褐煤地下氣化生產(chǎn)5萬ta甲醇、11萬ta甲醛、2萬ta聚甲醛項目建議書

褐煤地下氣化生產(chǎn) 5萬t/a甲醇、11萬t/a甲醛、2萬t/a聚甲醛項目建議書褐煤地下氣化生產(chǎn)5萬t/a甲醇、11萬t/a甲醛、2萬t/a聚甲醛項目建議書褐煤地下氣化生產(chǎn) 5萬t/a甲醇、11萬t/a甲醛、2萬t/a聚甲醛項目建議書目 錄一、 項目概況二、 項目的目的意義和必要性三、 項目的技術(shù)基礎(chǔ)(技術(shù)來源、技術(shù)水平、技術(shù)特點等 )四、 產(chǎn)業(yè)化示范內(nèi)容、規(guī)模、地點、期限五、 工藝技術(shù)方案六、 項目承擔(dān)單位和項目負(fù)責(zé)人的基本情況、 項目法人所有制性質(zhì)及項目組織方式七、 投資估算、資金籌措經(jīng)濟效益初步分析八、 某煤業(yè)有限公司建設(shè)煤炭地下氣化煤化工項目的有利條件九、 技術(shù)提供單位條件十、 結(jié)論一、項目概況某自治區(qū)地域遼闊，煤炭資源極為豐富，據(jù)第三次全國煤田預(yù)測資料，全區(qū)含煤面積為11.81萬平方公里。截至1996年末，全區(qū)累計探明儲量2259億噸，保有儲量2247.5億噸，其中褐煤1018.17億噸，占全區(qū)保有儲量的45.3%。褐煤大部分在某東部，按目前井工和露天開采水平，這些資源總儲量最多只有50%左右得到利用，大量的煤炭資源將被遺棄在井下。另外，由于褐煤灰分、水分高，發(fā)熱量低，其市場受到了限制，經(jīng)濟效益不高，給企業(yè)后續(xù)發(fā)展，特別是某自治區(qū)煤炭工業(yè)的發(fā)展帶來較大的影響。采用煤炭地下氣化技術(shù)可以使被遺棄的煤炭資源得到部分利用，大大提高了煤炭資源的利用率，同時可發(fā)展高附加值的化工產(chǎn)品，提高企業(yè)經(jīng)濟效益，為某自治區(qū)煤炭工業(yè)發(fā)展開辟一個新的道路。某煤業(yè)公司開發(fā)的某煤田位于某自治區(qū)呼倫貝爾市境內(nèi)，東部區(qū)探明儲量18.3億噸，全部為褐煤。煤質(zhì)在本地區(qū)位居中等偏下，在目前的市場中缺乏競爭力，銷售狀況日漸緊縮，公司后續(xù)發(fā)展困難。1褐煤地下氣化生產(chǎn) 5萬t/a甲醇、11萬t/a甲醛、2萬t/a聚甲醛項目建議書作為多年從事煤炭生產(chǎn)的企業(yè)，尋找優(yōu)質(zhì)煤田進(jìn)行開發(fā)，采用高新技術(shù)開發(fā)高附加值產(chǎn)品是走出困境再造輝煌的最佳途徑。某褐煤由于灰分高熱值低，約有半數(shù)以上不宜用常規(guī)方法開采。經(jīng)考察論證，某煤業(yè)公司決定開發(fā)煤炭地下氣化項目，預(yù)計將有近億噸煤量只能用地下氣化方式開采，目前已具備有井式地下氣化條件的儲量即達(dá)7264.8萬噸，選擇首先在某三礦西二采區(qū)進(jìn)行。本采區(qū)位于三礦井田西部,面積為1.4km2，開采17、18號煤層。這兩個煤層全區(qū)發(fā)育，為局部不可采煤層，厚度變化較大，總體變化規(guī)律為東部厚西部薄，淺部厚深部薄,平均厚度為3.13米，在23勘探線以西+500水平以上兩層合并。含有夾矸0～4層，夾矸最大厚度為1.64米。煤層顏色一般為黑褐色，結(jié)構(gòu)為似條帶狀，偶爾可見帶狀或木質(zhì)結(jié)構(gòu)，具塊狀或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)。裂隙發(fā)育，硬度在 1～3之間，韌性較強，比重為1.60，容重為1.26，屬暗淡型或半暗型煤?；曳?Ag)為17.74～46.36％，屬中高灰份煤層。頂?shù)装鍘r性多為粉砂巖、泥巖細(xì)砂巖次之，泥巖少見。煤層傾角的變化規(guī)律為東部緩而西部徒，傾角最大為24°，最小為 12°，平均傾角為 18°。煤層裂隙含水層在 450水平以上較為發(fā)育，向深部裂隙逐漸減少。含水層為靜水量，隨采掘疏干而減少。兩層煤的 A＋B級儲量為1032.5萬噸，總儲量為 2008.8萬噸。褐煤盡管發(fā)熱量低，水分高、灰分高，但其反應(yīng)活性高、透氣性好，很適合地下氣化。項目總體建設(shè)目標(biāo)是:生產(chǎn)5萬t/a甲醇、11萬t/a甲醛、2萬t/a聚甲醛?？偼顿Y約88768.83萬元，年均銷售收入約34899.29萬元，年均利潤13667.53萬元，7.38年(所得稅后)可收回投資，內(nèi)部收益率17.62%，盈虧平衡點在46.70%左右。建成后，是國內(nèi)、外第一個采用煤炭地下氣化高新技術(shù)建設(shè)的煤化工綜合利用項目，改變了傳統(tǒng)的煤炭生產(chǎn)和消費方式，利用劣質(zhì)褐煤資源，生產(chǎn)廉價的合成原料氣。最終產(chǎn)品填補了某自治區(qū)煤化工產(chǎn)品的空白，大大提高了企業(yè)的市場競爭力和經(jīng)濟效益，加快了企業(yè)的優(yōu)化升級和科技進(jìn)步，有利于區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展，有利于當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的保護。2褐煤地下氣化生產(chǎn) 5萬t/a甲醇、11萬t/a甲醛、2萬t/a聚甲醛項目建議書二、項目的目的意義和必要性⒈產(chǎn)品的市場分析煤炭地下氣化可生產(chǎn)潔凈的燃料氣，用于民用、工業(yè)鍋爐燃燒和發(fā)電，更可生產(chǎn)廉價的化工原料氣，用于合成氨、甲醇、汽油等。煤炭地下氣化煤氣的生產(chǎn)成本低于地面煤氣化的生產(chǎn)成本， 其比較如表2.1所示。表2.1 地下氣化和地面氣化比較項目地面氣化地下氣化基建投資（元/m3）350～450120～150成本（元/m3）0.4～0.60.15～0.25生產(chǎn)工藝備煤、選煤建地下氣化爐環(huán)境保護有灰碴排放無灰碴、污染物少企業(yè)能否在目前形勢下生存和發(fā)展，關(guān)鍵在于生產(chǎn)成本是否具有競爭力，特別是面臨中國加入WTO，在國內(nèi)產(chǎn)品與國外產(chǎn)品面對面地競爭形勢下，企業(yè)的產(chǎn)品必須具有與國外產(chǎn)品相抗衡的能力。煤炭地下氣化技術(shù)擁有我國獨立的知識產(chǎn)權(quán)，以地下氣化煤氣為龍頭的合成裝臵和設(shè)備，基本上能夠在中國制造。技術(shù)自主和設(shè)備的國產(chǎn)化，大大降低了建設(shè)投資，縮短了建設(shè)周期，原料氣成本低，從而大大降低了合成甲醇、聚甲醛的生產(chǎn)成本，極具市場競爭能力。⑴甲醇市場分析甲醇是一種應(yīng)用廣泛的基礎(chǔ)化工原料，它的用途幾乎沒有一種有機化工原料能與之相比。在化工、醫(yī)藥、輕紡、工程塑料、染料等領(lǐng)域有著廣泛的用途。在化工生產(chǎn)中，甲醇用于生產(chǎn)甲醛、醋酸、甲烷氯化物、甲胺、甲基叔丁基醚（MTBE）、硫酸二甲酯、對苯二甲酸二甲酯、二甲醚、丙烯酸甲酯、甲基丙希酸甲酯等。3褐煤地下氣化生產(chǎn) 5萬t/a甲醇、11萬t/a甲醛、2萬t/a聚甲醛項目建議書近年來我國甲醇生產(chǎn)發(fā)展迅速。20世紀(jì)90年代初，我國甲醇年生產(chǎn)能力尚不足100萬噸，目前我國共有生產(chǎn)企業(yè)200多家，總年產(chǎn)能力達(dá)328萬噸。