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| 煤炭地下氣化技術與殘留煤炭資源利用的思考 | |||
| 煤炭資訊網(wǎng) | 2011-7-1 7:19:09 頭條 | ||
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新中國成立以來，隨著我國經(jīng)濟建設的發(fā)展，山西成為我國以煤炭、冶金礦產(chǎn)、化工等為代表的能源基地，特別是煤炭能源，為國家建設發(fā)揮了歷史性的作用。山西的煤炭不僅關系到本省的產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟發(fā)展,涉及到社會和民生問題,同時還與全國的能源供應和能源安全息息相關。多年來，山西省煤炭大規(guī)模開采或程度不同的無章開采之后，遺留下的殘留煤、邊角煤、薄煤難采層，這些視乎廢棄的煤田被壓覆在地下，加上采空區(qū)的難以治理，從而形成了資源浪費、環(huán)境惡化等一系列影響煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的問題，影響了全省煤炭工業(yè)的科學發(fā)展。筆者參閱山西煤炭行業(yè)相關資料、分析和研究認為，應當認真思考山西壓覆煤炭資源（殘留煤、邊角煤、薄煤難采層）的回收利用問題。山西在煤炭整合中提出，為了推廣煤炭企業(yè)清潔生產(chǎn)，實現(xiàn)規(guī)模以上煤炭企業(yè)循環(huán)模式的普及目標,必須把培育生態(tài)型煤炭企業(yè)作為循環(huán)經(jīng)濟的基礎工程，以提高資源能源的利用效率，減少廢物排放為主要目標，努力構建全新的循環(huán)型企業(yè)體系。而殘留煤炭、邊角煤田、薄煤層等壓履煤炭資源的回收利用問題。更是應當考慮解決的問題之一。 一、山西煤炭開采由規(guī)模開采轉(zhuǎn)向清潔開采利用，最大限度地減少殘留煤炭、邊角煤田的產(chǎn)生 山西煤炭資源的開采具有兩個特點，一是開采歷史長，二是開采強度大。按現(xiàn)有生產(chǎn)、在建礦井已占用儲量與已查證煤炭儲量相比，山西省煤炭資源的開采強度達到23.3%，與陜、蒙兩省區(qū)相比，分別高出陜西14.3個百分點、內(nèi)蒙古14.7個百分點。2000年至2004年，僅全省重點煤礦已有17個老礦井關閉破產(chǎn)，減少生產(chǎn)能力1600萬噸。隨著山西開采強度的進一步加大，礦井衰竭程度更甚，預計2005年至2020年的16年間，僅5大國有重點煤炭企業(yè)將有32處礦井面臨資源枯竭，將每年衰減生產(chǎn)能力5400萬噸，需要新安置轉(zhuǎn)產(chǎn)工人102650人；預計到2020年，全省地方國有煤礦將有近1/3的礦井因資源枯竭而閉坑，將減少能力2000多萬噸；鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦近一半礦井因資源枯竭而閉坑，將減少能力近1億噸。因此，加快接續(xù)替代產(chǎn)業(yè)和非煤產(chǎn)業(yè)發(fā)展，迫在眉睫。山西煤炭開采由規(guī)模開采轉(zhuǎn)向清潔開采利用的同時應當限制、限量，有序、有節(jié)開采，從而最大限度地減少殘留煤炭、邊角煤田的產(chǎn)生。 二、山西煤炭資源浪費嚴重，后續(xù)接替困難 目前山西煤炭2660.46億噸剩余保有量中，按30%的平均資源回采率，實際可采量僅有558.8億噸，以2000年4億噸/年的開采能力計算可供開采的年限僅為139.6年。