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主人公刘欣的矿工父亲因矽肺病去世。多年后，刘欣试图依靠自己掌握的气化煤技术，通过煤层的可控燃烧，将煤转化为可燃气体，使风险很大的煤矿开采变得安全、便捷。由于刘欣及其合作者在地质资料不完整的情况下贸然开展试验，试验煤层的燃烧脱离了控制，通过窄煤层带，燃烧延伸至大煤层、导致了一场整整燃烧了十八年，人民流离失所的大火。深感自己罪孽深重的刘欣，穿上父亲遗留下的工作服，走向熊熊燃烧的矿井，以死赎罪。** 一百二十年后，在一个初中生的笔记当中，煤炭在印象当中就是气相的，“哪里有什么固体的煤炭”。煤气化技术成功应用了，中微子传感器和引力波雷达控制着精确的地下煤层燃烧场，这是用无数人的生命换来的进步。** 以上是小说《地火》的大概内容，《地火》是刘慈欣在2000年发表的短篇科幻小说，在小编眼中，这算是一篇可以代入到现实的科幻小说。就像小说中描述的那样，可能也会让你感到意外，地下煤气化技术并不是一个存在于想象中的技术，因此这期我们就来简单了解一下这个技术的起源和进展。**
地下煤气化技术原理图煤炭地下气化（Underground Coal Gasification，简称UCG）是采用化学开采方法将煤炭在地下原位直接进行燃烧气化产生可燃气体（主要是H2、CO、CH4），是一种高碳资源低碳化开发清洁能源新技术。它将建井、采煤、气化三大工艺合而为一，将物理采煤转化为化学采气，省去了庞大、笨重的采煤设备和繁重的人工体力劳动。**
地下煤气化技术流程图在100多年前，1868年德国科学家威廉·西蒙在给化学学会的报告中，提到“不是将煤输送到位于钢炉附近的煤气发生炉，而是将这些煤气发生炉放置在煤矿中以燃烧松散的煤，产生的气体将通过管道系统输送到煤气炉”，这就是地下煤气化技术设想的起源。** 1913年，英国化学家威廉·拉姆齐首次设计了利用气化炉法生产燃料气体的实验。但是由于第一次世界大战的爆发，拉姆齐直到去世都未能开始他的试验。** 1933年，苏联在莫斯科的Krutova 矿区进行了第一次UCG 试验。将一块10 m×10 m 的煤区从煤层中隔离出来，一边注入空气，另一边输出合成气，由于煤层的非均质性，火焰传播方向难以控制。上世纪50 年代，美国和西欧也都进行了煤地下气化的科学研究，但由于一些技术上的瓶颈，到上世纪50 年代末都停止了试验。上世纪60~90 年代，尽管地下煤气化的相关研究步入低谷，但世界各国仍有一些机构进行研究。**
直井钻井式煤炭地下气化工艺图直到近十年来由于环保意识的增强，地下煤气化研究重新引起了世界各国的关注。截止到2012 年，前苏联地区有超过250 套地下煤气化中试装置，而美国的数量为50 套左右，此外，在南非、中国、澳大利亚、加拿大、新西兰和西欧等地区也分布着50多套地下煤气化中试装置。** 我国也对煤地下气化技术进行了大量的科学研究。自上世纪50 年代以来，我国先后在大同、皖南、沈北、黑龙江伊兰煤矿、新密煤田下庄河煤矿等许多矿区进行了自然条件下煤炭地下气化的试验。**
国内外UCG 工程试验阶段现代煤炭地下气化技术开发模式，从钻孔式开发，到直井式开发，再到U 型水平井、楔形水平井和多分支井开发模式，开发方法越来越精细。当然，想法的是很美好的，但要实现起来却是困难重重。UCG 工程面临产气稳定性差、存在环保问题、全生命周期运行成本高等风险，所以现在的示范装置都是中试装置，还没有能够达到商业运行的程度。**
煤炭地下气化技术开发模式的对比表就像《地火》的刘欣一样，无数前赴后继的科研工作者，他们并不引人关注，他们所做的研究也可能是冷门的，你从未听过的，他们在这世界不知名的角落默默地付出，成为推动着世界进步的齿轮。** 当然，并不是所有设想都能成为现实，或许只有0.1%的成功率，但这并不意味着另外99.9%是徒劳，相反，是这99.9%的努力才堆起这0.1%的成功。**
“我们不必留恋所谓过去的好时光，那个时候生活充满艰难、危险和迷惘。我们也不必为今天的时代过分祖丧，因为今天也总有一天会被人们称作是过去的好时光。”** ——刘慈欣《地火》**
参考文献：[1]韦波,李鑫,田继军,弓小平,王文峰,贾超,张紫昭,侯孟芮.国内外煤炭地下气化试验及其对新疆煤炭地下气化的启示[J].煤炭科技,2022,43(04):27-35.DOI:10.19896/j.cnki.mtkj.2022.04.004.** 注：文章首发公众号“化工研学社”，欢迎关注，也欢迎化工行业科研人员投稿最新成果！**
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发表于 2022-11-28 15:30:29
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