以煤為原料的甲醇裝臵，最大的是上海太平洋化工集團公司的20萬噸/年生產(chǎn)裝臵，其次是哈爾濱煤氣廠14萬噸/年和義馬煤氣廠8萬噸/年。近年來，國內(nèi)外市場競爭日趨激烈，國內(nèi)甲醇生產(chǎn)裝臵多數(shù)規(guī)模較小，技術(shù)落后質(zhì)量差，將不斷被淘汰，國外產(chǎn)品質(zhì)優(yōu)價廉?dāng)D了進(jìn)來。未來市場需求增加旺盛，建設(shè)能生產(chǎn)質(zhì)優(yōu)價廉產(chǎn)品的先進(jìn)大型裝臵，前景看好。⑵甲醛市場分析甲醛是一種重要的基本有機化工原料，由于其化學(xué)性質(zhì)十分活潑，可以同多種有機物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成新的基本化工原料和化工產(chǎn)品，據(jù)統(tǒng)計甲醛下游產(chǎn)品可達(dá)百余種，其用途具有面廣量大的特點。因此近年來甲醛深加工形成了獨立的發(fā)展門類，即所謂的“甲醛化學(xué)”。隨著“甲醛化學(xué)”和甲醛下游產(chǎn)品新技術(shù)與催化劑的開發(fā)，甲醛的消耗量正在不斷擴大，其市場潛力不可低估。甲醛可以用來生產(chǎn)酚醛樹脂、脲醛樹脂、聚甲醛樹脂、三聚氰胺樹脂、多元醇如季戊四醇、三羥甲基丙烷等。甲醛屬大宗化工產(chǎn)品，用途廣泛，生產(chǎn)工藝簡單，原料供應(yīng)充足。由于甲醛是低濃度液體產(chǎn)品，含水量較多，運輸費用大，不便于長途運輸，只能地產(chǎn)地銷，因此供應(yīng)格局較為穩(wěn)定。 也因此其進(jìn)出口貿(mào)易量較小， 國內(nèi)市場基本不受國際甲醛市場的影響。因而本項目研究甲醛市場主要著眼于東北區(qū)域。我國甲醛今年價格雖然有所下降，但還比較平穩(wěn)，預(yù)計今后將穩(wěn)中趨升。某處于我國東北地區(qū)，結(jié)合國內(nèi)化工市場行情，本項目確定甲醛價格為1400元/噸。⑶聚甲醛市場分析聚甲醛（POM）又稱聚氧化甲烯，是透明或不透明固體，具有優(yōu)良的綜合性能，較高的彈性模數(shù)、硬度、剛性和機械強度?？稍?04oC下長期使用，脆化溫度為-40oC，吸水性極小。突出的特點是磨擦4褐煤地下氣化生產(chǎn) 5萬t/a甲醇、11萬t/a甲醛、2萬t/a聚甲醛項目建議書系數(shù)低，動磨擦系數(shù)與靜磨擦系數(shù)相同，自潤滑耐磨損性優(yōu)異，是與金屬最相似的一種塑料，被譽為“超鋼”。在機械工業(yè)中應(yīng)用，不管多么復(fù)雜的零件均可用聚甲醛作原料高精確地一次澆鑄成型。 它與金屬切削成型相比，可節(jié)省大量原料和時間。性能比聚碳酸酯，尼龍，環(huán)氧樹脂，酚醛和PVC樹脂都好。因此，廣泛地用于代替金屬、鋼、銅、鋁和鋅等有色金屬材料。用聚甲醛制成的齒輪、按鈕、水表、閥門、泵和葉輪、噴灌器部件、拉鏈等制品，廣泛地用于汽車工業(yè)、電子電器、工業(yè)器械、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活消費品等各領(lǐng)域。我國聚甲醛樹脂的開發(fā)研制工作始于 1959年，國內(nèi)僅有上海溶劑廠的2000t/a 和吉林石井溝聯(lián)合化工廠的 1000t/a兩套裝臵，因技術(shù)落后，質(zhì)次價高，現(xiàn)已停產(chǎn)。云南天然氣化工總廠引進(jìn)波蘭技術(shù)，已建成投產(chǎn) 1萬t/a 聚甲醛裝臵，計劃 2～3年內(nèi)擴建到 3萬t/a 能力。我國1992年聚甲醛表觀消費量 1.55萬噸，1998年表觀消費量達(dá)5.6萬噸，年均增長率 23.8%。2000年全國需求量約為 5.8萬t，預(yù)計2005年，需求量在 8.5～8.7萬t，主要靠進(jìn)口滿足需要，見表2.2。表2.2 聚甲醛凈進(jìn)口統(tǒng)計年份 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998凈進(jìn)口量(t) 1547 1916 1940 2560 3433 4896 55949 4 8 2 8 5 9目前國內(nèi)總生產(chǎn)能力僅有1萬t/a，與需求5.8萬t/a相比差距甚大。因此，在第十個五年計劃中，有條件的企業(yè)應(yīng)建設(shè)聚甲醛裝臵，其產(chǎn)品市場前景很好。1998年全世界聚甲醛的生產(chǎn)能力總計 65萬t/a，美國, 西歐和日本是世界聚甲醛主要生產(chǎn)和消費地區(qū)， 世界聚甲醛的年消費增長速度4～5%。而亞洲地區(qū)年均增長速度約 10%，增長較快的是中國、馬來西亞和新加坡。預(yù)計2000年世界聚甲醛需求量約 55萬t/a，20055褐煤地下氣化生產(chǎn) 5萬t/a甲醇、11萬t/a甲醛、2萬t/a聚甲醛項目建議書年總需求量將達(dá)67～69萬t，年均增長4～4.5%，國際市場前景也很好。⒉價格預(yù)測目前，聚甲醛在國內(nèi)的售價在14000元/噸左右，國際上售價在16000元/噸左右。由于國際市場供需矛盾較大，故價格比國內(nèi)市場要高。隨著聚甲醛應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，供需矛盾還將加劇，預(yù)計短期內(nèi)聚甲醛價格還不會有下降的趨勢。甲醇售價按1500元/噸考慮，甲醛價格1400元/噸考慮。⒊產(chǎn)業(yè)帶動關(guān)聯(lián)性分析煤炭工業(yè)是我國的支柱產(chǎn)業(yè)，但隨著煤炭開采強度的不斷增大，使煤炭開采成本越來越高， 由于井工開采回采率低， 報廢礦井時尚有50%的不可再生的煤炭資源被遺棄在地下，使資源造成不應(yīng)有的大量浪費，同時也帶來了就業(yè)等許多社會問題。煤炭地下氣化是煤炭開采和利用技術(shù)中成本最低的一項技術(shù)，使噸煤產(chǎn)值大幅度增加，實現(xiàn)了采面無人、無設(shè)備的生產(chǎn)技術(shù)體系。地下氣化技術(shù)不僅可以回收礦井報廢資源，而且可以開采井工難以開采或開采經(jīng)濟效益低、環(huán)境效益差、安全性不好的高硫、高灰、高瓦斯煤層及薄煤層、深部煤層和“三下”煤層，大大提高了煤炭資源利用率。因此，本項目的實施，為目前關(guān)停并轉(zhuǎn)的煤礦、為煤炭行業(yè)振興開辟了一條新路。煤炭地下氣化具有投資少、工期短、見效快、效率高、利潤大、效益好等諸多優(yōu)點。其成本低于天然氣，在供應(yīng)民用與工業(yè)用燃?xì)獾耐瑫r，還可直接為化工行業(yè)提供原料氣，制造甲醇、二甲醚、甲醛、聚甲醛等高價值的化工產(chǎn)品，減少許多中間環(huán)節(jié)的投資，贏得更大的利潤。因此煤炭地下氣化技術(shù)的推廣應(yīng)用，將提高煤礦經(jīng)濟效益，形成新的經(jīng)濟增長點，煤炭工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級。世界煤炭儲量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于石油、天然氣等，從世界現(xiàn)在的能源結(jié)構(gòu)分析來看，石油、天然氣必將先于煤炭而枯竭。據(jù)世界銀行統(tǒng)計，中國原油儲量占世界總量的2.43%，天然氣儲量占世界總量的1.02%，今后中國將會出現(xiàn)石油、天然氣供給危機。