榆林拥有丰富的深部及遗弃残留煤炭资源。在国家推动碳达峰碳中和及绿色低碳发展的背景下,传统开采方式面临挑战。为加快这些煤炭资源的清洁高效利用,培育新生产力,保障榆林经济可持续发展,市决咨委工业能化组经调研论证,提出开展煤炭地下气化先导性试验,作为破解当前难题的关键手段。
煤炭地下气化技术现状
煤炭地下气化(UCG)是指通过一定的工艺技术,将地层中的煤炭在原位进行有控制的燃烧,使其在热化学作用下产生可燃烧气体(包括CH4、H2、CO等)的过程。地下气化生产的粗煤气,不仅可作为燃气直接民用和发电,而且还可以用于提取纯氢或作为合成油、二甲醚、氨、甲醇的原料气,可大大提高煤炭资源的利用率。
自1868年德国化学家威廉·西蒙创造性地提出“煤炭地下气化技术”的设想以来,煤炭地下气化技术经过150多年的研究和持续发展,取得了长足的进步。20世纪30年代开始,前苏联、美国、比利时、德国、英国以及澳大利亚等国家相继开展煤炭地下气化制气、制氢、与发电融合等不同目的的现场试验,并持续将煤炭地下气化向中深层推进。
我国煤炭地下气化技术起步晚,近年发展较快。我国煤炭地下气化研究始于1958年,主要针对煤矿巷道中残留煤的气化,先后在鹤岗、大同和抚顺等16个矿区进行了巷道式煤炭地下气化试验。上世纪80年代至今,开始对无钻井式、有矿井式地下气化进行深入研究,在江苏徐州新河二号井、河北唐山刘庄煤矿和山东新汶孙村煤矿、内蒙古乌兰察布、贵州盘江煤矿、新疆等地成功实施,技术逐步成熟并迈向产业化示范工程阶段,制取的气体达到发电或生活用气的标准,经济效益和社会效益较为显著。 2024年1月,由新疆亚新煤层气投资开发(集团)有限责任公司承担的新疆维吾尔自治区重大科技专项《新疆难开采煤炭煤层气资源高效开发技术》成功点火,国内首次实现了地下千米煤层的原位气化,这一成果标志着我国在能源领域的又一次重要突破,也预示着深部煤层资源的开发利用将开启全新篇章。
我国党和政府高度重视煤炭地下气化技术的发展,致力于构建“清洁、低碳、安全、高效”的现代能源体系。为加强煤炭高效清洁利用,国家相关部委陆续出台了一系列政策。自2007年起,国家发展改革委等部委明确支持煤炭地下气化示范工程建设,推进其产业化发展。2015年,国家能源局印发行动计划,探索适合我国国情的煤炭地下气化发展路线。2016年,煤炭地下气化开采技术被列为煤炭资源安全高效智能开发的战略方向之一。近年来,科技部等九部委进一步强调加强煤炭先进、高效、低碳、智能利用的技术研究。2024年,国家发展改革委等六部委再次发文,提出加快煤制油气战略基地建设,推动煤化工与绿电、绿氢等耦合发展,打造低碳循环的煤炭高效转化产业链。这些政策为煤炭地下气化技术的发展提供了良好的环境和支持。
调研案例
榆林市决咨委工业能化组对六枝化处煤炭地下气化试点示范项目进行了调研,了解到贵州省各级党委、政府对煤炭气化项目高度重视,并在政策和资金方面给予了大力支持。该项目于2023年9月30日点火成功并产生合成气,10月1日成功出气,有效气体组分(CH4+CO+H2)达到76.77%,其中氢气成分约40.7%。 2023年12月,利用合成气试发电成功,初步验证了贵州省复杂地质条件下煤炭地下气化技术产业化的前景。
榆林发展煤炭地下气化的可行性
煤炭地下气化技术引领能源转型与产业升级
氢能是未来国家能源体系的重要组成部分,榆林正在布局千亿级氢能产业集群。已明确规划到2030年形成77万吨/年氢能供应能力,煤炭地下气化发展氢能产业,可充分发挥榆林经济资源和能源资源方面的基础条件优势,能有效补充氢能产业链,推动榆林“西部氢能之都”目标实现。
