劉振宇

（北京化工大學(xué)化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029）

1 煤地下氣化技術(shù)的發(fā)展

煤地下氣化是在地下煤層中構(gòu)建通道或利用已存采煤巷道，在一側(cè)（進(jìn)氣口）輸入含氧氣體[氧氣（O2）或空氣及水（H2O）]與煤進(jìn)行高溫反應(yīng)，在另一側(cè)（產(chǎn)氣口）收集產(chǎn)物氣體的過(guò)程。進(jìn)氣口可以是固定位置，也可以是分階段逐步移動(dòng)，遠(yuǎn)離產(chǎn)氣口，如圖1所示[1]。流行觀點(diǎn)認(rèn)為，煤地下氣化依據(jù)氣體流向順序可分為燃燒區(qū)、氣化區(qū)（還原區(qū)）及熱解干燥區(qū)三個(gè)區(qū)。燃燒區(qū)位于進(jìn)氣口處，主要發(fā)生煤與O2燃燒生成CO2的反應(yīng)，溫度在1000℃以上，往往高于煤灰的熔點(diǎn)；氣化區(qū)位于燃燒區(qū)下游，主要發(fā)生高溫CO2和H2O 與煤（焦）生成CO 和H2（也稱合成氣）的反應(yīng)，明顯的溫度界限不詳，但應(yīng)該在600～1000℃范圍；熱解干燥區(qū)在通道末端，主要發(fā)生煤被高溫合成氣加熱分解（也稱熱解或干餾）生成包括焦油、低碳烴和H2等在內(nèi)的揮發(fā)分的反應(yīng)，還包括利用熱氣體顯熱脫除煤中H2O的過(guò)程。

圖1 地下煤氣化示意圖Fig.1 Schematic diagram of underground coal gasification

據(jù)報(bào)道，德國(guó)人西蒙（西門(mén)子）于1868年提出煤地下氣化概念，俄羅斯人門(mén)捷列夫于1888年提出基本工藝[2]，此后許多國(guó)家進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)室研究和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，一直延續(xù)至今。我國(guó)的煤地下氣化研究可追溯到1958 年，1984 年以后多個(gè)單位進(jìn)行了研發(fā)[3-4]，持續(xù)至今，可能是國(guó)內(nèi)外進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)最多、規(guī)模最大的國(guó)家。表1列舉了常被國(guó)內(nèi)外報(bào)道且信息較全的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)（文獻(xiàn)中的報(bào)道很多，但大都僅有產(chǎn)氣的主要組成和熱值數(shù)據(jù)，缺乏通道結(jié)構(gòu)、單位時(shí)間產(chǎn)氣量等關(guān)鍵信息）。盡管21 世紀(jì)以來(lái)研究者開(kāi)始關(guān)注該技術(shù)涉及的環(huán)境（特別是地下水）污染問(wèn)題[8]，但到目前為止，國(guó)內(nèi)外大部分文獻(xiàn)和報(bào)道認(rèn)為該技術(shù)具有重要應(yīng)用前景及經(jīng)濟(jì)性。

由表1 可以看出，煤地下氣化現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的規(guī)模差異很大，氣化通道長(zhǎng)度在30～200 m 范圍，加上輔助通道，總通道長(zhǎng)度可達(dá)100～400 m。氣化通道斷面在0.4～3.4 m2范圍（不包括在已存巷道內(nèi)進(jìn)行的研究），對(duì)應(yīng)的圓形通道當(dāng)量直徑為0.7～2 m，氣化反應(yīng)面面積（氣化通道壁）為100～1300 m2，單通道粗煤氣產(chǎn)率為2000～4000 m3/h。因粗煤氣含CO2及N2（以空氣為氣化劑）等無(wú)效氣，單通道有效氣的產(chǎn)率均低于1700 m3/h。因此大部分粗煤氣的熱值不高，空氣氣化的粗煤氣熱值小于5 MJ/m3，部分純氧氣化的粗煤氣熱值（含水）可達(dá)13 MJ/m3（是兩階段間歇?dú)饣漠a(chǎn)氣數(shù)據(jù)，不是連續(xù)產(chǎn)氣數(shù)據(jù)）。值得指出，這些數(shù)據(jù)均是短期試驗(yàn)的最優(yōu)值，因隨煤的消耗，通道直徑越來(lái)越大，通道形狀也發(fā)生難以預(yù)料的不規(guī)則變化，其中積累的灰渣也越來(lái)越多，每個(gè)通道的實(shí)際可運(yùn)行時(shí)間和產(chǎn)物的穩(wěn)態(tài)組成不明。