中國是以煤為主要能源的6褐煤地下氣化生產(chǎn) 5萬t/a甲醇、11萬t/a甲醛、2萬t/a聚甲醛項目建議書國家，資源條件決定了在今后相當(dāng)長的時間內(nèi)， 煤炭在中國資源結(jié)構(gòu)中占據(jù)不可替代的重要地位。煤炭地下氣化可獲得廉價的 H2和CO，用于合成甲醇、聚甲醛、二甲醚、汽油、柴油等多種產(chǎn)品，還可提取純氫。因此煤炭地下氣化對我國碳一化學(xué)和煤化工的發(fā)展具有十分重要的推動作用。煤炭地下氣化煤氣綜合利用途徑見圖 2.1。煤礦企業(yè)煤炭 粗煤氣 煤炭地下氣化酸產(chǎn)品 焦油凈化苯等 硫產(chǎn)品凈煤氣發(fā)電化工原料提取純甲烷化工業(yè)燃?xì)饧状己铣砂背鞘忻簹馊剂想姵鼐奂柞サ?還原氣 精細(xì)化工產(chǎn)品圖2.1 地下氣化煤氣綜合利用示意圖煤炭地下氣化的突出特點是成本低。美國專家指出，相同規(guī)模的煤炭地下氣化與地面氣化相比， 生產(chǎn)相同下游產(chǎn)品的成本可下降 :(1)合成氣為43%、(2) 天然氣代用品為 10～18%、(3) 發(fā)電為27%。項目意義7褐煤地下氣化生產(chǎn) 5萬t/a甲醇、11萬t/a甲醛、2萬t/a聚甲醛項目建議書實施某褐煤地下氣化煤化工工程的意義可體現(xiàn)在以下幾個方面 :充分開發(fā)利用煤炭資源據(jù)調(diào)查，某礦區(qū)許多呆滯、遺留的各種煤柱，不宜、或不能、或不經(jīng)濟使用傳統(tǒng)的物理采煤法進(jìn)行開采，但可用地下氣化方式加以回收，因此可大大提高煤炭資源的利用率，延長礦井服務(wù)年限。盤活煤礦企業(yè)固定資產(chǎn)存量，開拓新的就業(yè)渠道現(xiàn)有礦井經(jīng)過多年的生產(chǎn)，積累了大量的固定資產(chǎn)，形成了龐大的職工隊伍，但隨著褐煤市場疲軟、產(chǎn)量下降，使礦井固定資產(chǎn)閑臵，人員下崗。煤炭地下氣化可充分利用礦井現(xiàn)有的技術(shù)和物質(zhì)條件建設(shè)地下氣化爐和氣化站。如礦井的供電、供水、道路、房屋等公共設(shè)施，礦井的開拓系統(tǒng)、設(shè)備等都可利用。礦井經(jīng)過多年的開采，地質(zhì)資料清楚，地下水業(yè)已疏干，這些都為地下氣化創(chuàng)造了有利的條件。煤炭地下氣化可大力發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)，創(chuàng)造更多的就業(yè)渠道。提高煤礦企業(yè)經(jīng)濟效益，形成新的經(jīng)濟增長點煤炭地下氣化減少了許多中間環(huán)節(jié)的投資，生產(chǎn)成本又低于天然氣和地面造氣，可贏得更大的利潤。因此煤炭地下氣化技術(shù)的推廣應(yīng)用，將提高煤礦經(jīng)濟效益，形成新的經(jīng)濟增長點，促進(jìn)煤炭工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級換代。保護生態(tài)環(huán)境某自治區(qū)有遼闊、美麗的大草原，國家西部大開發(fā)首先以不破壞環(huán)境為前提。但傳統(tǒng)的井工采煤會造成地面塌陷、矸石外排、地表沙化、大氣和塵土污染等一系列問題。煤矸石自燃排出大量煙塵及SO2、CO、H2S等有害氣體，嚴(yán)重污染大氣環(huán)境。煤炭的洗選、運輸、貯存和加工利用也給環(huán)境造成較大的污染，如污水、煤塵及有害氣體的排放。而煤炭地下氣化燃燒的灰渣存在井下，大大減小地表塌陷量，無固體物質(zhì)排放，因此煤炭地下氣化減少了對地表環(huán)境的破壞。地下氣化產(chǎn)出的煤氣可以集中凈化，脫除其中焦油、硫和粉塵等有害物質(zhì)，并且采用分離或吸收技術(shù)將CO2分離出來集中貯存或回填到氣化空間里，從而得到潔凈煤氣。因此煤炭地下氣化技術(shù)在提高了煤炭資源利8褐煤地下氣化生產(chǎn) 5萬t/a甲醇、11萬t/a甲醛、2萬t/a聚甲醛項目建議書用水平的同時，將環(huán)境保護的重點放在源頭，而非末端治理，是一項符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的環(huán)境友好的綠色技術(shù)，有利于草原環(huán)境的保護，符合國家西部大開發(fā)的戰(zhàn)略。江澤民總書記曾題詞：“中國礦業(yè)大學(xué)煤炭地下氣化試驗，從煤炭資源的充分利用以及經(jīng)濟效益來講值得進(jìn)一步研究”。著名科學(xué)家錢學(xué)森來信祝賀說：“煤炭地下氣化的試驗成功，無疑是煤炭工業(yè)的巨大革命”。隨著煤炭地下氣化技術(shù)的實施及科研成果的推廣應(yīng)用，一個以煤炭地下氣化為“龍頭”的大型煤、電、化工聯(lián)合企業(yè)將展現(xiàn)在世人面前。三、項目的技術(shù)基礎(chǔ)(技術(shù)來源、技術(shù)水平、技術(shù)特點等 )煤炭地下氣化就是將處于地下的煤炭進(jìn)行有控制的燃燒，通過對煤的熱作用及化學(xué)作用而產(chǎn)生可燃?xì)怏w的過程。該過程主要是在地下氣化爐的氣化通道中實現(xiàn)的。由進(jìn)氣孔鼓入氣化劑(有效成分是O2和H2O(g))，并在進(jìn)氣側(cè)點燃煤層，氣化劑中的O2遇煤燃燒產(chǎn)生CO2，并釋放大量的反應(yīng)熱，使還原區(qū)煤層處于熾熱狀態(tài)，當(dāng)氣流中O2濃度接近于零時，氧化區(qū)結(jié)束。在還原區(qū)CO2與熾熱的C還原成CO，H2O(g)與熾熱的C還原成CO、H2等，由于還原反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，使煤層和氣流溫度逐漸降低，當(dāng)溫度降低到不能再進(jìn)行還原反應(yīng)時，還原區(qū)結(jié)束。但此時氣流溫度仍然很高，對下流(干餾干燥區(qū))煤層進(jìn)行加熱，釋放出熱解煤氣。經(jīng)過這三個反應(yīng)區(qū)以后，生成了含可燃組分主要是H2、CO、CH4的煤氣，氣化反應(yīng)區(qū)逐漸向出氣口移動，因而保持了氣化反應(yīng)過程的不斷進(jìn)行。由此可見可燃?xì)怏w的產(chǎn)生主要來源于三個方面：即水蒸汽的分解， CO2的還原和煤的熱解，這三個方面作用的程度， 正比于反應(yīng)區(qū)溫度和反應(yīng)比表面積，同時也決定了出口煤氣組分和熱值，如圖 3.1所示。固體的煤及其干餾產(chǎn)物在氣化劑（空氣、 氧氣、水蒸汽等）作用下，9褐煤地下氣化生產(chǎn) 5萬t/a甲醇、11萬t/a甲醛、2萬t/a聚甲醛項目建議書進(jìn)氣孔 輔助孔排氣孔灰渣氣化通道 氣化煤層C+O2CO2+QCO2+C2CO—Q煤CH4C+1/2O2CO+QH2O+CH2+CO—Q氣流通道+H2CO+1/2O2CO2+QCO+H2OH2+CO2+Q+H2OC+2H2CH4+Q+,,10褐煤地下氣化生產(chǎn) 5萬t/a甲醇、11萬t/a甲醛、2萬t/a聚甲醛項目建議書氧化區(qū)還原區(qū)干餾干燥區(qū)圖3.1 煤炭地下氣化原理轉(zhuǎn)化為煤氣的過程是一個復(fù)雜的多相反應(yīng)過程。為了使被氣化的燃料的熱能最大限度地轉(zhuǎn)入煤氣之中，必須以物理化學(xué)的基本原理分析氣化過程，選擇適宜的條件，促進(jìn)或抑制某些反應(yīng)的進(jìn)行，在各反應(yīng)步驟中加入或移出熱量。