深部煤炭地下气化产气机制及影响因素
刘淑琴1
王炜彬1
刘岳明1
戚川1
杨瑞召1
刘金昌2
畅志兵2
1.中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京 100083;中国矿业大学(北京)内蒙古研究院,内蒙古鄂尔多斯 0170002.中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京 100083
摘要：深部煤炭地下气化(UCG)作为一种极具潜力的原位转化技术,通过将地下煤炭转化为富氢气体(如H2、CH4等),为能源低碳化转型提供了重要途径.随着我国煤炭开采深度的逐年增加,深部煤炭资源的高效开发成为保障能源安全的关键.然而,深部UCG面临高气化压力、高地应力及复杂水文地质条件等挑战,亟需深入探究其产气机制与稳定性控制因素.从深部煤炭地下气化产气反应、气化稳定产气影响因素、燃空腔发育演化及约束机制3个方面综合分析深部UCG产气机制及影响因素,并对未来研究方向进行展望.研究表明:深部UCG的产气过程具有非稳态、非均匀性及热量—质量反向传递特征,其产气反应由煤的热剥落、煤的热解、半焦还原及均相反应共同驱动.高压条件促进产物中CH4的生成而抑制H2的产生;稳定产气过程主要受煤炭性质、煤层赋存特征、气化剂、燃空腔演化和地下水的影响,燃空腔的形成及地下水的侵入是影响深部UCG重要的因素.气化过程中干馏和氧化反应生成的水分以及渗入的地下水会使煤的结构特征发生改变,影响地下气化炉的连续稳定运行.燃空腔空间的动态演化,导致腔内的热量传递、质量传递及动量传递复杂多变,产气稳定性变差;燃空腔的扩展受煤体燃烧速率、氧气流速以及煤体剥落的显著影响,气化剂注入点后退可以约束燃空腔演化过程,多物理场耦合作用显著影响气化反应动力学、燃空腔扩展特征,并最终决定合成气的组分与产量.未来针对深部高压、高地应力特征,仍需系统研究深部高反应气体压力影响下典型多相反应的复杂动力学特征,深入揭示深部煤炭气化稳定产气影响因素及控制机制,以完善深部煤炭地下气化基础理论,为深部UCG工程运行及稳定产气提供理论指导.
关键词：深部煤炭煤炭地下气化(UCG)产气机制燃空腔演化多场耦合
分类号：TD84(矿山开采)
资助基金：鄂尔多斯市科技突围揭榜挂帅重大资助项目(JBGS2024005)中国矿业大学(北京)越崎杰出学者资助项目(2020JCB02)
论文发表日期：2025-08-31
在线出版日期：2025-09-29（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：13( 3707-3719 )
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