總體而言，我國(guó)煤地下氣化試驗(yàn)的規(guī)模較大，1996 年唐山劉莊兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的氣化通道長(zhǎng)度分別達(dá)110 m 和200 m[9]，但通道長(zhǎng)度與粗煤氣產(chǎn)率和熱值的關(guān)系不明，甚至發(fā)現(xiàn)通道越長(zhǎng)，粗煤氣熱值越低[9]?？諝鈿饣图冄鯕饣拇置簹猱a(chǎn)率差別較大，但有效氣產(chǎn)量接近。唐山劉莊空氣氣化和氧氣氣化的粗煤氣產(chǎn)量分別為4583和2325 m3/h，但二者的有效氣產(chǎn)量分別為1627 和1674 m3/h。2007 年我國(guó)內(nèi)蒙古烏蘭察布和2018 年貴州盤(pán)江的產(chǎn)氣量最大，粗煤氣產(chǎn)率分別為6250 和7500 m3/h，但其通道尺寸、通道個(gè)數(shù)、煤氣熱值及產(chǎn)氣組成不明。

值得指出，歷經(jīng)國(guó)內(nèi)外一百多年研發(fā)，煤地下氣化技術(shù)仍然沒(méi)有實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用[1]，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)成了研發(fā)終點(diǎn)。盡管仍有研究者持續(xù)研發(fā)而且新的研究者和投資者不斷加入，這個(gè)“投入-研發(fā)-試驗(yàn)后放棄”的循環(huán)在歷史上不斷重演，放棄的原因大都被歸咎于投資和政策變化，少數(shù)認(rèn)為單通道產(chǎn)氣量小、難以長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行、產(chǎn)氣CO2濃度高等是主要問(wèn)題[3,10]，但目前尚未見(jiàn)到從化學(xué)反應(yīng)工程原理探究這些現(xiàn)象，進(jìn)而厘清限制該技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵（卡脖子）科學(xué)問(wèn)題的研究。近年來(lái)，我國(guó)大大加強(qiáng)了對(duì)科學(xué)研究和技術(shù)創(chuàng)新的支持力度，能源領(lǐng)域高效、清潔、低碳的創(chuàng)新要求日益強(qiáng)烈，加強(qiáng)煤地下氣化研發(fā)的呼吁也不斷見(jiàn)諸報(bào)道，一些呼吁者甚至認(rèn)為該技術(shù)在多個(gè)方面優(yōu)于現(xiàn)有的地上煤氣化技術(shù)，因此科學(xué)地分析煤地下氣化過(guò)程，認(rèn)清其關(guān)鍵限制性步驟尤為重要。

2 地上煤氣化技術(shù)的發(fā)展

需要指出，一項(xiàng)技術(shù)是否具有發(fā)展前途和應(yīng)用價(jià)值不僅取決于其自身的發(fā)展程度，還取決于其競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)的發(fā)展水平。如果其水平低于競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)，就無(wú)法應(yīng)用。煤地下氣化技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)者是地上煤氣化技術(shù)，目前主要有三大類：氣流床技術(shù)、流化床技術(shù)和移動(dòng)床（也稱固定床）技術(shù)，這些技術(shù)目前的單爐規(guī)模示于表2，煤的轉(zhuǎn)化量均可達(dá)到2000 t/d，有效氣（CO＋H2）產(chǎn)量約為180000 m3/h，是單通道煤地下氣化最大規(guī)模的100 多倍；氣流床的最大日煤轉(zhuǎn)化量已達(dá)4000 t 級(jí)（每天3000～4000 t 煤范圍），有效氣產(chǎn)量為247500 m3/h，是單通道煤地下氣化最大規(guī)模的150 倍。若通過(guò)煤地下氣化實(shí)現(xiàn)類似的產(chǎn)氣量，按每個(gè)100 m 通道產(chǎn)1700 m3/h 有效氣計(jì)算，需構(gòu)建總長(zhǎng)度為10～15 km 的地下通道。若以每個(gè)氣化通道最優(yōu)長(zhǎng)度為30～40 m 計(jì)[9]，需要250～330 條氣化通道，且每個(gè)通道的可運(yùn)行時(shí)間不明。以這樣龐大的地下工程替代一臺(tái)地上氣化爐的可行性值得深思。