在氣化過程中進(jìn)行的主要反應(yīng)有：碳的氧化反應(yīng)：C+O2＝CＯ２＋393.8KJ/mol二氧化碳還原反應(yīng)： CO2+C=2CO－162.4KJ/mol水蒸汽分解反應(yīng)： C+H2O（g）=CO+H2－131.5KJ/molC+2H 2O（g）=CO2+2H－90.0KJ/mol加氫反應(yīng)：C+2H=CH4+74.9KJ/mol甲烷化反應(yīng)：CO+3H2=CH4+H2O+20.6KJ/mol由于制氣方式的不同，煤氣中的組分和煤氣的熱值也不同，根據(jù)煤氣中組分和熱值的不同，其用途主要是作為城市煤氣、工業(yè)燃料氣、化工原料氣、還原氣等。作為城市煤氣，氫氣、甲烷氣的含量高、熱值要求高；用作工業(yè)燃?xì)獾拿簹庖话銥榈蜔嶂得簹?，其發(fā)熱量在5.02MJ/m3左右，煤氣的有效成分為CH4、CO和H2，其生產(chǎn)工藝主要為鼓風(fēng)煤氣和半水煤氣；作為化工原料氣，要求煤氣中CO和H2含量高，其生產(chǎn)工藝主要采用富氧水蒸氣連續(xù)氣化及兩階段氣化工藝。地下氣化的物質(zhì)基礎(chǔ)是地下氣化爐，組成地下氣化爐的四個要素是進(jìn)氣孔(通道)、排氣孔(通道)、氣化通道和氣流通道。地下氣化爐按施工方法分，可分為有井式和無井式。有井式是指氣化爐的施工都在地下進(jìn)行，進(jìn)、排氣孔是井筒，氣化通道是人工掘進(jìn)的煤巷。無井11褐煤地下氣化生產(chǎn) 5萬t/a甲醇、11萬t/a甲醛、2萬t/a聚甲醛項目建議書式則是所有建爐工作都在地面進(jìn)行，進(jìn)、排氣孔由地面打鉆施工。從煤炭地下氣化實現(xiàn)過程中可以看出，地下氣化過程集建井、采煤、地面氣化三大工藝為一體，拋棄了龐大、笨重的采煤設(shè)備和地面氣化設(shè)備，變傳統(tǒng)的物理采煤為化學(xué)采煤，因而具有安全性好、投資少、效益高、污染少等優(yōu)點，深受世界各國的重視，被譽為第二代采煤方法。早在1979年聯(lián)合國“世界煤炭遠(yuǎn)景會議”上就明確指出，發(fā)展煤炭地下氣化是世界煤炭開采的研究方向之一，是從根本上解決傳統(tǒng)開采方法存在的一系列技術(shù)和環(huán)境問題的重要途徑。鑒于此，世界許多國家相繼投入了大量的人力和物力進(jìn)行試驗研究，取得了豐碩的成果。前蘇聯(lián)是世界上進(jìn)行地下氣化現(xiàn)場試驗最早的國家，也是地下氣化工業(yè)應(yīng)用成功的唯一國家。1932年在頓巴斯建立了世界上第一座有井式氣化站，為探討氣化方法，1932年到1961年間相繼建設(shè)了五座地下氣化站，到60年代未已建站12座。統(tǒng)計到1965年,共燒掉1500萬噸煤,生產(chǎn)300億立方米低熱值煤氣，所生產(chǎn)的煤氣用于發(fā)電或工業(yè)鍋爐燃燒。通過前蘇聯(lián)的工作，有力地證明了煤炭地下氣化具有基本建設(shè)投資省、建站周期短、生產(chǎn)效率高、煤的回收率高、生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)系統(tǒng)簡單且安全，沒有三廢外排、環(huán)境效益好等優(yōu)點。僅“安格林”地下氣化站的經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)就足以說明，詳見表 3.1。表3.1安格林條件規(guī)?；鞠嗤拿旱叵職饣c地下開采的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)對比12褐煤地下氣化生產(chǎn) 5萬t/a甲醇、11萬t/a甲醛、2萬t/a聚甲醛項目建議書項目地下開采地下氣化增減數(shù)升降(%)基建總投資2500萬盧布550萬盧布-1950萬盧降78布每噸煤投資71.4盧布15.7盧布-55.7盧布降78建設(shè)時間2～3年1～2年縮短一年生產(chǎn)成本18～22盧布7.8～8盧-11～14盧降61～布布63生產(chǎn)效率40～45噸/月180噸/月+135噸/月升300人人人資源回收率70～80%90%以上+10%以上安全較差好系統(tǒng)復(fù)雜簡單環(huán)保差好占地面積大小美國地下氣化試驗始于 1946年，七十年代因能源危機，美國組織了29所大學(xué)和研究機構(gòu)，在懷俄明州進(jìn)行大規(guī)模有計劃的試驗 ,進(jìn)行了以富氧水蒸汽為氣化劑的試驗，獲得了管道煤氣和天然氣，并用于發(fā)電和制氨。1987年到1988年的洛基山—1號試驗，獲得了加大爐型、提高生產(chǎn)能力、降低成本、提高煤氣熱值等方面的成果，為煤炭地下氣化技術(shù)走向工業(yè)化道路創(chuàng)造了條件，美國能源部宣稱，一旦再發(fā)生能源危機，美國將廣泛使用該技術(shù)生產(chǎn)中熱值煤氣，以解決國家之急需。英國在中斷 30多年后，于 1949年恢復(fù)試驗。曾進(jìn)行了 U型爐火力、電力和定向鉆進(jìn)等貫通試驗，還進(jìn)行了單爐、盲孔爐等試驗，積累了豐富的資料。英國在有井式盲孔爐研究上取得了較大的成功，曾用有井式盲孔爐組成的復(fù)合爐， 一次氣化20萬噸煤，煤氣直接用于一個5000KW的電廠發(fā)電。英國計劃用地下氣化技術(shù)開采千米以下的深部13褐煤地下氣化生產(chǎn) 5萬t/a甲醇、11萬t/a甲醛、2萬t/a聚甲醛項目建議書煤炭和海下煤炭資源。日本由于煤炭儲量少，而且地層條件又極其惡劣，難以用傳統(tǒng)工藝開采，因此對煤炭地下氣化也十分重視。 1953年先在實驗室進(jìn)行基礎(chǔ)研究，1961年又在自然條件下進(jìn)行現(xiàn)場氣化試驗。在赤平住友礦進(jìn)行了二次規(guī)模較大的試驗。日本進(jìn)行地下氣化試驗的目的在于開發(fā)惡劣條件下的煤炭資源，以補充能源之不足。因此日本地下氣化開發(fā)的重點是已報廢的礦區(qū)，以及遺留的煤柱。整個地下氣化發(fā)展目標(biāo)是建立氣化、電站聯(lián)合企業(yè)。西德和比利時于 1976年10月，簽定了關(guān)于共同開發(fā)煤炭地下氣化技術(shù)的協(xié)定。他們的主要目標(biāo)是 1000米以下深部煤層氣化。西德亞深工業(yè)大學(xué)和比利時林堡大學(xué)，從 1979年起在圖林進(jìn)行了現(xiàn)場試驗，對約870米深的煤層進(jìn)行了高壓氣化，煤氣用于發(fā)電。1988年6個歐共體成員國組成了一個歐洲 UCG工作小組，提出了一個新的發(fā)展計劃建議書， 1998年12月完成了西班牙的 Alcorisa 現(xiàn)場聯(lián)合試驗，計劃在10-15年內(nèi)商業(yè)發(fā)電，并將此技術(shù)及相關(guān)的儀器設(shè)備向中國、印度、東歐等富煤國家出口。1958年到1962年，我國先后在大同、皖南、沈北等許多礦區(qū)進(jìn)行過自然條件下煤炭地下氣化的試驗，取得了一定的成就。 1985年，馬莊礦試驗進(jìn)行了3個月，產(chǎn)氣16萬m3，煤氣平均熱值為4.2MJ/m3，試驗同時暴露出國外普遍采用的無井式空氣連續(xù)氣化工藝的一些缺點：建爐和運行費用高，生產(chǎn)不穩(wěn)定，煤氣熱值低，煤氣成本高。