1、绪论
       20世纪开始时，由于受燃煤工业革命的影响，许多工业城市都笼罩在重重的雾霾之下。当时，英国著名的科学家William Ramsay先生提出，可以把煤就地气化产出合成气以满足能源需求，从而减少燃煤，杜绝城市的雾霾。这种煤的就地气化技术现在成为煤炭地下气化（UCG）。但20世纪50年代以后，由于科学技术的进步以及石油和天然气的大量使用，城市的雾霾变得不那么严重了，因而，UCG技术并没有得到显著的发展。但，似乎历史总会重演，重重雾霾又重现在当今中国的大城市上空。我们又需要100前提出的UCG技术了。
       UCG具有明显的经济和环境效益。相比于传统的煤炭利用方式，UCG具有煤地面气化同样的优点。同时，相比于地面气化，UCG煤气更加便宜，对地面影响小，投资省。UCG还可以与CCS技术相结合，实现CO2的减排。另外，UCG也可以和其他相关技术结合，例如煤层气的回收以及合成燃料。UCG在前苏联实现了大规模的生产运用，并在多个国家进行了工业性试验。UCG技术可以解决很多环境问题，但对UCG就似乎本身也有环境风险的担心，即对地下水污染的可能性。然而，上世纪70年代和80年代，美国的UCG试验表明，如操作正确，UCG并不会对地下水产生污染。
       深入了解UCG早期的技术以及过往的试验，可以避免重复犯同样的错误。
2、UCG概念的提出：西蒙斯（Siemens）和门捷列夫(Mendeleev)
       最早的记录表明，William Siemens首先提出了UCG的概念。1868年，他在英国化学学会发表演讲时，提出了煤可以就地气化。William Siemens是著名的Siemens三兄弟之一，由他们建立的工业帝国横贯欧洲大陆，并仍然以他们的名字命名。他们三兄弟为不同的国家服务（Werner Siemens德国，William Siemens英国，Carl Siemens俄国）。煤炭气化炉是Siemens兄弟的发明之一，William Siemens非常渴望这项发明能被广泛的使用，在他的一份演讲稿中，有一页（仅有一页）提到了煤的就地气化，但他的思路是，把地面气化炉放置到矿井当中，气化矿井中废弃煤和末煤，然后通过地面的管道系统把煤气输送给用户。尽管出于对井下防火的考虑，直接把地面的气化炉放置到井下不是一个特别好的主意，但前苏联早期的Chamber UCG项目或多或少的采用了William Siemens的思想。
       继而（1888年），发明了化学元素周期表的俄国著名的化学家门捷列夫(Dimitri I. Mendeleev)在他1888年发表的论文中提到煤炭地下气化。他认为，将来煤可以在地下直接气化，产出的煤气通过管道输送给用户，这个思路和William Siemens的没有什么不同。但门捷列夫在随后的论文中不断丰富了他的思路。在1897年，门捷列夫认为利用UCG技术气化没有人工开采过的煤，可以节省劳动力并取得很好的经济效益。但其更有远见的思想是他在1899年参观乌拉尔（该地区有大量的铁矿和煤矿）Kizel发电厂期间提出的。门捷列夫注意到乌拉尔地区的煤田火灾非常普遍，火灾甚至侵扰过Kizel发电厂。他认为，可以通过一些管道去控制煤田的火灾；即通过一些管道向燃烧的地下煤田通入有限的空气，而通过其他一些管道排出煤气（通过风机抽吸或自然风流）。Kizel发电厂的管理人员对门捷列夫的想法非常感兴趣，想取得煤矿主的允许后就去实施。门捷列夫当时没有留下任何关于管道布置的资料或图纸，再者，依据19世纪的科技水平，实施UCG很难获得成功。
3、Anson G.Betts的UCG发明
       A.G.Betts是一名美国的化学工程师，毕业于耶鲁大学，并受教于J.W.Gibbs。1910年，他提交了三个UCG发明专利（分别在美国、加拿大和英国申请），提出了在未开采煤田中实施UCG的方法。在A.G.Betts职业生涯的早期，他就有了很多发明，他甚至写了一本关于精炼铅的书。A.G.Betts关于UCG的发明差点被遗忘，因为William Siemens和门捷列夫实在太出名了，但当今所有UCG技术的渊源，都和A.G.Betts的思路密不可分。
       A.G.Betts的三个专利在技术上非常相似，都是提供了在未开采煤田中进行UCG的技术方案。三者之间仅有一个显著的区别就是：最后一个专利（在英国申请的）对煤层气和气化煤气进行了区分。而在美国和加拿大申请的专利中，A.G.Betts把煤层气的回收当作UCG工艺的一部分。A.G.Betts认为，设计好气化工艺，煤中的挥发分可以增加产品煤气的热值。
A.G.Betts专利要点：
（1）气流气化法（Stream Gasification）

