第二章 矿产勘查的基本理论和准则.ppt

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河南理工大学《采煤概论》精品课程
第22章煤炭地下气化
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本章主要内容
第22章煤炭地下气化
第一节煤炭地下气化原理
第二节煤炭地下气化方法及生产工艺系统
第三节煤炭地下气化的适用条件及发展方向
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第一节煤炭地下气化原理
煤炭地下气化是开采煤炭的一种新工艺。其特点是将埋藏在地下的煤炭直接变为煤气,通过管道把煤气供给工厂、电厂等各类用户,使现有矿井的地下作业改为采气作业。煤炭地下气化的实质是将传统的物理开采方法变为化学开采方法。
煤炭地下气化因具有安全、高效、低污染等优点,所以世界各国对此都非常重视。我国于1958年在几个矿区曾进行过地下气化的实验,最近又在马庄矿、新河矿进行了试验,取得了一些经验。
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第一节煤炭地下气化原理
煤炭地下气化的原理(如图)。首先从地表沿煤层开掘两条倾斜的巷道1和2,然后在煤层中靠下部用一条水平巷道将两条倾斜巷道连接起来,被巷道所包围的整个煤体,就是将要气化的区域,称之为气化盘区,或称地下发生炉。
最初,在水平巷道中用可燃物质将煤引燃,并在该巷形成燃煤工作面。这时从鼓风巷道1吹入空气,在燃烧工作面与煤产生一系列的化学反应后,生成的煤气从另一条倾斜的巷道即排气巷道2排出地面。随着煤层的燃烧,燃烧工作面逐渐向上移动,而工作面下方的采空区被烧剩的煤灰和顶板垮落的岩石所充填,但塌落的顶板岩石通常不会完全堵死通道而仍会保留一个不大的空间供气流通过,只需利用鼓风机的风压就可使气流顺利通过通道。
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第一节煤炭地下气化原理
煤炭地下气化原理
1——鼓风巷道;2——排气巷道;3——灰渣;4——燃烧工作面;
I——氧化带;II——还原带;III,IV——干馏-干燥带
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第一节煤炭地下气化原理
这种有气流通过的气化工作面被称为气化通道,整个气化通道因反应温度不同,一般分为气化带、还原带和干馏-干燥带三个带。

在气化通道的起始段长度内,煤中的碳和氢与空气中的氧化合燃烧,生成二氧化碳和水蒸气:C+O2→CO2;2H2+O2→2H2O。在化学反应过程中同时产生大量热能,温度达1200℃到l 400℃,致使附近煤层炽热。
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第一节煤炭地下气化原理

气流沿气化通道继续向前流动,当气流中的氧已基本耗尽而温度仍在800~l 000℃以上时,二氧化碳与赤热的煤相遇,吸热并还原为一氧化碳CO2+C→2CO。同时空气中的水蒸气与煤里的碳起反应,生成一氧化碳和氢气以及少量的烷族气体:4C+3H2O→CH4+3CO+ H2,这就是还原区。
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第一节煤炭地下气化原理
-干燥带
在还原反应过程中,要吸收一部分热量,因此气流的温度就要逐渐降低到700~400℃,以致还原作用停止。此时燃烧中的碳就不再进行氧化,而只进行干馏,放出许多挥发性的混合气体,有氢气、瓦斯和其他碳氢化合物。这段称为干燥带的干馏部分。
在干馏之后是脱水干燥。混合气体此时仍有很高的温度可气化其中的水分,混合气体干燥后,最后可得到:CO2,CO,O2,H2,CH4,H2S和N2的混合气体,其中CO,H2,CH4等是可燃气体,它们的混合物就是煤气。
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第一节煤炭地下气化原理
国家
地点
气化剂
出口煤气主要成分/%
热值
CH4
H2
CO
CO2
N2
O2
kJ/m3
前苏联
安格兰
空气
~
~
~
~20
~58
~
3192~3570
前苏联
莫斯科近郊
富氧65%







美国
佳怀明北
空气

20
10
16
50
——
3780~5460
中国
头山矿
空气
~
~
~
~
~65
~
3251~5515
中国
马庄矿
空气
~
10~20
10~25
20~35
40~60
~
4200~5250
中国
实验室
空气+水蒸气
~
~
~
~
~
0~
4943~8583
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