為了克服傳統(tǒng)的地下氣化工藝所存在的缺點，中國礦業(yè)大學(xué)煤炭工業(yè)地下氣化工程研究中心，在總結(jié)國內(nèi)外地下氣化工藝，特別是前3蘇聯(lián)五十年工業(yè)化生產(chǎn)(煤氣日產(chǎn)量可達(dá)到200萬m以上)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，加以改進(jìn)、完善、提高，結(jié)合我們在礦井遺留煤層中氣化的特點，形成了長通道、大斷面、兩階段煤炭地下氣化新工藝 。長通道大斷面是針對氣化爐結(jié)構(gòu)而言，它是有井式氣化爐和無井式氣化爐合為一體的混合氣化爐形式。14褐煤地下氣化生產(chǎn) 5萬t/a甲醇、11萬t/a甲醛、2萬t/a聚甲醛項目建議書兩階段煤炭地下氣化工藝，是一種循環(huán)供給空氣(或純氧、富氧空氣)和水蒸汽的地下氣化方法。每個循環(huán)由兩個階段組成，第一階段為鼓空氣(氧氣)燃燒蓄熱，生產(chǎn)鼓風(fēng)(鼓氧)煤氣的階段，第二階段為鼓水蒸汽、生產(chǎn)熱解煤氣和水煤氣的階段。第一階段在生產(chǎn)鼓風(fēng)煤氣的同時，產(chǎn)生了大量的反應(yīng)熱積累在煤層中，第二階段鼓入蒸汽，水蒸汽經(jīng)過高溫氧化區(qū)被分解，到還原區(qū)后，剩余的水蒸汽進(jìn)一步分解，形成水煤氣，經(jīng)過干餾干燥區(qū)以后，還將產(chǎn)生熱解煤氣，從而得到H2和CO含量較高的煤氣，高含H2煤氣產(chǎn)生的原因主要有以下幾個方面：1）氣化劑為水蒸汽，消除了N2對煤氣組分的影響，使煤氣中有效組分的比例增加。2）水蒸汽不僅在氧化區(qū)被分解，而且在還原區(qū)被進(jìn)一步分解，水蒸汽分解率提高，H2含量提高。3）在整個氣化通道上都能產(chǎn)生干餾煤氣，煤氣中H2含量進(jìn)一步提高。由于水蒸汽分解反應(yīng)的吸熱，使?fàn)t里溫度下降，水蒸汽分解速度減慢，第二階段結(jié)束，又將重新鼓入富氧空氣，提高煤層溫度，進(jìn)入一下循環(huán)。采用長通道、大斷面、兩階段工藝，在多次室內(nèi)模型試驗的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了徐州新河二號井和唐山劉莊煤礦現(xiàn)場試驗。表3.2是模型試驗第二階段水煤氣組分和熱值（空氣—水蒸汽） 。表3.2 模型試驗第二階段水煤氣組分和熱值序煤氣組分%熱值號H2COCH4CO2N2MJ/m3148.024.810.68.87.813.5237.721.413.15.921.912.7340.229.87.44.018.611.8442.010.712.70.933.611.8545.77.015.01.430.912.715褐煤地下氣化生產(chǎn) 5萬t/a甲醇、11萬t/a甲醛、2萬t/a聚甲醛項目建議書國家“八五” 重點科技攻關(guān)項目 ---- 徐州新河二號井煤炭地下氣化半工性試驗，氣化爐建立在露頭煤柱中，氣化通道長度為 168m。試驗于1994年3月點火，先進(jìn)行空氣連續(xù)氣化試驗。鼓風(fēng)煤氣的平均熱值為 5.02MJ/m3,氣體組分為 H2：23.58%,CO:7.78%,CH4:2.91%,3CO2:13.48%,O2:0%,N2:52.25%，日產(chǎn)煤氣量為3.6萬m。煤氣供工業(yè)鍋爐燃燒，效果良好。1994年11月以后，又進(jìn)行了多次兩階段氣化試驗，其試驗結(jié)果見表3.3（空氣—水蒸汽）。表3.3新河二號井水煤氣組分、熱值及產(chǎn)量序煤氣組分%煤氣熱值煤氣流量號H2COCH4CO2N2MJ/m3m3/h158.28.599.2819.634.2112.2219209258.310.314.3213.383.5714.45140085357.111.614.8913.852.5014.70150006462.014.410.1311.072.3013.78165073554.215.710.6515.264.1213011.39.9411.133.5513.57190071760.416.59.5412.520.9513.61155027864.612.49.6511.701.5513.6918503716褐煤地下氣化生產(chǎn) 5萬t/a甲醇、11萬t/a甲醛、2萬t/a聚甲醛項目建議書本項目通過了原煤炭部技術(shù)成果鑒定，鑒定委員會認(rèn)為該項目完成了國家計委攻關(guān)合同中所確定的任務(wù)，經(jīng)科研成果查新表明，其長通道、大斷面、兩階段地下氣化工藝，構(gòu)思新穎，屬國內(nèi)外首創(chuàng)，半工業(yè)試驗達(dá)到了國際先進(jìn)水平。本次試驗基本上解決了煤炭地下氣化長期因煤氣熱值低、成本高、不穩(wěn)定、可控性差而停滯不前的難題，找到了適合我國國情發(fā)展煤炭地下氣化的道路。徐州新河二號井煤炭地下氣化半工性試驗被評為國家 “八五”重點科技攻關(guān)項目重大科技成果 (見附件)。在新河二號井試驗成功的基礎(chǔ)上， 又進(jìn)行了河北唐山煤炭地下氣化工業(yè)性試驗。為了保證鼓風(fēng)煤氣和水煤氣產(chǎn)量的穩(wěn)定， 采用了雙爐交替運行方案。本次試驗于 1996年5月開始首先進(jìn)行了空氣連續(xù)氣化試驗，煤氣供唐山市衛(wèi)生陶瓷廠和劉莊煤礦熱力鍋爐使用， 同時也進(jìn)行了多次兩階段氣化試驗，試驗結(jié)果見表 3.4和表3.5（空氣—水蒸汽）。劉莊礦煤炭氣化生產(chǎn)目前仍在進(jìn)行。 劉莊礦近四年的生產(chǎn)實踐表明新工藝能夠?qū)崿F(xiàn)長期連續(xù)、穩(wěn)定生產(chǎn)。從上述試驗結(jié)果可以看出，長通道、大斷面、兩階段氣化工藝輔以雙爐交替運行方案，可較穩(wěn)定的生產(chǎn)含H2量在50%以上的煤氣，為了進(jìn)一步提高煤氣中H含量，降低N含量，可采用富氧水蒸汽—水22蒸汽兩階段工藝。表3.4劉莊礦試驗鼓風(fēng)組分、熱值和產(chǎn)量煤氣組分%煤氣熱值煤氣產(chǎn)量H2COCH4CO2N2MJ/m3萬m3/d10～2～252～47～2050～4.18～5.0210～202065表3.5劉莊礦試驗水煤氣組分、熱值和產(chǎn)量17褐煤地下氣化生產(chǎn) 5萬t/a甲醇、11萬t/a甲醛、2萬t/a聚甲醛項目建議書序煤氣組分%熱值煤氣流量號H2COCH4CO2N2MJ/m3m3/h140.6628.027.845.5117.9711.881963248.985.0213.6522.619.7412.262315343.5715.6811.026.9222.8111.892287447.1413.3612.3820.486.6412.592263547.1413.3612.3820.486.6412.592263646.6914.4510.2723.555.0411.832345747.739.0915.7326.121.3313.452233847.9416.6312.0418.175.2212.972462953.0124.777.2310.464.5312.7423461052.0011.248.6521.836.2711.452430該煤氣在地面可直接提氫、作民用煤氣或作 CH4裂解處理、CO變換處理后，作為合成二甲醚、氨、甲醇的原料氣。劉莊礦生產(chǎn)目前仍在進(jìn)行?！疤粕绞袆⑶f煤礦煤炭地下氣化工業(yè)性試驗”通過了河北省計委組織的專家鑒定，鑒定委員及與會專家一致認(rèn)為：唐山劉莊煤礦煤炭地下氣化工業(yè)性試驗連續(xù)產(chǎn)氣一年零四個多月，穩(wěn)定供給唐山市衛(wèi)生瓷廠工業(yè)鍋爐使用三個多月；日產(chǎn)煤氣為10～12萬m3，空氣煤氣熱值穩(wěn)定在4.18MJ/m3以上，水煤氣熱值達(dá)到10.47MJ/m3。