Figure1.Underground Gasification schemes proposed by Betts【12-14】

（2）盲孔炉（Blind Borehole method）
（3）提出了一些关键操作参数。利用负压抽吸煤气，可防止煤气的泄漏；气化通道内部的塌陷，也有利于空气和煤的接触，加强气化的过程。
前苏联以及其他国家的UCG试验都运用了A.G.Betts的方案；但现代的UCG项目需要更多的操作细节。A.G.Betts的气流气化法资源利用率不高，会造成煤资源的浪费；此外，抽吸煤气虽然可以防止煤气的泄漏，但也使得大量的地下水涌入气化工作面。现代UCG利用静水压力操作，防止水的涌入。盲孔炉气化，当燃空穴较小的时候，煤气较好，但随之空穴的增大，煤气品质急剧下降。
4、William Ramsay和UCG
       1912年，英国首位获得诺贝尔化学奖的化学家William Ramsay在伦敦国际消烟展览（the International Smoke Abatement Exhibition）开幕式发表演讲。当时，很多工业城市的雾霾污染非常严重，展览会试图唤起全世界对雾霾污染的重视。演讲中，William Ramsay认为有一个方法可以消除雾霾污染，那就是UCG技术。通过打钻孔，点燃煤层，鼓入空气并抽出氢气和一氧化碳，产生的煤气可以用于发电。UCG可以解决很多问题，诸如空气污染和正在进行中的矿工罢工运动。在之后的几个月内，William Ramsay在采矿工程学院的晚宴中重复他的观点，认为，煤气，而不是煤，将成为未来的燃料，并且，英国和美国将进行UCG试验。 他的陈述，使国际上出现了UCG的兴趣浪潮。报纸和流行科学期刊上发表了一系列的关于UCG的文章，人们试图向William Ramsay获得更多的技术细节；甚至列宁（V.I. Lenin），当时他正在政治流亡，也发表了一篇文章赞赏William Ramsay关于UCG的发明。
       William Ramsay关于UCG的方案是什么呢？
       向煤层钻进一6英寸的钻孔，钻孔里面有三根同心异径管，分别用于注入空气、抽出煤气和排水。William Ramsay和A.G.Betts的盲孔炉比较类似，唯一不同的就是第三根管子。前苏联的文献把William Ramsay方案示图如下，并命名“Ramsay scheme”，这种命名是不妥当的，就如前苏联的文献中把Beetts的时间标注为1930年一样，都是错误的。
       1912年访问美国后，Ramsay开始准备实施第一个UCG试验。他说服了一位来自英格兰东北部杰出的实业家Hugh Bell资助他的UCG试验。准备试验的区域是英格兰达拉谟郡（Durham UK）Tursdale煤矿 （TursdaleColliery）附近的希尔山（Hett Hill）。据Hugh Bell儿子Maurice Bell介绍，一6英寸宽的钢筋混凝土井筒（shaft）直插入煤层，在煤层中与一巷道（drift）连接。该区域内的上部煤层是次主要煤层，厚度60cm，深度约40米。下部还有一煤层，但比较深。试验应该打算是选择在上部煤层中进行的。根据Bell父子的说法，在试验的准备工作几乎要完成时，由于1914年战争的爆发以及Ramsay于1916年去世的原因，试验被迫停止。Hugh Bell后来试图再寻找一位热心人（enthusiastic person）继续实施UCG试验，但没有找到。 

