稳定气体组分，在过 去 的试验中采用生产半水煤气、水煤气和富氧煤气等工艺，但目前这些工艺在技术装备上，尚 需要进一步开展研究。
4，对地下气化炉燃烧和运行进行有效的控制，是煤炭地下气化稳定产气和得到相对 稳定 的气体组分的保证手段。目前控制系统仍然比较简单，研究单位应进一步开展攻关，为地下 气化炉建立起1套行之有效的测控系统，并应重点放在燃烧位置和燃烧速度的控制技术上， 其中可靠的传感元器件是很重要的。?
5，地下气化炉和地面设施的安全技术是搞好地下气化的保障。要采取充分和必要的 措施，防止泄漏。还应做好防爆和防火工作，并制定严格的规程，确保安全产气。?
6，开展燃烧后地下气化炉体结构变化及地面沉降状况的研究，适时解剖1～2台气 化 炉，了解燃烧后炉体内的状况和地面的塌陷规律，这对于提高对煤炭地下气化技术认识，修 改炉型设计和改进运行规律的控制将起到很大作用。
7，建立煤炭地下气化试验研究基地，选择1～2个有代表性的煤种(烟煤、无烟煤等) ，煤层(厚度、倾角等)和用户(民用燃料、发电、化工原料)作为试验基地，开展多项技术攻 关与研究，在成功的基础上进行推广应用。（中国煤炭市场网发表于2002年4月29日）
目前国内只有一家企业在从事煤炭地下气化技术产业化的实验和推广工作：即新奥气化采煤有限公司。新奥气化采煤有限公司是新奥集团下属全资子公司，是中国最早将煤炭地下气化技术发展成为产业的企业。公司整合了国内外最先进的煤炭地下气化技术，汇集了全世界最优秀的气化采煤技术研究人员，2011年11月4日“煤炭地下气化产业化关键技术”项目顺利通过863专家组的评审，标志着此项目已获得国家相关部委的支持，为气化采煤试验项目今后获得更多的政策和资金支持打开了通道，也为气化采煤早日实现产业化奠定了坚实的基础。
三维地震应用于地下煤气化主要解决的地质问题包括：地下气化煤层的精细构造及煤层赋存状态，以及在地下煤气化后燃烧的范围、气化燃烧热力影响边界、形态、方向及气化区冒落带的发展高度、气化煤层裂隙发育及分布等阻碍地下煤气化高效产气的地质因素。可见煤炭地下气化地震勘探比常规煤炭三维地震有更高的勘探要求。最近我们在内蒙某煤矿基于高密度三维地震勘探数据的基础上，采用高密度三维地震勘探属性技术及地质成因正反演技术的融合，从多参数层面地震属性、体属性提取入手，研究地下煤气化所产生的地质情况变化（地下煤气化燃空区、气化热前沿带、气化燃空区冒落高度）；基于三维地震层面属性、地质成因正反演法研究煤层裂隙发育，精细揭示出地下煤气化燃烧范围、气化燃烧热力影响破坏范围、形态、方向及气化区冒落带的发展高度，煤层裂隙发育特征、分布等，其成果为煤炭地下气化提供了有力的地质保障。
图4－27 AVO处理后的CDP道集
内蒙古某煤气化三维地震实验区，勘探面积1km2。地下气化煤层2煤层为新近系沉积煤层，厚12～14m，埋深300m左右，煤层倾角很小，断裂构造较不发育；在2煤层上部分布有1煤层，厚0～3m，与2煤层层间距16～26m，平均20m；在深度100m以浅还分布有总计厚度60m左右的新近系中新统玄武岩沉积，大部分出露地表。图4－29是2煤层气化燃烧区、热力影响破坏区地震时间剖面图、属性分析成果对比图。图4－30是利用地质成因正反演方法进行裂隙预测的2煤层裂隙分布及连通性分析图。
如图：
气化过程发生的反应包括煤的热解、气化和燃烧反应。煤的热解是指煤从固相变为气、固、液三相产物的过程。煤的气化和燃烧反应则包括两种反应类型，即非均相气－固反应和均相的气相反应。
不同的气化工艺对原料的性质要求不同，因此在选择煤气化工艺时，考虑气化用煤的特性及其影响极为重要。气化用煤的性质主要包括煤的反应性、粘结性、结渣性、热稳定性、机械强度、粒度组成以及水分、灰分和硫分含量等。
煤炭气化工艺可按压力、气化剂、气化过程供热方式等分类，常用的是按气化炉内煤料与气化剂的接触方式区分，主要有：
1) 固定床气化：在气化过程中，煤由气化炉顶部加入，气化剂由气化炉底部加入，煤料与气化剂逆流接触，相对于气体的上升速度而言，煤料下降速度很慢，甚至可视为固定不动，因此称之为固定床气化；而实际上，煤料在气化过程中是以很慢的速度向下移动的，比较准确的称其为移动床气化。
2) 流化床气化：它是以粒度为0-10mm的小颗粒煤为气化原料，在气化炉内使其悬浮分散在垂直上升的气流中，煤粒在沸腾状态进行气化反应，从而使得煤料层内温度均一，易于控制，提高气化效率。
3) 气流床气化。它是一种并流气化，用气化剂将粒度为100um以下的煤粉带入气化炉内，也可将煤粉先制成水煤浆，然后用泵打入气化炉内。煤料在高于其灰熔点的温度下与气化剂发生燃烧反应和气化反应，灰渣以液态形式排出气化炉。