而落后的開采方式又嚴重浪費了資源，目前全省煤礦資源回采率，國有煤礦僅有55%，鄉(xiāng)鎮(zhèn)礦僅為15%-20%，采1噸煤約損失資源量為6.6噸。按此推算，1980年-2004年，全省鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦在扣除規(guī)范合理的損失儲量后，資源浪費量達200億噸。其次，煤的共伴生資源的浪費嚴重。山西煤層中與煤共伴生的各種礦產(chǎn)資源有煤層氣、鋁土礦、高嶺土、耐火黏土、鐵礬土、陶瓷黏土及稀有元素鎵、鍺等伴生礦產(chǎn)資源，遠景潛在價值達10 萬億元。但目前尚未能得到充分的開發(fā)利用。如各煤礦煤層氣一般作為廢氣排放掉，高嶺土，即煤矸石就地堆放，不僅浪費資源，還污染環(huán)境。此外，山西能源年消費總量達2.01億噸標準煤，加工轉(zhuǎn)化耗煤1.35億噸標準煤，占全國比重的15.7%；終端能源消費為6613.84萬噸標準煤/年，占全國終端消耗的5.08%。目前山西人均產(chǎn)能為全國的7.33倍，人均耗能為全國的5.3倍，人均生活能耗為全國的1.49倍。 三、山西煤炭資源40年的開采歷史表明，必須下工夫解決制約煤炭資源可持續(xù)發(fā)展的問題 在長期的粗放經(jīng)營方式下，作為我國第一能源的煤炭業(yè)，特別是煤炭大省山西省，已經(jīng)不堪重負。近10多年來山西省煤炭資源經(jīng)過的大規(guī)模開采，造成了嚴重的生態(tài)破壞和環(huán)境污染，由此引發(fā)的各種矛盾已成為黃河流域乃至全國經(jīng)濟社會持續(xù)發(fā)展的嚴重制約因素。一是礦區(qū)土地塌陷、地表擾動、崩塌、泥石流等地質(zhì)災害嚴重。目前全省采空區(qū)面積已達5000平方公里，引起嚴重地質(zhì)災害的區(qū)域2940平方公里以上，波及1900個自然村，涉及上百萬人口。二是礦區(qū)水土流失日趨嚴重，每年因煤礦開采造成的水土流失影響面積高達1200多平方公里。三是煤炭開采造成嚴重的環(huán)境污染。每年新增煤矸石在5000萬噸以上，堆存總量達到11.4億噸，自燃產(chǎn)生大量的有害氣體進入大氣層，經(jīng)雨淋滲透到水系，污染了地下水資源，影響到人民群眾的身體健康。 在資源日益短缺的今天，山西省仍然存在煤炭回采率低、資源浪費嚴重的現(xiàn)象。2004年山西省小型及以下礦井產(chǎn)量2.1億噸，占該省煤炭產(chǎn)量的42.3%；由于這些煤礦基本采用房柱式等落后的采煤方法和工藝，片面追求經(jīng)濟效益，資源回收率只有15%左右，不足國有大礦的1/3，煤炭資源浪費十分驚人。國有大礦也存在丟棄薄煤層和在開采特厚煤層時造成厚度損失，普遍達不到設計規(guī)范和技術政策規(guī)定的資源回收標準。 資源型城市由于以單一的資源產(chǎn)業(yè)為主導，而這些資源又具有不可再生性，隨著資源的不斷開采，資源會越來越少，開采難度越來越大，加上市場需求多變等原因，資源型企業(yè)的生產(chǎn)就會十分艱難。山西多年來一直以開采煤炭為主要經(jīng)濟支柱，現(xiàn)在煤炭面臨枯竭，老企業(yè)發(fā)展明顯緩慢，影響到社會的安定團結。我國阜新、本溪、撫順等煤礦城市都是因為資源枯竭帶來一系列社會、經(jīng)濟和穩(wěn)定問題，教訓十分深刻。 四、煤炭地下氣化技術的應用對壓覆煤炭資源的回收利用價值 我國能源需求主要依靠本國，以煤為主的能源消費結構，是我國能源戰(zhàn)略的重要組成部分。隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，煤炭資源的開采利用，開始進入由傳統(tǒng)粗放型向現(xiàn)代集約型轉(zhuǎn)變的階段，煤炭地下氣化技術的不斷發(fā)展，就是這一轉(zhuǎn)變最生動的寫照。 