該項目在實施“長通道、大斷面、兩階段”煤炭地下氣化新工藝時，采用了輔助通道、雙爐交替運行、正反向燃燒氣化，以及壓抽相結(jié)合、邊氣化邊充填、燃空區(qū)探測等保障措施，構(gòu)成了較完備的生產(chǎn)工藝體系，可保證在多變條件下，穩(wěn)定生產(chǎn)煤氣。上述工藝方法和保障措施達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。其創(chuàng)新性和帶動性如下：(1) 實現(xiàn)無人、無設(shè)備、長壁式（ >200m）氣化工作面，生產(chǎn)地18褐煤地下氣化生產(chǎn) 5萬t/a甲醇、11萬t/a甲醛、2萬t/a聚甲醛項目建議書下水煤氣。改變了傳統(tǒng)的煤炭生產(chǎn)和消費方式。因為煤炭氣化是化學(xué)采煤，新工藝還可以盤活老礦井現(xiàn)有的固定資產(chǎn)存量，因此不僅可節(jié)約大量重型設(shè)備的投資，如大型采煤設(shè)備、地面氣化設(shè)備等；還可消除采煤工種的勞動傷亡事故等。由于新工藝氣化通道較長，斷面大能使氣化爐迅速提高爐溫，提高了其蓄熱能力，同時又增加煤氣中干餾氣中CH4的含量，提高了煤氣的熱值，提高了產(chǎn)氣的穩(wěn)定性。通道長、斷面大則降低了風(fēng)阻，減少供風(fēng)電耗，降低了生產(chǎn)成本。氣化爐為多孔爐型，可以推進(jìn)式跟蹤供風(fēng)，減少了氧的無效消耗，提高了供風(fēng)效率，鉆孔具有多功能，彼此可以互換，因此可以根據(jù)具體工況的變化而變化。壓抽結(jié)合防止了煤氣外泄，提高了生產(chǎn)的安全性。正、反向鼓風(fēng)將整個煤層，從下水平正反向反復(fù)氣化至上水平。邊氣化邊充填的措施，使氣化爐上方的地表不被破壞。灰渣和頂?shù)装鍘r石中的金屬氧化物如AL2O3、CaO、MgO、Fe2O3、Fe3O4在長通道的條件中，對水煤氣反應(yīng)，甲烷化反應(yīng)能起到較好的催化作用。利用新工藝中，兩階段產(chǎn)氣工藝，充分利用煤層中的顯熱，生產(chǎn)大量的廉價水煤氣，其熱值大于10.47MJ/m3,H2含量在50%以上,可用于提取純H2,為H2能的應(yīng)用，燃料電池及電動車的發(fā)展，煤的液化、煤化工、IGCC等提供廉價的原料氣，降低這些下游工業(yè)的生產(chǎn)成本，提高其競爭力。地下水煤氣與天然氣相比，其碳?xì)浔戎袣涞暮扛?，見?.6，按熱值計價其生產(chǎn)成本低于天然氣，可作為天然氣的代用品，彌補我國天然氣儲量少的現(xiàn)狀。表3.6 各種能源燃料中的氫碳（ H：C）摩爾比種類 煤 石油 天然氣 徐州水煤氣19褐煤地下氣化生產(chǎn) 5萬t/a甲醇、11萬t/a甲醛、2萬t/a聚甲醛項目建議書H：C（摩爾比）0.86:11.76:13.71:14.76:1煤炭地下氣化技術(shù)，將有害物處理在地下源頭，所以水煤氣的環(huán)保效益十分顯著，是潔凈煤技術(shù)中投資最少，效果最理想的技術(shù)，將燃煤電廠改燒水煤氣，可取消鍋爐的裝煤系統(tǒng)和排碴系統(tǒng)，無須灰渣的占地，并且不產(chǎn)生灰塵。2000年4月30日，山東新汶礦業(yè)集團孫村煤礦緩傾斜煤層地下氣化技術(shù)研究與應(yīng)用試驗正式開始， 經(jīng)過近一個多月的調(diào)試， 目前已進(jìn)入了試驗生產(chǎn)階段。 采用脈動兩階段鼓風(fēng)方案， 煤氣組分和熱值見表3.7。表3.7孫村煤礦試驗脈動兩階段試驗煤氣組分、熱值和產(chǎn)量序煤氣組分%熱值煤氣流號量H2COCH4CO2N2MJ/m3m3/h129.583.203.3814.4448.554.871308227.323.162.9512.2153.464.451319322.293.322.7213.6257.323.841326419.183.783.1221.2051.903.721297547.409.978.5024.49.1010.72680649.389.508.7123.048.4210.67654753.337.7110.8223.664.4811.741093856.229.629.6522.212.3011.901130956.069.429.2220.494.0911.6911431054.799.728.7520.755.2111.421171目前成功地為 1萬戶居民和蒸汽鍋爐連續(xù)提供燃?xì)猓?并進(jìn)行了小型內(nèi)燃機發(fā)電試驗，實現(xiàn)了地下氣化從試驗到應(yīng)用的新突破。 2000年8月，通過山東省科技廳的鑒定。20褐煤地下氣化生產(chǎn) 5萬t/a甲醇、11萬t/a甲醛、2萬t/a聚甲醛項目建議書另外，山東肥城曹莊煤礦復(fù)式爐地下氣化試驗工程 (緩傾斜、高硫、雙層薄煤層)也于2001年9月1日點火成功，9月3日生產(chǎn)出合格的煤氣，煤氣熱值在4.18～5.86MJ/m3之間，單爐日產(chǎn)量約3.5萬3m，目前已成功地供居民使用。山西昔陽無煙煤地下氣化年產(chǎn)6萬噸合成氨示范工程于10月21日點火（煤層厚度6m，緩傾斜），目前進(jìn)入調(diào)試階段?？諝饷簹猱a(chǎn)量33之間，煤氣供低熱值達(dá)到12萬m/日，煤氣熱值在3.35～5.02MJ/m鍋爐燃燒，產(chǎn)汽量為4噸/小時。從上述試驗結(jié)果可以看出，長通道、大斷面氣化工藝可獲得含H2量在45%以上的煤氣，該煤氣不僅可作為燃?xì)庵苯用裼煤桶l(fā)電，而且還可用于合成甲醇、二甲醚、聚甲醛等的原料氣或提取純氫。為了進(jìn)一步提高煤氣中CO含量，降低N2含量，可采用富氧—水蒸汽一階段工藝和富氧—水蒸汽兩階段工藝。綜上所述,“長通道、大斷面”煤炭地下氣化工藝在我國已完成了半工業(yè)性試驗、工業(yè)性試驗及工業(yè)化生產(chǎn),具備了推廣應(yīng)用和技術(shù)基礎(chǔ)。已獲得三項國家發(fā)明專利(礦井長通道大斷面煤炭地下氣化工藝，專利號:ZL94111480.5，國際專利主分類號:E21B43/295；兩階段煤炭地下氣化工藝，專利號:ZL951033446.4，國際專利主分類號:E21B43/295；推進(jìn)供風(fēng)式煤炭地下氣化爐，專利號:ZL95111055.1，國際專利主分類號:E21B43/295。)。中國礦業(yè)大學(xué)（北京校區(qū)）經(jīng)過 15年的研究，使 UCG技術(shù)日臻成熟，目前用于礦井中報廢煤炭資源的回收和淺部煤炭資源的開發(fā)，在技術(shù)上是可行的。美、英、法、德、荷蘭、波蘭等外國專家，曾多次去劉莊現(xiàn)場考察，并給予了充分肯定和高度評價。2002年8月24日至27日，中國礦業(yè)大學(xué)（北京校區(qū)）煤炭地下氣化工程研究中心對某三礦西二采區(qū)褐煤，采用富氧-水蒸汽連續(xù)氣化工藝，進(jìn)行了生產(chǎn)合成氣的地下氣化模型試驗，試驗結(jié)果見表3.8。表3.8 某褐煤富氧-水蒸汽氣化煤氣組分、熱值和產(chǎn)率21褐煤地下氣化生產(chǎn) 5萬t/a甲醇、11萬t/a甲醛、2萬t/a聚甲醛項目建議書煤氣組分%煤氣熱值煤氣產(chǎn)率H2COCH4CO2N2MJ/m3m3/t35～515～3～520～2～66.8～9.81200～25301800該煤氣在地面脫碳處理后，則可作為合成甲醇的原料氣。