在汉那西北约140公里的怀俄明高地中部，耸立着一个烟囱，有小型卡车两倍那么高。从里面喷出的火焰，比烟囱本身还高出两倍多。在晴天的夜晚，从遥远的拉腊米地区，可以看到这火焰的光芒。火焰咆哮，声裂长空，就像一架满载而正在起飞的协和式超音速运输机。这个烟囱烧去的瓦斯来自拉腊米能源研究中心（LERC）管理的实验性地下煤气化工程。这是个可闻可见的技术象征，而这项技术则可能证明是整个西方开发劣质煤资源的理想方法。

地下煤的气化，一般称之为UCG，并不是一项特别新的技术。俄国人开始发展这项技术是在本世纪三十年代，从五十年代起，便有两家以地下气化煤气燃料的正规发电厂一直在发电。在美国亚拉巴马州高格斯附近，四十年代就已进行了若干工作，但是由于东部煤质较差，以及当时这项工程的经济条件欠佳，所以计划流产了。西部煤业只是在五年前才开始认真进行，但最初几次试验的结果就很有价值，因而看来在最近的将来建立商业机构，已势所必然。

在美国，大部分地下气化工作都是由以查尔斯 · F · 勃兰登堡为首的LERC小组进行的。他们创造的方法在概念上十分简单。两口相距20至50米的井，钻至煤层的底部。从一口井投入烧着的木炭把煤点着，空气则从另一口井注入。怀俄明的煤有足够的可透性，第二口井的空气渗透到第一口井，并把火焰的前部引到这口井中。

用这个称为反向自燃的方法，两口井在煤层底部或近底部处便由一个直径1米的通道相连接。连接一通，火便扩大，并最终烧完两井之间全部的煤。通过对注入空气流量的适当控制，就有可能获得煤的局部自燃，这样，低能量的瓦斯便从第一口井喷出。相距20米的井间连接过程，大约需要10至12天（在此期间也产生瓦斯）；整个煤层气化所要求的时间，取决于井距和煤层厚度。这一方法的主要变异，在于连接两井的方式。可选择的连接方式，有常规的水力破碎、定向钻井以及定向爆炸。

由于注入井内的是空气，产生的瓦斯中含有大量氮。每标准立方英尺瓦斯所含能量大约为100至170英国热量单位（1 Btu/scf=2.98×10⁵焦耳/米³）不等。瓦斯所含热能这样低，长距离运输就不经济，所以这种瓦斯也许将只能就地使用。最有希望的用途是作为发电厂的燃料。在初步试验中，瓦斯是被白白烧掉的。

到目前为止，LERC小组在一个130米深、10米厚的次烟煤层中进行了三次地下燃烧，现在正进行第四次。首次试验称为汉那一号，井间距为20米。在一年时间里，它烧掉了大约5000吨煤，每天产生300万立方英尺瓦斯，平均能量含值为126 Btu/scf。汉那二号有四口井，组成一个20米见方的正方形。它在三个月中烧去了4200吨煤，瓦斯的日产峰值为1200万立方英尺，热能含量高达170 Btu/scf——这是在地下气化中以空气注入法所曾获得的最高值。

这两个试验似乎证实了，地下气化是开发次烟煤层的可行方法。勃兰登堡说，这个方法有60%至65%的总效率：约有80%至85%的煤烧掉了，而借此产生的能量有80%至85%是可以收集的。与之比较，用地下采煤法，煤层中仅有大约50%能采出使用。气化工程对于每向它提供的一个Btu能量，能产生4、5至5、3个Btu能量。勃兰登堡说，大型装置对于每向它提供的一个Biu能量，会产生8个Btu能量；在这一点上，地下气化是比得上地下采煤的。随后的试验是为研究商业生产的参数而设计的。

汉那三号是一次地下气化的环境试验。燃烧是从去年六月在一个煤层里的天然蓄水地层开始的。大约两个月后熄了火，并注水以恢复到试验之前的水位——这一过程将要求有一至两年的正常降雨量。对该地点将监视18个月，以测定气化对水质的影响。

汉那四号开始于十月份，是一次测定最佳井间距的大型试验。三口产品井分别相距33米和50米作直线排列。两口相近的井先连通；当这里的煤在气化时，第三口井再连入该系统。试验将进行到三月份，瓦斯的日产峰值可望达到2700万立方英尺。

将于一两年内开始的第五次、亦即最大的一次试验，有九口井，日产瓦斯会高达7500万立方英尺。重点目标之一是确定相邻井座的最佳间距。研究人员还希望探求除去瓦斯中极小含硫量的手段，和考察在透平和锅炉中使用这种瓦斯的方法。现在考虑的一个变通办法是，吸引工业企业来参加建设一个25 ~ 50兆瓦的示范电厂以使用这种瓦斯。生产的电将被输入不过几千米之遥的现成输电线路中。LERC主任安德鲁 · W · 德考拉说，这样的工厂，其规模大约相当于商业上能够存在的最小设施的1/4至1/2。

美国其他大多数地下气化计划，都力求使这项基本技术能够用于其他类型的煤，并努力探索另外的井间连接方法。例如，劳伦斯 · 列佛莫实验室的道格拉斯 · 斯蒂芬斯和他的同事们，在怀俄明州吉利特附近锄头河的一个50米深的次烟煤层进行了一次燃烧，目前正在进行第二次。锄头河的煤大约含水30%，而汉那的煤则大约平均含水10%。斯蒂芬斯说，气化这里的煤需要更多的能量，该方法的总效率是稍微低了一点。首次试验采用了爆炸粉碎，以增加煤层的渗透性，但是结果并不如他们所期望的那样好；而正在进行的试验，则采用了反向自燃。但是，列佛莫小组计划在今冬进一步搞爆炸粉碎，即在井中和废弃的矿里进行定向爆炸。在目前试验中的某一个时候，他们还将把纯氧注入地下燃烧室，以研究生产含热300至400 Btu/scf的瓦斯的可能性。如果这种中级能量的瓦斯能够生产的话，则可作为原料用于化学工业，或加以提高，以生产合成的天然瓦斯。