早在1979年的世界煤炭遠景會議上，聯(lián)合國就已明確提出，實施煤炭地下氣化開采，是解決傳統(tǒng)的煤炭開采利用所存在問題的重要途徑。在煤炭氣化技術方面，我國也制定了發(fā)展規(guī)劃、綱要等，而且是世界上煤炭地下氣化技術研究較早的國家之一。 1、煤炭地下氣化技術類型 煤炭地下氣化是在地下氣化爐的條件下進行的，該技術目前主要有兩種類型。 一是巷道式地下氣化爐技術。就是在開采或廢棄的煤礦井中建地下氣化爐，以人工掘進的方式在煤層中建立氣化巷道，并在進氣孔底部巷道筑一道密閉墻（促使定向燃燒煤層），然后便可將密閉墻前面的煤炭點燃氣化。 此種方式中的單套地下氣化爐由氣化通道進氣孔、輔助孔和出氣孔組成，氣化通道在同一煤層內(nèi)連通各孔，但由于受煤層地應力和溫度制約，因此人工豎井部分深度有限。二是鉆井式地下氣化爐技術。即采用常規(guī)的油氣鉆井技術，鉆一口普通的長裸眼水平井，與另外的兩口直井在同一煤層內(nèi)連通。單套地下氣化爐仍由氣化通道、進氣孔、輔助孔和出氣孔等組成。 施工時，先將進氣孔底部的氣化穴中的煤炭點燃，鼓入氣化劑，連續(xù)使煤炭氣化，同時由輔助孔鼓入氫氣，氣化通道內(nèi)會形成氧化帶、還原帶和干餾干燥帶。國外大多采取此種技術。遼河油田在2005年成功建成了我國首座鉆井式地下氣化爐。 這種煤炭氣化方式，很好地發(fā)揮了石油企業(yè)的鉆井技術優(yōu)勢，免去了巷道式建地下氣化爐的條件限制。但因鉆井井徑受限，制約了單套爐的氣化規(guī)模，有待進行單套爐多進氣孔、多氣化通道、多出氣孔、大井眼鉆進和擴眼完井等技術攻關。 2、挖掘剩余資源的新途徑 據(jù)統(tǒng)計，1953年-1989年我國有報廢礦井297處，1990年至今有244處報廢，報廢資源量到2002年底已超過300億噸，一般為井工開采（由工人下入井內(nèi)進行資源開采，與露天開采相對應，井工可采煤炭量僅占煤炭資源儲量的11.43%）遺留的煤柱、薄煤層、劣質(zhì)煤層、高瓦斯煤層等，豐富的深層煤炭資源和淺海地區(qū)的煤炭資源也未被開發(fā)利用。煤炭地下氣化技術的發(fā)展應用，為這些資源的有效動用提供了途徑。 目前山東、山西、內(nèi)蒙古、貴州等地都在引入煤炭地下氣化技術，以使剩余的煤炭資源得到充分利用。 有關專家介紹，煤炭地下氣化技術避免了傳統(tǒng)煤炭開采方式對大氣帶來的污染。地下燃燒產(chǎn)生的高溫能使瓦斯氣和煤焦油發(fā)生劇烈膨脹而被揮發(fā)采出。尤其是高溫能使褐煤的物性變好，使煤層氣被解析，易于產(chǎn)出，其中的灰分留存于地下，還可以減少開采后期地層坍塌的危險。 煤炭地下氣化開采還有見效快的特點。點燃后，只需注入氣化劑便可連續(xù)生產(chǎn)。氣化劑由空氣、水蒸氣、氧氣和氫氣組成。氧氣和氫氣可由粗煤氣分離獲得，水蒸氣可由產(chǎn)出的高溫粗煤氣經(jīng)降溫處理制取，總體工藝具有明顯的循環(huán)經(jīng)濟特色。 3、 資源綜合利用的新方式 煤炭地下氣化開采產(chǎn)業(yè)的綜合性較強，不僅能夠提高煤炭資源的利用率和開發(fā)動用程度，符合節(jié)約型的產(chǎn)業(yè)發(fā)展原則，而且有利于就近建立綜合性的產(chǎn)業(yè)群。 降溫處理后的粗煤氣，經(jīng)過凈化可用來發(fā)電或向產(chǎn)業(yè)群以及附近城市集中供熱，尤其是可以利用余熱，發(fā)展附近農(nóng)村的溫室綠色農(nóng)作物產(chǎn)業(yè)，還可以從中提取氫氣和氧氣，除用作氣化劑外，氫氣還是城市清潔能源。