四、產(chǎn)業(yè)化示范內(nèi)容、規(guī)模、地點、期限建立日產(chǎn)65萬m3合成氣(H2+CO≥60%)的煤炭地下氣化站。建立年產(chǎn)生產(chǎn)5萬t/a甲醇、11萬t/a甲醛、2萬t/a聚甲醛生產(chǎn)裝臵。為此將建設(shè)6個長通道、大斷面地下氣化爐，地下氣化爐建設(shè)在某三礦西二采區(qū)17號煤層中?；S地址選在某礦區(qū)三礦西部，地勢平坦，交通方便，供水供電充裕，有利于煤氣回收后的進(jìn)一步深加工及產(chǎn)品銷售。建設(shè)期限為四年。五、工藝技術(shù)方案氣化工藝及安全技術(shù)方案⑴煤層情況某三礦煤系地層為侏羅系上統(tǒng)扎賚諾爾群伊敏組與大磨拐河組，其主要可采煤層發(fā)育于大磨拐河組。區(qū)內(nèi)賦存可采及局部可采煤層17層。煤層埋藏深度：區(qū)內(nèi)煤層埋藏深度在海拔+640～+180m之°°°。煤層平均間。煤層傾角：煤層傾角在8～30之間，平均傾角15厚度大于4m。⑵儲量17號煤層Ｂ＋Ｃ1019.6萬噸18號煤層Ａ＋Ｂ＋Ｃ989.2萬噸西二采區(qū)17、18煤層儲量合計為2008.8萬噸。⑶煤質(zhì)17號和18號煤層顏色一般為黑褐色，條痕為淺褐色，具弱瀝青22褐煤地下氣化生產(chǎn) 5萬t/a甲醇、11萬t/a甲醛、2萬t/a聚甲醛項目建議書光澤或暗淡光澤，結(jié)構(gòu)為似條帶狀，偶爾可見帶狀或木質(zhì)結(jié)構(gòu)，具塊狀或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)，斷口參差狀，裂隙發(fā)育，硬度在 1～3之間，韌性較強，比重為1.61，容重為1.26，屬暗淡型或半暗型煤。據(jù)本區(qū)煤樣化驗結(jié)果，煤質(zhì)指標(biāo)如下：f水份（W）：2.69～20.08/9.57%灰份（Ag）：7.03～39.77/23.34%，屬中等灰份。揮發(fā)分（Vr）：39.06～53.75/45.30%，屬高揮發(fā)分。粘結(jié)性：1，屬弱粘結(jié)性。g硫（Sq）：0.09～2.20/0.48%，屬低硫。磷（Pg）：0.02～0.149/0.038%，屬低磷。氫（Hr）：4.33～6.06/5.22% 。氮（Nr）：0.92～2.39/1.63% 。腐植酸（Hfm）：2.77～9.87/7.64% 。褐煤臘（EfB）；0.1～2.27，平均0.544，屬低等。碳（Cr）：70.24～76.93%，平均74.15%。含油率（Tf）：5.03～17.12%，平均8.16%，屬中油煤?；胰埸c（T2）：1090°～1400°，平均1358°，屬難熔灰。發(fā)熱量：(QfDT)：15.4～27.7/22.1MJ/kg（QrDT）：27.3～32.0/29.9MJ/kg本區(qū)煤巖鑒定其變質(zhì)階段為0階段。煤種單一，煤化程度低，均屬褐煤。⑷根據(jù)某煤質(zhì)及煤層賦存情況， 將采用具有我國獨立知識產(chǎn)權(quán)的長通道、大斷面、純氧連續(xù)氣化煤炭地下氣化新工藝，能夠?qū)崿F(xiàn)對煤氣產(chǎn)量和質(zhì)量的控制。 本項目采用多爐聯(lián)合運行， 能夠滿足合成甲醇原料氣的要求。3按日產(chǎn)65萬m合成氣的生產(chǎn)規(guī)模計算，選定氣化區(qū)可氣化20年以上，有擴大再生產(chǎn)的資源儲備。⑸煤層頂板巖石為沙質(zhì)泥巖，底板為泥巖和沙質(zhì)泥巖，埋深大密閉性好，現(xiàn)有采區(qū)與氣化區(qū)間距大于500m，采取一定的密閉措施后，23褐煤地下氣化生產(chǎn) 5萬t/a甲醇、11萬t/a甲醛、2萬t/a聚甲醛項目建議書不會產(chǎn)生氣化區(qū)氣體向周圍采區(qū)擴散的現(xiàn)象，在安全上是可靠的。甲醇生產(chǎn)工藝技術(shù)方案甲醇合成是將造氣至凈化工藝制得的主要含 CO、CO2和H2的新鮮氣，在加壓和一定溫度下合成反應(yīng)生成粗甲醇。新鮮氣主要成份是 CO、CO2和H2，且根據(jù)化學(xué)計量要求及考慮到反應(yīng)速率，(H2-CO2)與(CO+CO2)的摩爾比一般在 2.05～2.15范圍內(nèi)。由凈化工序得到的新鮮氣在合成工藝上如不能充分利用制取甲醇，不論物料或是能量都是很大損失，所以甲醇合成工藝是甲醇生成的關(guān)鍵工藝。在多種甲醇合成工藝中主要有以下三種：⑴高壓法，應(yīng)用鋅鉻催化劑的高壓合成工藝，在壓力為30MPa，溫度為360～400℃下操作。此法特點是技術(shù)成熟，但投資及生產(chǎn)成本較高；⑵低壓法，應(yīng)用銅基催化劑的低壓合成工藝，在壓力 4～5MPa，溫度為200～300℃下操作。其代表性工藝有 I.C.I 低壓法和Lurgi低壓法。I.C.I 低壓甲醇法采用 51-1型銅基催化劑，合成壓力5MPa。該法合成塔結(jié)構(gòu)簡單，但設(shè)備龐大，單程轉(zhuǎn)化率較低，且有副反應(yīng)。Lurgi 低壓法主要特點是采用管束式合成塔，其合成甲醇投資和操作費用低，操作方便，單程氣體轉(zhuǎn)化率較高，但合成塔結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，裝卸催化劑不太方便；⑶中壓法是在低壓法研究基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它能更有效地降低建廠費用和甲醇生成成本，但是催化劑制造成本昂貴，催化劑使用壽命降低。根據(jù)以上甲醇合成工藝的難易程度， 操作便利以及投資和成本低的因素，選擇Lurgi 低壓法工藝合成甲醇。 該工藝比I.C.I 法空時產(chǎn)率高１倍左右，使生產(chǎn)費用大為減少，熱能充分利用。 Lurgi 法的循環(huán)氣與新鮮氣的比例低，不僅減少動力消耗，而且縮小了設(shè)備與管線、管件的尺寸，可節(jié)省設(shè)備費用。Lurgi 低壓甲醇合成流程：24褐煤地下氣化生產(chǎn) 5萬t/a甲醇、11萬t/a甲醛、2萬t/a聚甲醛項目建議書合成工藝流程:由脫碳工藝來的4.86MPa、40℃的高氫氣體與循環(huán)氣混合，進(jìn)入壓縮機加壓到5.14MPa，溫度48℃，經(jīng)換熱器預(yù)熱到225℃，進(jìn)入甲醇合成塔的列管中，在5MPa、240～260℃溫度下，在銅基催化劑的作用下，CO、CO2和H2部分轉(zhuǎn)化成甲醇。合成塔的結(jié)構(gòu)是一個副產(chǎn)蒸汽的管式反應(yīng)器，管內(nèi)裝催化劑，管外為沸騰水。甲醇合成反應(yīng)放出的熱很快被沸騰水移走。合成塔殼程的鍋爐給水是自然循環(huán)的，這樣通過控制沸騰水上的蒸汽壓力，可以保持恒定的反應(yīng)溫度，變化0.1MPa相當(dāng)于1.5℃。4.93MPa、255℃的出塔氣體與進(jìn)塔氣換熱后溫度降到91.5℃，經(jīng)鍋爐給水換熱器冷卻到60℃，再經(jīng)水冷卻器冷卻到40℃，在4.82MPa壓力下進(jìn)入甲醇分離器，分離器出來的氣體大部分回到壓縮機入口，少部分排放送輔助鍋爐作燃料，液體粗甲醇則送精餾工段。Lurgi 低壓法合成甲醇的主要特點是采用管束式合成塔。這種合成塔溫度易于控制，同時，由于換熱方式好，催化劑層溫度分布均勻，可以防止銅催化劑過熱，對催化劑壽命有利，且副反應(yīng)大大減少，允許含CO高的新鮮氣進(jìn)入合成系統(tǒng)，因而單程氣體轉(zhuǎn)化率較高，反應(yīng)器出口甲醇含量７％左右，循環(huán)氣量較少，其結(jié)果是設(shè)備、管道尺寸小，動力消耗低。