Ramsay的UCG试验未能实施，但问题是，如果实施，他们成功的可能性有多大。首先，其实际要实施的UCG技术方案与此前媒体披露的非常不同。实际实施的计划非常类似A.G.Betts的矿井式（Shaft Scheme）UCG而不是盲孔炉气化。这表明，Ramsay从未想过要实施所谓的“Ramsay Scheme”（即FIG2（a））。既然Hugh Bell儿子Maurice Bell没有提到有连接气化通道（drift）第二个井筒，可以认为在气化通道的另一端，应该会有一个钻孔（作为一个著名的化学家，Ramsay不可能会遗忘这个重要的细节）。FIG2（b）应该就是Ramsay准备实施的UCG技术方案。那采取这种方案的试验会成功吗？假设气化通道（drift）有足够长，并且Ramsay有功率强大的空气压缩机，能提供有效的空气气流，那么这个试验就能产出合成气。但煤气的质量不会很高，因为煤层很薄；但气化区内良好的排水降有助于试验取得很好的效果。然而，此后的类似工艺的UCG试验表明，随着通道（channel）的逐渐变宽以及顶板的坍塌，煤气品质将不可避免的下降。由于UCG是一个复杂的技术，一次试验不可能解决所有问题，但一般来说，Ramsay应该有处理这些问题的方案。总体来说，如果不是因为战争被迫中断，这次试验应该是历史上第一个成功的UCG试验。
       甚至直到现在，Ramsay在UCG技术方面的作用存在广泛的误解。不为人所知的是，Ramsay不仅是一位著名的科学家，而且是一名工业顾问，是多家企业董事（director），拥有必然的商业利益。Ramsay非常了解英国的专利制度，并且多次在法庭担当评判专家（expert witness）。Ramsay传统的传记作家Tilden和Travers对Ramsay商业方面的关注很少，而Watson对此进行过全部调查。在Ramsay去世后，Tilden接受了撰写一生功绩的传记任务，他寻找Ramsay的个人档案（Ramsay夫人借给了他），但档案中关于Ramsay的工业活动文件被大量销毁了。但一个细心的参考书目读者，也会注意到Ramsay一些工业活动的蛛丝马迹。在Tilden撰写的书籍中，仅仅提到一次UCG。
       1912年，Ramsay从大学主席的职位上退休，从而有更多的时间从事其他感兴趣的项目。对于Ramsay，他通过了解UCG的基本原理，很清楚UCG的可行性。在一次访谈中他说：“UCG里面没有什么新东西”。他认为UCG是很有商业发展机会的优秀技术。盲孔炉是通过试验最容易验证UCG概念的气化方法，但从商业化的角度看，由于一个垂直钻孔所能气化的煤量有限，盲孔炉气化法并不具有吸引力。矿井气化法（channel gasification）利用两个竖井（wells或shafts）延伸了气化过程，使得气化资源面积加大了，使得这种气化方法从经济的考量来看非常有前途。Ramsay选择了一个大型的试验并才有矿井气化法（channel gasification），以尽可能的验证UCG工业运用的可能性。由于战争的爆发，英国的经济发展重点（或优先顺序）变化很快，Ramsay决定放弃UCG，而把精力主要放在他担任董事的化工合成公司（Synthetic Production Company）上面，事实表明，在战争期间，化工合成公司取得了巨大的成功。
       总之，没有任何证据表明，Ramsay发明了或声称发明了UCG技术。Ramsay建议英国进行UCG试验并进行了一些努力，但在UCG领域，没有声明有过任何技术革新。后来列宁把UCG的发明归于Ramsay，造成苏联人认为Ramsay“修正”了门捷列夫的UCG方法而发明了UCG技术。但Ramsay从未发表过有关UCG的著作，现在人们知道，那些Ramsay的UCG技术，仅仅是媒体对Ramsay讲话的解释，并非常类似于Betts的UCG技术。Katherine Watson找寻了大量有关Ramsay工业活动的文档，但没有发现任何与UCG 有关的资料。能证明Ramsay在UCG技术上有研究的文档几乎不存在，或许，也有可能是在他去世后被销毁了。似乎Ramsay非常熟悉Betts的专利，尽管再去进行详细调查也不会改变我们的结论，但也不会有更多的收获。我们认为，虽然Ramsay让更多的世人知道了Betts的UCG技术，并计划实施第一次UCG试验，但把UCG的发明权归功于Ramsay是没有任何历史依据的。

附：
RAMSAY

       威廉·拉姆塞
      
       威廉·拉姆塞（William Ramsay 1852～1916），1852年10月2日生于英国的格拉斯哥。最初研究有机化学，后来研究物理化学。因发现氦、氖、氩、氙、氡等气态惰性元素，并确定了它们在元素周期表中的位置，而获得1904年诺贝尔化学奖。威廉·拉姆塞的父母都是苏格兰人，使威廉·拉姆塞受到良好的教育。威廉·拉姆塞著有《无机化学体系》、《大气中的气体》、《现代化学》、《元素和电子》。
 

德米特里·门捷列夫
       德米特里·门捷列夫，19世纪俄国化学家，他发现了元素周期率，并就此发表了世界上第一份元素周期表。1907年2月2日，这位享有世界盛誉的俄国化学家因心肌梗塞与世长辞，那一天距离他的73岁生日只有六天。他的名著、伴随着元素周期律而诞生的《化学原理》，在十九世纪后期和二十世纪初，被国际化学界公认为标准著作，前后共出了八版，影响了一代又一代的化学家。