在得克萨斯州加尔夫海岸的褐煤矿床，得克萨斯大学的詹姆士、詹宁斯领导了几次小规模试验。去秋他开始这种试验时，井距3米，煤层厚2米，深130米；目前他正在准备的试验，井距是10米。他的结果表明，褐煤是能够成功地气化的，只在覆盖层不能自承时才会发生问题。除研究若干地方性问题外，詹宁斯正致力于训练新手，使他们先具有地下工程的实际作业经验。

在西弗吉尼亚州摩根市能源研究中心，劳伦斯、斯特克兰特及其同事正在计划一次烟煤矿床的地下气化试验，进行时间是1978年9月或10月。由于某些原因，烟煤要全部气化是比较困难的。跟西部的煤层相比较，该煤层既深且薄，而且烟煤一经加热即膨胀并结块，因而降低通过粉碎所造成的渗透性。首次试验就将在一个300米深处的2米厚的煤层中进行。

实验室试验业已表明，反向自燃对烟煤可能是有效的，但也许有必要采用一般称为长壁式发生器的概念。用这一方法时，井先钻至煤层，然后改变钻井方向，使井巷继续处于煤层平面上。如果相距10至20米的两井平行挖掘，其间的煤便可能气化。这一方法的主要问题是，定向钻井的技术尚无很大改进。摩根市的研究人员，已成功地使井巷保持在2米厚的煤层中达170米之长。斯特克兰特于是得出结论，认为东部煤业地下气化技术的发展至少要比西部落后两年。

其他国家也正在研究这个方法。加拿大阿伯塔研究会的阿伯特 · A. 罗尔和他的同事们，1976年在福瑞斯特堡附近一个劣质烟煤矿进行了一次地下燃烧。罗尔小组，计划在明年夏天搞一次较大型的燃烧。在那以后的一两年内，还将搞一次更大规模的燃烧，目的在于确定最佳井间距，以及研制多井瓦斯发生器。比利时国立采掘工业研究院和西德山斯道尔特中心研究院，正在计划在比利时南部的波伦那格煤田进行一次地下燃烧，他们将采用不同于LERC的技术，至少在一次试验中向井内注入氢气，而不是空气，以探索生产合成天然瓦斯的可能性。

LERC的技术已获普遍使用，苏联研究成功的方法是唯一的例外。苏联人对于他们的技术细节从来是相当保密的，不过大家知道，其中包括有用高压空气注入法对煤层进行气流粉碎，把几口井连接起来。他们已在数百米深处的褐煤层中成功地使用了该项技术，产生的瓦斯能量含量约为100 Btu/scf。

得克萨斯公用事业有限公司，1975年花200万美元买下了在美国使用苏联气化技术的专利。公司董事长说，该公司一直在进行研究，以使这个方法适用于加尔夫海岸的褐煤。1976年，他们在费尔非厄特附近完成了一次小型试验，规模跟汉那一号相仿，公司对试验结果很满意。生成瓦斯的数量和质量都符合意料，总的结果表明，该方法能应用于得克萨斯。得克萨斯公用事业公司目前正准备申请批准进行一次较大的试验，其规模跟汉那四号差不多，以获得该方法经济上较好的概念。

苏联方法的主要问题，可能是经济问题。苏联经济是以这样的方式构成的：在确定像地下气化电厂这样的项目时，价值效果不必考虑。有些观察家推测，用苏联方法生产的瓦斯，其成本可能要比用LERC方法生产的高，其他方面则似乎都还不相上下。其主要优点，是在使用中积累了多年的经验，这就可能足以胜过稍高一点儿的成本了。

苏联或LERC的方法都存在着若干潜在的问题，但似乎都不太严重。其中之一，是当支撑覆盖层的煤在下面烧掉时，覆盖层沉降的可能性。比如，德考拉估计，地下200米深处10米厚的煤层，其燃烧约会沉降1米。它之所以是个问题，不仅由于影响地面观瞻，还因为气化期间的沉降会使瓦斯逸出燃烧室，并破坏该过程。如果所选地点的覆盖层强度足以支撑其自身，这个问题原是可能避免的。另一途径，可能是在那些浅层煤已被露天开采的地点作深层气化。当工作面与露天矿同轮廓时，沉降造成的任何毁坏都会因而得到补救。

另一个潜在问题是水的污染。已经考虑到的是气化工程的副产品，特别是芳香族碳氢化合物和石炭酸，会污染其附近的蓄水地层。然而，这个问题也许不会像过去那样显得严重。初期试验的结果表明，煤层中未燃烧的煤像活性炭似地吸附了这些副产品，因此，几乎没有污染物质逸出地层。苏联人并未遭到过水的污染问题，虽然他们曾在乌兹别克共和国内离安格伦市区用水水源很近的地点气化过煤。

总之，地下气化技术显然会在很近的将来迅速得到实际应用，余下的唯一问题是这一方法的经济问题。经济问题相对来说还是占优势的。跟类似生产能力的地面气化工厂相比，地下气化计划的主要投资要低得多。地下气化的另一个优点是，钻井完成一部分，气化就能开始，反之，在地面气化工厂中，直到整个工厂建成，气化才能进行。

然而，看来至少某些乐观的看法终会被证明是有道理的，煤的地下气化成为商业现实，也大有希望。

（周水涛译周国珍校）

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* 本文译自美国Science杂志，Vol. 198.1977.12.16。