合成塔不需要開工爐，開工簡便。在 Lurgi 系統(tǒng)中即使循環(huán)機發(fā)生故障， 系統(tǒng)的升溫同樣是允許的， 只要將蒸汽通過一個噴射泵加入到合成塔的水側(cè)， 保持合成塔的溫度。合成塔可以副產(chǎn)中壓蒸汽。流程中的設(shè)備和管線的材料都經(jīng)過仔細(xì)選擇， 反應(yīng)器材料不含鐵，換熱器的列管是不銹鋼的，以防止合成氣中達(dá)到露點的 CO2腐蝕；另一方面是防止氣體的110～130℃范圍內(nèi)與鐵形成羰基鐵，高于此溫度又分解，使催化劑活性下降，并使生成高級烴的反應(yīng)加劇。系統(tǒng)的管道由合成塔出口管一直到粗甲醇分離器均采用不銹鋼。 從分離器出口到合成塔入口的管道均采用低合金鋼管， 防止氫腐蝕。低合金鋼內(nèi)主要含Cr和Mo。由于Lurgi法粗甲醇質(zhì)量高，所以大約由70%直接用于甲醇生產(chǎn)而不經(jīng)過蒸餾。甲醛生產(chǎn)工藝技術(shù)方案25褐煤地下氣化生產(chǎn) 5萬t/a甲醇、11萬t/a甲醛、2萬t/a聚甲醛項目建議書目前，世界上主要的甲醛工藝技術(shù)路線有甲醇空氣氧化法和二甲醚催化氧化法，其中甲醇空氣氧化法又分為“銀法”和“鐵鉬法”兩種?！拌F鉬法”是以鐵—鉬作為催化劑，甲醇氧化法制甲醛，即在甲醇—空氣混合物的爆炸范圍下限以外，在空氣過量的條件下操作，反應(yīng)在270～400℃和常壓下進(jìn)行。反應(yīng)溫度低，副反應(yīng)減少，選擇性增高，甲醇轉(zhuǎn)化率高，年耗低。但設(shè)備體積大,投資較大,回收蒸汽少，尾氣利用價值低，國內(nèi)生產(chǎn)的鐵鉬催化劑尚不能滿足要求，需進(jìn)口，故本工程不考慮采用“鐵鉬法”工藝。“銀法”是用銀作為催化劑，甲醇空氣氧化脫氫制甲醛， 反應(yīng)發(fā)生在甲醇爆炸范圍上限之上，亦稱認(rèn)為“過量甲醇工藝”，即在甲醇過量的條件下操作，反應(yīng)約在600～720℃和常壓下進(jìn)行。雖然轉(zhuǎn)化率較低，甲醇單耗高，但回收蒸汽多，尾氣熱值高，熱量利用合理，設(shè)備體積小，投資省，運行費用低。并且銀催化劑可再生，損耗小，國內(nèi)有合格的銀催化劑及其再生裝臵。經(jīng)過幾十年的不斷研究，革新改造，我國的“銀法”生產(chǎn)甲醛技術(shù)已很成熟，自動化水平有了很大提高，被國內(nèi)企業(yè)廣泛選用，產(chǎn)品能達(dá)到合成聚甲醛產(chǎn)品的要求，故本工程選用銀法生產(chǎn)甲醛。4．聚甲醛生產(chǎn)工藝技術(shù)方案采用褐煤地下氣化制取合成氣合成甲醇，再制取二甲醛。聚甲醛生產(chǎn)工藝有均聚和共聚兩種，本項目采用均聚工藝，均聚甲醛工藝是用高濃度甲醛溶液與2--基醇反應(yīng)生成半縮醛，經(jīng)提純后將半縮醛加熱裂分，制得高純甲醛氣體，經(jīng)聚合，加醋酐進(jìn)行酯化封端，制得均聚甲醛粉料，再加添加劑造粒成為聚甲醛產(chǎn)品。工藝流程見圖 3。5萬t/a甲醛11萬t/ajwqr褐煤地煤氣凈化處理得合成氣下氣化Lurgi低壓法合成26447Nm3/h11萬t/a甲醛5萬t/a甲醇26褐煤地下氣化生產(chǎn) 5萬t/a甲醇、11萬t/a甲醛、2萬t/a聚甲醛項目建議書回收H28564Nm3/h 2萬t/a聚甲醛圖5.1 聚甲醛生產(chǎn)工藝流程主要產(chǎn)品: ⑴生產(chǎn)5萬t/a 甲醛 ⑵2萬t/a 聚甲醛化工廠地址選在某礦區(qū)三礦西部，地勢平坦，交通方便，供水供電充裕，有利于煤氣回收后的進(jìn)一步深加工及產(chǎn)品銷售。六、項目承擔(dān)單位和項目負(fù)責(zé)人的基本情況、 項目法人所有制性質(zhì)及項目組織方式某煤業(yè)公司始建于一九七○年， 原為中央直屬企業(yè)，一九九八年下放某自治區(qū)管理。企業(yè)規(guī)模為國有大型二檔，資信等級為 AA。下屬子（分）公司22個，是融煤炭生產(chǎn)、基建施工、工程設(shè)計、公路運輸、地質(zhì)勘探、機械維修、多種經(jīng)營為一身的經(jīng)濟實體。主業(yè)煤炭生產(chǎn)，現(xiàn)有三個生產(chǎn)礦，設(shè)計生產(chǎn)能力為 345萬噸/年，實際生產(chǎn)能力達(dá)380萬噸/年。在建礦井一座，設(shè)計生產(chǎn)能力為300萬噸/年。二○○一年資產(chǎn)總額92，037萬元，負(fù)債總額44，900萬元，資產(chǎn)負(fù)債率48.78%。某煤業(yè)公司于一九九○年被自治區(qū)黨委、政府授予“文明企業(yè)”稱號。一九九○年被原東煤公司命名為“質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化礦務(wù)局”，一九九一年被原能源部命名為“現(xiàn)代化礦務(wù)局”一九九一年率先在全國建成了第一座“高產(chǎn)高效礦井”，連續(xù)多年被中煤企協(xié)評為“科技進(jìn)步27褐煤地下氣化生產(chǎn) 5萬t/a甲醇、11萬t/a甲醛、2萬t/a聚甲醛項目建議書十佳企業(yè)”，是中國煤炭工業(yè)管理協(xié)會授予的國家二級企業(yè)。一九九二年八月十一日，李鵬總理批示：“要在全國煤炭系統(tǒng)宣傳、推廣某的管理經(jīng)驗”。公司現(xiàn)有在職員工17，171人。管理人員占全體人員的15.44%，學(xué)歷全部達(dá)到大專以上程度。碩士5人，在讀碩士研究生85人。管理人員中高級職稱占5.84%，中級職稱占34.95%，工程技術(shù)人員占26.40%，專業(yè)管理人員占14.52%。工人隊伍中，專業(yè)技術(shù)工人占12.38%，其中高級技師占專業(yè)技術(shù)工人的 0.61%，技師占21.02%，高級工占31.59%。公司有多年的井工礦井開采歷史，積累了豐富的管理經(jīng)驗，形成了一套成熟的管理經(jīng)驗。從井下到地面全部實行標(biāo)準(zhǔn)化管理，公司被命名為“質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化礦務(wù)局”和“現(xiàn)代化礦務(wù)局”，兩個主力生產(chǎn)礦榮獲國家“特級質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化礦井”稱號，并多年保持至今。公司所屬的建筑安裝工程公司通過ISO9002國際質(zhì)量認(rèn)證體系的認(rèn)證。企業(yè)(項目)法人（總經(jīng)理）：國漢斌，大學(xué)畢業(yè)，在讀研究生，高級會計師，具有較強的管理大型企業(yè)的能力。企業(yè)性質(zhì)是國有控股企業(yè)。七、投資估算、資金籌措經(jīng)濟效益初步分析1.項目總投資88768.83萬元其中:基本建設(shè)投資82388.37萬元，⑴固定資產(chǎn)費用：58647.58萬元；⑵無形資產(chǎn)費用：13285.80萬元⑶遞延資產(chǎn)費用：4081.42萬元⑷工程預(yù)備費用：6373.58萬元2.項目投資用以下方式籌集。申請國家投入資本金31070萬元，占投資的35%；申請國家或地方政府高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化補貼8877萬元，占投資的10%；企業(yè)自籌22192萬元，占投資的25%；其余的2663