表2 煤地上氣化單爐規(guī)模和產(chǎn)氣組成Table 2 Capacity and gas composition of gasifiers

一些研究者可能認(rèn)為上述估算過(guò)于簡(jiǎn)單，因?yàn)橐呀?jīng)進(jìn)行過(guò)的煤地下氣化現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的規(guī)模不大，其數(shù)據(jù)可能低估了其大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的產(chǎn)氣量。但也有研究者認(rèn)為，小規(guī)模煤地下氣化試驗(yàn)往往報(bào)道最優(yōu)數(shù)據(jù)（短時(shí)間范圍的高產(chǎn)氣量），大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用難以達(dá)到相同的結(jié)果[9]。如表1數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)煤地下氣化試驗(yàn)的規(guī)模較大，但單位煤表面的產(chǎn)氣量較低，在1.8～3.5 m3/(m2·h)范圍；國(guó)外煤地下氣化試驗(yàn)的規(guī)模較小，但產(chǎn)氣率在3.8～19 m3/(m2·h)范圍。這個(gè)產(chǎn)氣率差別可能源于通道尺寸難以量化（特別是氣化過(guò)程中不斷發(fā)生的變化），但也可能說(shuō)明通道過(guò)長(zhǎng)、斷面過(guò)大的意義不大。當(dāng)然，簡(jiǎn)單對(duì)比上述煤地下氣化試驗(yàn)數(shù)據(jù)和地上煤氣化爐數(shù)據(jù)不夠嚴(yán)密，從化學(xué)反應(yīng)工程基本原理的角度分析這兩類煤氣化技術(shù)的差別才能認(rèn)清它們的本征差別。

3 氣固表面滯流層中氣化劑和產(chǎn)物氣的逆向擴(kuò)散

顧名思義，煤氣化是固體煤（或煤受熱轉(zhuǎn)化成的焦）和氣化劑（反應(yīng)物R，包括O2、CO2和H2O）反應(yīng)生成氣體產(chǎn)物（P，包括CO 和H2）的過(guò)程，但該過(guò)程的發(fā)生還依賴氣化劑和產(chǎn)物氣的外擴(kuò)散以及二者在煤表面氣體滯流層中的逆向內(nèi)擴(kuò)散過(guò)程，因?yàn)槿魏喂腆w表面總存在氣體滯流層，而且煤表面有機(jī)質(zhì)氣化后殘留的灰層增加了氣體滯流層的厚度，如圖2 的收縮反應(yīng)面（也稱縮合核）模型所示。該模型由Wen 等[17]于1979 年提出后被廣泛認(rèn)同，并被廣泛使用于各種氣化反應(yīng)模擬中[18]。

氣固反應(yīng)發(fā)生于固體表面，對(duì)煤（或焦）而言，其表面積包括顆粒輪廓的外表面積（或幾何表面積）和孔道內(nèi)的表面積，雖然后者常常遠(yuǎn)大于前者，但因高溫下煤和氣化劑的反應(yīng)速率很快，氣化反應(yīng)速率取決于氣膜內(nèi)氣化劑及氣化產(chǎn)物的逆向分子擴(kuò)散速率。因此，圖2 所示模型的決速步驟是氣膜傳質(zhì)，雖然擴(kuò)散至煤表面的部分氣化劑也可能進(jìn)入煤孔道內(nèi)與內(nèi)表面反應(yīng)，但煤顆粒輪廓的表面是制約內(nèi)擴(kuò)散的最小傳質(zhì)面。有研究者認(rèn)為，煤在氣化過(guò)程中生成大量新鮮裂隙，這些新鮮裂隙是氣化的主要反應(yīng)面且不受灰的影響，但實(shí)際上裂隙表面一但發(fā)生氣化反應(yīng)，必然會(huì)被殘留灰所覆蓋，且裂隙中的灰很難自由脫落，因此穩(wěn)態(tài)氣化過(guò)程中的氣化反應(yīng)還是受限于顆粒輪廓表面氣體滯流層內(nèi)分子逆向擴(kuò)散[19]。