粗煤氣凈化過程中，還可以獲得焦油、硫產(chǎn)品、酸產(chǎn)品和苯產(chǎn)品。 值得一提的是，粗煤氣凈化過程中分離出來的氮氣，可以制成液氮，在油氣鉆井和增產(chǎn)措施中具有重要用途。目前國內(nèi)油氣田開發(fā)中對液氮的需求正在不斷增大。凈化后的煤氣是重要的化工原料，可制取甲醇，進而制取甲脂和聚甲醛等，或者作為制取合成氨、二甲醚等的原料。 總之，煤炭地下氣化開采的產(chǎn)業(yè)綜合性越強，開采成本下降越明顯，獲取的綜合效益就越大。煤炭地下氣化開采產(chǎn)業(yè)規(guī)?？纱罂尚?，可獨立經(jīng)營，更利于大產(chǎn)業(yè)經(jīng)營，投資少，投資回收期短，投資回報率高。 五、山西省開展煤炭地下氣化應用的條件已經(jīng)成熟 煤炭地下氣化項目在山西省一直是空白，針對我省不同煤種、地域和大量壓覆、殘留煤田的實際，有選擇的開展煤炭地下氣化工業(yè)試驗，對于有效解決壓覆資源、殘留資源，推進山西煤炭產(chǎn)業(yè)向煤炭清潔能源工業(yè)轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)山西綠色轉(zhuǎn)型、低碳運營的目標，特別是對于我省實現(xiàn)國家資源型經(jīng)濟轉(zhuǎn)型綜合配套改革試驗區(qū)的經(jīng)濟結構戰(zhàn)略調(diào)整具有深遠的意義。 筆者有幸參與了對山西的小窯破壞煤田、殘留煤區(qū)、劣質(zhì)煤田、深部煤田等進行了調(diào)研。山西小窯破壞煤田、殘留煤區(qū)或劣質(zhì)煤田較為普遍，如果選擇和應用煤炭地下氣化技術，將為山西的殘留煤田的開采找到一條清潔、環(huán)保的新技術、新方法，將為山西的十二五節(jié)能減排，實現(xiàn)轉(zhuǎn)型發(fā)展，氣化山西，低碳生活，大力提高城市工業(yè)鏈系統(tǒng)能效發(fā)揮積極的作用。我們以一個殘留約200萬-300萬的煤礦為例，煤炭地下氣化技術，可始氣化總規(guī)模達到410萬Nm3，按總共三期計算：一期規(guī)模為10萬Nm3/d,其中5萬Nm3/d為民用燃氣，5萬Nm3/d為工業(yè)燃氣；二期、三期規(guī)模分別為100萬Nm3/d和300萬Nm3/d。項目所產(chǎn)煤氣可經(jīng)變換合成后直接輸送至多家大型焦化廠、工業(yè)園區(qū)、民用煤氣管網(wǎng)等，工業(yè)燃氣和居民生活均可使用。這樣，既有效解決了十數(shù)個殘留煤田的回收利用，又產(chǎn)生了積極的社會效益和可觀的經(jīng)濟效益。而且在建設中的煤氣轉(zhuǎn)化、鋪設管道、加壓站等相關設施建設等等方面，預計后續(xù)投資在10億元以上，對于帶動區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展具有廣闊的前景。 綜上所述，煤炭地下氣化項目對山西省不同煤種、地域和大量壓覆、殘留煤田重新開發(fā)利用、對于有效解決壓覆資源、殘留資源，推進山西煤炭產(chǎn)業(yè)向煤炭清潔能源工業(yè)轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)山西綠色轉(zhuǎn)型、低碳運營的目標，特別是對于山西省實現(xiàn)國家資源型經(jīng)濟轉(zhuǎn)型綜合配套改革試驗區(qū)的經(jīng)濟結構戰(zhàn)略調(diào)整，具有深遠的社會和經(jīng)濟意義。
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