4) 熔浴床气化。它是将粉煤和气化剂以切线方向高速喷入一温度较高且高度稳定的熔池内，把一部分动能传给熔渣，使池内熔融物做螺旋状的旋转运动并气化。目前此气化工艺已不再发展。
以上均为地面气化，还有地下气化工艺。
煤炭气化技术广泛应用于下列领域：
1）作为工业燃气 一般热值为1100－1350大卡热的煤气，采用常压固定床气化炉、流化床气化炉均可制得。主要用于钢铁、机械、卫生、建材、轻纺、食品等部门，用以加热各种炉、窑，或直接加热产品或半成品。
2）作为民用煤气 一般热值在3000－3500大卡，要求CO小于10％，除焦炉煤气外，用直接气化也可得到，采用鲁奇炉较为适用。与直接燃煤相比，民用煤气不仅可以明显提高用煤效率和减轻环境污染，而且能够极大地方便人民生活，具有良好的社会效益与环境效益。出于安全、环保及经济等因素的考虑，要求民用煤气中的H2、CH4、及其它烃类可燃气体含量应尽量高，以提高煤气的热值；而CO有毒其含量应尽量低。
3）作为化工合成和燃料油合成原料气 早在第二次世界大战时，德国等就采用费托工艺（Fischer-Tropsch）合成航空燃料油。随着合成气化工和碳－化学技术的发展，以煤气化制取合成气，进而直接合成各种化学品的路线已经成为现代煤化工的基础，主要包括合成氨、合成甲烷、合成甲醇、醋酐、二甲醚以及合成液体燃料等。
化工合成气对热值要求不高，主要对煤气中的CO、H2等成分有要求，一般德士古气化炉、Shell气化炉较为合适。目前我国合成氨的甲醇产量的50％以上来自煤炭气化合成工艺。
4）作为冶金还原气 煤气中的CO和H2具有很强的还原作用。在冶金工业中，利用还原气可直接将铁矿石还原成海棉铁；在有色金属工业中，镍、铜、钨、镁等金属氧化物也可用还原气来冶炼。因此，冶金还原气对煤气中的CO含量有要求。
5）作为联合循环发电燃气 整体煤气化联合循环发电（简称IGCC）是指煤在加压下气化，产生的煤气经净化后燃烧，高温烟气驱动燃气轮机发电，再利用烟气余热产生高压过热蒸汽驱动蒸汽轮机发电。用于IGCC的煤气，对热值要求不高，但对煤气净化度-如粉尘及硫化物含量的要求很高。与IGCC配套的煤气化一般采用固定床加压气化（鲁奇炉）、气流床气化（德士古）、加压气流（Shell气化炉）广东省 加压流化床气化工艺，煤气热值2200－2500大卡左右。
6）作煤炭气化燃料电池 燃料电池是由H2、天然气或煤气等燃料（化学能）通过电化学反应直接转化为电的化学发电技术。目前主要由磷酸盐型（PAFC）、熔融碳酸盐型(MCFC)、固体氧化物型(SOFC)等。它们与高效煤气化结合的发电技术就是IG-MCFC和IG-SOFC，其发电效率可达53%。
7）煤炭气化制氢 氢气广泛的用于电子、冶金、玻璃生产、化工合成、航空航天、煤炭直接液化及氢能电池等领域，目前世界上96%的氢气来源于化石燃料转化。而煤炭气化制氢起着很重要的作用，一般是将煤炭转化成CO和H2，然后通过变换反应将CO转换成H2和H2O，将富氢气体经过低温分离或变压吸附及膜分离技术，即可获得氢气。
8）煤炭液化的气源 不论煤炭直接液化和间接氧化，都离不开煤炭气化。煤炭液化需要煤炭气化制氢，而可选的煤炭气化工艺同样包括固定床加压Lurgi气化、加压流化床气化和加压气流床气化工艺。
煤炭地下气化是通过气化剂将地下储藏的煤炭进行气化，即直接将固态煤转化为煤气的过程。尤其对难以开采的煤和各类废弃矿井中残留的煤具有较好的经济效益。目前煤炭地下气化技术在俄罗斯实现了工业化；欧美号称技术已经成熟，近年内实现工业化；我国仅在鹤岗、徐州、唐山、鹤壁等一些地区取得小型矿井实验性的成功，距离大规模开采还有很长的路。所以我国对地下气化的定位是有条件的适度发展。
综上所述，应该是煤炭地下气化属于广义煤制天然气的范畴。
“长通道、大断面、两阶段”气化工艺是中国矿业大学博士生导师、我国煤炭地下气化技术奠基人余力教授提出的，“长通道”是指气化通道长度尽量大，“大断面”是指气化通道断面面积尽量大，其目的都是为了增大还原反应区的面积，以利于高效产气（这点我完全同意楼上realbighead的评论），而“两阶段”是采用空气、蒸汽交替形式鼓入地下气化炉，第一阶段鼓入空气是为了大量蓄热，产生空气煤气（热值低，一般通过放散系统直接焚毁），鼓入一定时间后停止鼓空气；第二阶段，改鼓入蒸汽，利用第一阶段煤层中积蓄的热能供第二阶段反应，从而产生具有高热值、富氢等特点的水煤气。“长通道、大断面、两阶段”气化工艺是我国第一代气化技术，也是中国矿业大学特有的气化技术！