圖2 煤氣化的收縮反應(yīng)面模型Fig.2 The shrinking core model of coal gasification

由于同等質(zhì)量煤的顆粒輪廓面積反比于顆粒直徑d，因此煤的氣化速率反比于d。表3 列出了三種地上氣化爐所用煤顆粒的粗估平均d值，它們的實(shí)際粒度范圍大致為：移動(dòng)床(6～50)×10-3m；流化床（3～5）×10-3m，氣流床約70%小于0.075×10-3m。由于小顆粒對(duì)外表面積的貢獻(xiàn)率大于大顆粒，所以表中平均d值的取值偏小。從表中可以看出，質(zhì)量上1個(gè)d為10 ×10-3m 的移動(dòng)床煤顆粒相當(dāng)于16 個(gè)d為4 ×10-3m 的流化床煤顆?；?250000 個(gè)d為0.02 ×10-3m 的氣流床煤顆粒。這些反應(yīng)器中等質(zhì)量顆粒外表面積的比值，約為移動(dòng)床∶流化床∶氣流床=1∶2.5∶500，即質(zhì)量相同時(shí)流化床和氣流床中顆粒的外表面積分別是移動(dòng)床中顆粒的2.5 倍和500 倍。原理上，煤地下氣化反應(yīng)在地下通道的壁面發(fā)生，無(wú)法用煤顆粒的外表面積表示，但根據(jù)煤地下氣化和1500 t/d 移動(dòng)床煤氣化的實(shí)際產(chǎn)氣量數(shù)據(jù)可以估算出煤地下氣化的“等效產(chǎn)氣煤顆粒直徑dgas-equivalent”為0.7 m。

需要指出，表3 中不同氣化爐的等質(zhì)量顆粒外表面積之比并不完全反映這些氣化爐的產(chǎn)氣量差異，因?yàn)檫@些氣化爐的溫度不同（表2）、氣固混合程度不同，反應(yīng)和傳質(zhì)速率也不同。比如氣流床的溫度為1400～1600℃，氣固混合程度較高，單位表面的反應(yīng)速率及分子擴(kuò)散速率（正比于溫度的1.5～1.75次方）較快；流化床的溫度在800～1000℃，氣固混合程度居中；移動(dòng)床依據(jù)排渣方式不同（固態(tài)或液態(tài)）溫度不同，在800～1400℃氣固混合程度最低，單位表面的反應(yīng)速率及分子擴(kuò)散速率最慢。另外，這些氣化爐的瞬時(shí)持煤量也不同。通過(guò)煤在不同氣化爐中的平均停留時(shí)間[20-21]可以算出它們的瞬時(shí)持煤量差異，進(jìn)而通過(guò)顆粒外表面積算出它們瞬時(shí)持煤量的表面積比（表3 最下一行）?？梢钥闯觯@些地上氣化爐中瞬時(shí)參與反應(yīng)的煤外表面積比較接近，這與它們的單爐產(chǎn)氣量接近相一致。相比而言，煤地下氣化的煤表面積很小，約比地上氣化爐低2 個(gè)數(shù)量級(jí)。還需指出的是，煤地上氣化爐中的煤顆粒表面處于很小的空間內(nèi)，而煤地下氣化的煤表面位于很大空間的通道壁面，這種差異對(duì)氣體（無(wú)論是氣化劑還是產(chǎn)物氣）傳質(zhì)和反應(yīng)的影響很大。

表3 不同氣化爐中等質(zhì)量煤顆粒的外表面積比（以1個(gè)直徑d為10×10-3 m的固定床煤顆粒為基準(zhǔn)）Table 3 Surface area comparison of coal particles on mass basis（based on a single fixed-bed coal particle of d=10×10-3 m）

影響氣化反應(yīng)和傳質(zhì)速率的因素還有氣化劑的分壓，文獻(xiàn)表明，煤氣化的產(chǎn)氣量一般與氣化劑壓力的0.7次方成正比[22]，因此現(xiàn)代地上煤氣化爐通常在加壓條件下運(yùn)行，一般在3～4 MPa，有的高達(dá)6 MPa。然而地下煤氣化受限于頂?shù)装鍡l件，難以在較高的壓力下進(jìn)行。

