煤炭地下气化与碳捕集利用技术的集成：实现碳中和的清洁能源路径

我国中深层煤炭资源丰富，但传统开采方式存在环境污染问题。煤炭地下气化技术（UCG）作为一种清洁利用方式，可以有效开发中深层煤炭资源，但面临着氢气储运成本高和CO2排放未闭环的问题。为此，本文提出了三段式煤炭地下气化（UCG-III）与近井端CO2加氢制甲醇的耦合技术方案。UCG-III通过将CO2既作为产物又作为气化剂，实现煤炭的高效利用和CO2的内部循环，生成的富氢合成气直接用于井口CO2催化转化，同步实现氢能就地消纳与碳资源高值利用。该技术大幅缩减储运成本并降低CO2排放，验证了煤炭“能源服务”与“碳基材料供应”的双重价值。实验和经济效益分析表明，与传统方法相比，储运成本降低47%，CO2排放降低80%。当前技术仍面临三段式气化过程可控性、低成本撬装甲醇转化装备研发等挑战，未来需通过多物理场模型耦合优化过程控制，研发高效催化剂并完善系统集成，以推动工业化应用。此外，本文还提出了不同深度煤炭资源的梯级利用建议，包括以产H2为目标开发低阶煤，以产CH4为目标利用深层高压环境促进甲烷化反应的中高阶煤，以及结合超临界水煤气化技术探索化石能源制氢的超深层煤炭。最后，本文指出CO2利用的多维度创新思路与显著潜在优势，包括利用超临界CO2进行阶段式煤层压裂和采用亚临界、超临界CO2对高温粗煤气制冷降温等。