煤炭地下气化关键特性多尺度研究进展
文献类型：期刊论文
| 作者 | 胡卓成; 姚军; 孙海; 李龙龙; 安国强; 武召辉; 闫霞 |
| 刊名 | 煤炭学报
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| 出版日期 | 2025-06-09 |
| 卷号 | 50期号:08页码:3774-3796 |
| 关键词 | 煤炭地下气化 多尺度 关键物性 多物理场耦合 超高温高压高应力 |
| ISSN号 | 0253-9993 |
| 英文摘要 | 煤炭地下气化(Underground Coal Gasification, UCG)作为一种清洁高效的煤炭开发利用技术，具有广阔的应用前景。从多尺度视角出发，系统探讨了UCG技术的“五多”特性(多相、多组分、多物理场耦合、多尺度、多流动模态)及其研究进展。在分子(纳米级)尺度上，通过试验和分子动力学模拟方法，揭示了煤炭热解和气化过程中的反应路径及机理，明确了气化剂类型、煤阶、灰分等因素对反应速率和产物组成的影响。在孔隙(微米～厘米级)尺度下，研究了高温和气化反应对煤体孔隙结构和物性演化的影响，在煤炭被加热的过程中，骨架逐渐软化，裂缝不断发育，孔隙相互连接，挥发分和焦油逐渐析出，强度持续降低。实验室(米级)尺度的研究通过构建与原位UCG相似的物理化学环境，开展物理模拟试验，重现了气化过程中的关键现象，如温度场、压力场变化、气化腔结构和气体产物生成，研究表明运行压力、气化剂注入方式、煤阶等因素对合成气热值和组分有显著影响。在矿场(百米～千米级)尺度下，数值模拟方法成为优化UCG方案的重要工具，热-力耦合和热-流-固-化耦合的数值模拟研究揭示了气化过程中气化腔体的稳定性、岩层变形、特征场发展、气化腔拓展以及合成气生成与运移规律，为优化UCG工艺参数、提高气化效率和安全性提供了理论支持。然而，UCG技术仍面临诸多挑战，包括“多相”“多组分”反应和赋存机理复杂、“多物理场”耦合特征的演化规律不清晰以及“多尺度效应”和“多流动模态”的综合影响。未来的研究应进一步加强多尺度下的基础研究，加强对超高温、高压、高应力环境下的多相多组分流体生成与运移过程探索，发展跨尺度关联方法，完善多物理场耦合机制，充分考虑多流动模态影响，综合考虑气化期高效生产与闭井期污染防控全周期协同影响，以推动UCG技术的工业化应用和可持续发展。 |
| 语种 | 中文 |
| 资助机构 | 国家自然科学基金重大资助项目(42090024) ; 国家自然科学基金重点资助项目(52034010) ; 山东省杰出青年基金资助项目(ZR2022JQ23) |
| 其他责任者 | 孙海 |
| 源URL | [http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/103965]  |
| 专题 | 力学研究所_流固耦合系统力学重点实验室(2012-) |
| 作者单位 | 1.中石油煤层气有限责任公司 2.中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司 3.中国科学院大学工程科学学院 4.中国科学院力学研究所 5.中国石油大学(华东)石油工程学院 6.深层油气全国重点实验室(中国石油大学(华东)) |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 胡卓成,姚军,孙海,等. 煤炭地下气化关键特性多尺度研究进展[J]. 煤炭学报,2025,50(08):3774-3796. |
| APA | 胡卓成.,姚军.,孙海.,李龙龙.,安国强.,...&闫霞.(2025).煤炭地下气化关键特性多尺度研究进展.煤炭学报,50(08),3774-3796. |
| MLA | 胡卓成,et al."煤炭地下气化关键特性多尺度研究进展".煤炭学报 50.08(2025):3774-3796. |
入库方式： OAI收割
来源：力学研究所
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