4 氣化爐中的O2分布

煤氣化中O2的反應(yīng)至關(guān)重要，主要包括與煤反應(yīng)生成有效氣和無(wú)效氣，但O2也不可避免地會(huì)與有效氣反應(yīng)生成CO2和H2O。O2與有效氣反應(yīng)的程度與氣化爐類型有關(guān)，氣流床瞬時(shí)輸入固定比例的煤粉和O2，燒嘴多為同軸射流形式（氧包煤粉或煤粉包氧），煤粉和O2處于劇烈湍動(dòng)模式，煤粉顆粒很小，其表面的氣膜（包括灰層）很薄，溫度很高，O2在噴口處很小空間內(nèi)快速反應(yīng)殆盡，有效氣組分含量高。固定床中的煤總是大大過(guò)量，輸入的O2在大顆粒煤的間隙中流動(dòng)（圖3），湍動(dòng)程度和溫度均不高，O2的穿透距離較長(zhǎng)，甚至產(chǎn)物氣常含有殘余O2，說(shuō)明部分O2穿透了整個(gè)床層，在此過(guò)程中必定發(fā)生與有效氣的反應(yīng)。

圖3 不同地上煤氣化爐中煤顆粒和氣體的運(yùn)動(dòng)特征Fig.3 Flow pattern of gas and coal particles in various gasifiers

從表1 可以看出，完整的煤地下氣化現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)均顯示產(chǎn)物氣含有O2。從圖4 可以看出，煤地下氣化的通道直徑大（大斷面），氣流阻力小，所以輸入的O2易沿通道方向（降壓方向）流動(dòng)，不能充分接觸通道壁面的煤而完全消耗，還會(huì)穿過(guò)氣化區(qū)和熱解區(qū)，這些穿透O2的量遠(yuǎn)多于移動(dòng)床，但在氣流床中不存在。另外，O2需在垂直于流動(dòng)的方向擴(kuò)散穿過(guò)煤表面的滯流層（含灰層）才能與煤發(fā)生反應(yīng)；生成的產(chǎn)物氣還需逆向擴(kuò)散出滯流層進(jìn)入氣流主體才能被輸出為產(chǎn)物。因此擴(kuò)散離開(kāi)煤的有效氣不僅會(huì)在滯流層中與逆向擴(kuò)散的O2接觸，進(jìn)而反應(yīng)生成CO2和H2O，進(jìn)入氣流主體的有效氣也會(huì)與其中的O2反應(yīng)生成CO2和H2O[19,23]。這些逆向擴(kuò)散和反應(yīng)的過(guò)程不僅導(dǎo)致煤地下氣化單位表面積的反應(yīng)速率很低，而且燃燒消耗了部分有效氣，加大CO2的生成量[19,23]。顯然，通道截面越大，有效氣的氧化損失量越大。

圖4 煤地下氣化中氣化劑和產(chǎn)物氣的逆向擴(kuò)散與反應(yīng)Fig.4 Flow and diffusion patterns in underground coal gasification

圖5(a)、(b)分別對(duì)比了煤地下氣化和地上氣化現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的產(chǎn)物氣中CO2的相對(duì)比例，包括CO2/(CO+CO2)和CO2/(CO+CO2+H2），前者大致代表CO 的氧化程度，后者代表合成氣的氧化（理論上的產(chǎn)物還有H2O，但文獻(xiàn)均不報(bào)道H2O 的量）以及變換反應(yīng)（CO+H2O=== ===== CO2+H2）的程度。可以看出，國(guó)內(nèi)外煤地下氣化產(chǎn)物氣的CO2含量差異很大，說(shuō)明反應(yīng)控制困難（因地質(zhì)條件不同，通道結(jié)構(gòu)在氣化過(guò)程中的變化不同），試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性差異很大，但CO2/(CO+CO2)和CO2/(CO+CO2+H2）值均較高，主要范圍分別為0.5～0.7 和0.3～0.4。移動(dòng)床的數(shù)據(jù)似乎與煤地下氣化數(shù)據(jù)類似，但對(duì)比試驗(yàn)顯示，華亭煤地下氣化的CO2生成量顯著高于移動(dòng)床的CO2生成量[24]。流化床的數(shù)據(jù)略低于煤地下氣化數(shù)據(jù)，氣流床的數(shù)據(jù)顯著低于煤地下氣化數(shù)據(jù)，特別是干粉氣化，其CO2/(CO+CO2)和CO2/(CO+CO2+H2）值分別約為0.18 和0.15。個(gè)別干粉氣流床的數(shù)據(jù)更低，可能與使用CO2攜帶煤粉有關(guān)。值得指出，煤種、氣化條件、試驗(yàn)規(guī)模、氣化劑組成均會(huì)影響CO2的生成反應(yīng)，因此圖5的數(shù)據(jù)對(duì)比不完全嚴(yán)格，但其反映的宏觀規(guī)律是可信的。