榆林是国家现代煤化工产业示范区和能源革命创新示范区,全国重要的甲醇和聚氯乙烯等化学品生产基地,煤炭地下气化技术产生的CH4、H2和CO等可燃气体,可以作为煤化工产业的重要原料。同时,也可通过燃烧这些气体来产生电力,实现能源的高效利用。这种多元化的利用方式不仅提高了资源的利用率,也有助于实现产业链的延伸和附加值的提升。
我国实现碳达峰碳中和这一战略目标的形势下,资源开发利用转型势在必行,开展深部煤炭地下气化试验显得尤为重要。这一煤炭清洁高效利用技术的推广应用,可大大减少井工/露天开采对生态环境的破坏,如地表沉陷、植被破坏、水土流失以及二氧化碳的排放等,有利于改善区域环境质量,实现绿色低碳发展。
深层煤地下气化技术的发展是一个持续的技术创新和突破过程。随着这项技术的深入研发和广泛应用,它不仅将推动榆林市在储能、工业和化工等相关领域实现科技进步,更将促进整个产业链的升级转型。通过深层煤炭地下气化技术的引领,榆林市能够进一步巩固其在能源行业的地位,同时为全国范围内的能源行业注入新的科技动力,助力我国实现能源结构的优化和绿色可持续发展。
榆林市经济收入高度依赖于煤炭资源,然而,在当前全球能源转型的大背景下,面临着产业结构调整和转型升级的迫切需求。深层煤炭地下气化技术的崛起,无疑为煤化工产业的转型升级开辟了新的路径。通过积极推动煤化工产业朝着高端化、智能化、绿色化的方向发展,不仅能够提升产品的附加值,还能构建更为多元化的产业结构,从而逐步减少对单一的传统煤炭开采业务的依赖。
榆林可地下气化的煤炭资源丰富
榆林市煤炭资源丰富,现阶段主要开采浅层煤炭资源,但随着浅部资源逐渐枯竭,深部煤炭资源的开发成为必然趋势。据统计,我市石炭一二叠纪煤田以及侏罗纪煤田中深部资源量巨大,约1200亿吨,然而深部煤炭资源由于埋藏深度大、开采难度大,采用传统开采方式成本高昂且效益低下。同时,现阶段采煤工艺条件下,榆林市遗留地下的边角煤、薄煤层和“三下”压煤等“呆滞煤炭”资源较多,为地下气化也提供了丰富的原料。面对这一形势,煤炭地下气化技术为深部煤炭资源和“呆滞煤炭”资源的有效开发提供了新的途径,有助于拓宽煤炭资源的开发领域,实现深部煤炭资源的高效利用,提高榆林资源保障能力。
不断发展和成熟的煤炭地下气化技术可提供技术支撑
我国煤炭地下气化技术正不断进步,成熟度逐渐提高。尤其在钻探技术、材料技术、气体分离技术、监测技术和控制技术等方面表现得更为成熟,工艺稳定性和可靠性正逐步增强,生产成本将进一步降低,使得该技术更加具有经济性和可行性,能够满足我市煤田地下气化的需求。
陕西省煤田地质集团有限公司在神木市大保当镇开展了富油煤地下原位热解先导试验项目技术攻关,提取全球第一桶地下原位热解煤焦油,取得了重大突破,为煤炭地下气化开采提供了可借鉴的经验。
未来的思考
政府应充分认识到煤炭地下气化技术的优势与潜力,成立专门机构来统筹规划此项工作,精心选定煤炭地下气化试验示范工程区块,并依托秦创原创新驱动平台,强化与高校、科研院所及企业之间的产学研深度合作。在推进过程中,要着重做好顶层设计和整体规划,确保该项目被纳入“十五五”规划的重要议程之中。同时,应制定配套的政策措施和支持机制,为项目实施提供有力保障。此外,还应积极争取省、市两级财政的科研专项支持,确保煤炭地下气化试验示范工程的建设与运营得到充足资金保障,从而为榆林市的煤炭产业转型升级和可持续发展增添新动力。