圖5 各種氣化技術(shù)的CO2生成量（數(shù)據(jù)源于表1和表2）Fig.5 CO2 formation in underground coal gasification(data from Table 1 and Table 2)

需要指出，煤地下氣化工藝可細(xì)分為有井式和無(wú)井式兩類，每類還可采用順流或逆流的作業(yè)方式，但這些技術(shù)在氣化面的本征傳熱、傳質(zhì)和反應(yīng)規(guī)律與上述討論類似。另外，煤地下氣化的實(shí)際反應(yīng)分區(qū)比圖1和上面的討論更為復(fù)雜。比如燃燒區(qū)產(chǎn)生的熱量不僅被高溫氣體攜帶沿通道傳遞，還會(huì)以熱導(dǎo)的方式在煤層中向離開(kāi)通道的方向傳遞，在垂直于通道方向的煤層中也形成熱解干燥區(qū)，并不斷向遠(yuǎn)處延伸。鑒于各種地上煤氣化爐均具有良好的隔熱層和熱量回收設(shè)施，所以煤地下氣化的熱量損失大于地上煤氣化爐的熱量損失。

5 結(jié) 論

煤地下氣化歷經(jīng)國(guó)內(nèi)外100 余年發(fā)展，最大規(guī)模為單氣化通道長(zhǎng)100～200 m，包括輔助通道的總長(zhǎng)度加倍，通道當(dāng)量直徑0.7～2 m，最高有效氣（除CO2+N2外）產(chǎn)量不超過(guò)1700 m3/h。目前各種煤地上氣化技術(shù)的單爐日處理煤量達(dá)2000 t/d，有效氣產(chǎn)量約180000 m3/h，大致是煤地下氣化單通道最大規(guī)模的100 多倍；最大氣流床單爐日處理煤量達(dá)4000 t/d級(jí)，有效氣產(chǎn)量更高。若通過(guò)煤地下氣化實(shí)現(xiàn)類似的產(chǎn)氣量，則需構(gòu)建總長(zhǎng)度超過(guò)15 km 的地下通道，工程量巨大。

無(wú)論何種煤氣化技術(shù)，其速率均受傳質(zhì)控制，動(dòng)力學(xué)表達(dá)式均可用收縮（核）反應(yīng)面模型表述，即氣化速率取決于穿過(guò)煤外表面滯流層的氣化劑通量或與其逆向傳遞的產(chǎn)物氣通量。煤中有機(jī)質(zhì)氣化后殘留的灰層增加了滯流層的厚度，加大了傳質(zhì)阻力。滯流層中氣化劑與氣化產(chǎn)物的逆向分子擴(kuò)散導(dǎo)致有效產(chǎn)物氣在滯流層中被氧化（燒蝕）。由于地下氣化的通道直徑大，O2穿過(guò)通道的距離長(zhǎng)，所以從滯流層擴(kuò)散至通道中的有效氣也會(huì)被O2氧化。因此煤地下氣化產(chǎn)物的CO2含量必然較高，屬于高CO2排放的煤氣化技術(shù)。相比而言，氣流床煤氣化的CO2排放最少，源于固定比例的煤粉和O2同軸射流噴入，在小空間內(nèi)形成高分散O2包煤粉或煤粉包O2的劇烈湍流區(qū)域，氣膜（包括灰層）極薄，溫度很高，O2迅速反應(yīng)殆盡。面對(duì)目前主流大型煤地上氣化技術(shù)，煤地下氣化的本征速率低、工程量巨大、有效氣和熱量損失大、原理上難以穩(wěn)定性運(yùn)行等問(wèn)題削弱了其競(jìng)爭(zhēng)力。

致謝：此文的基本思路是作者2007～2015 年間在北京化工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院的研究生授課中形成的，曾以大作業(yè)的形式與研究生討論，后來(lái)又與林曦博士進(jìn)行了部分實(shí)驗(yàn)研究和理論分析。劉清雅教授和郭嘯晉博士支持了相關(guān)研究并對(duì)此文提出了建議。在此一并向他們表示感謝。