专利名称：监测煤炭地下气化温度带分布的方法
技术领域：
本发明涉及煤炭地下气化技术，尤其涉及一种监测煤炭地下气化温度带分布的方法。
背景技术：
煤炭地下气化技术是一种将埋藏在地下的煤炭进行直接的、有控制的燃烧，通过煤的热作用及化学作用，产生可燃气体的过程。煤炭地下气化变传统的物理采煤为化学采煤，代替传统的建井、采煤、地面气化过程，具有安全性好、投资少、效益高、污染少等优点。在煤炭地下气化工艺过程中，煤炭气化温度是影响煤气品质的主要因素之一。气化温度不同，发生的化学反应也就不同，从而决定了产品煤气的优劣，所以对气化炉内温度场的监测尤为重要。典型地，在煤炭地下气化过程中，根据煤炭气化温度将气化温度场大致分成三个温度带(简称三带)，温度在900°C以上的区域叫氧化带，温度在600°C 900°C之间的区域为还原带，温度在300°C 600°C之间的区域称之为干馏干燥带。图I示出了一种典型的煤炭地下气化温度三带分布的示意图。如图I所示，在地下气化炉20中，随着煤炭燃烧气化过程的进行，沿着气化通道(煤炭地下气化工艺过程中， 首先需要在煤层中构建或者贯通一条可以用来输送气化剂如空气、氧气等的连通通道，称为“气化通道”)形成三个温度带(三带)，即干馏干燥带、还原带和氧化带。注意，这里的温度带应当理解为气化温度场中的按气化温度划分的立体空间的概念。已知在各个温度带中发生的气化反应不同，因此产出的煤气的成份也不同。具体而言，在氧化带中，主要是气化剂中的氧与煤层中的碳发生多相化学反应，产生大量的热， 使附近煤层炽热。在还原带中，主要反应为co2、H20(g)和炽热的碳相遇，在足够高的温度下，CO2还原成CO，H20(g)分解为H2和CO。还原反应为吸热反应，该吸热反应使气化通道温度降低，当温度降低到不能再进行上述还原反应时，还原带结束。但此时气流温度还相当高，这一热作用使煤热分解，而析出干馏煤气，这一区域则称为干馏干燥带。经过这三个反应区后，就形成了含有可燃组分主要是CO、H2、CH4的煤气。因此，监测煤炭地下气化温度场中各个温度带的分布状态，S卩，监测各个温度带的体积占整个气化温度场的体积的比例(以下称为各温度带的体积比)，对于了解气化反应的整体状况，实现对生产过程的动态调控，进而控制产出煤气的成份具有重要意义。目前， 已知各种监测煤炭地下气化温度的方法，例如，热电偶法、测氡法、物探法、热重法等。这些方法，基本上都是对地下气化温度的直接监测，这在一定程度上可为实现地下气化的控制提供依据，然而由于底层地质的复杂性特点，这些监测方法存在监测周期长、监测设备安装复杂、监测数据模糊等特点。另一方面，这些方法都只实现了对煤层中离散点的温度监测， 而不能够实现对气化温度带分布的监测，从而不利于了解气化反应的整体状况。因此，需要一种行之有效的对煤炭地下气化温度带的分布进行监测的方法
发明内容
发明人在研究中发现，在煤炭地下气化过程的不同温度带中的煤炭所发生的化学反应不同，产出的煤气的成份也不同，煤气中所包含的污染物成份和含量也不同。因此，本发明提出了一种监测煤炭地下气化温度带分布的方法，该方法通过模型试验平台建立煤气中污染物的析出量与各温度带的体积比的定量关系，然后，通过现场对煤气中污染物的监测，计算煤炭地下气化温度带的分布状态，从而，实现对煤炭地下气化运行状态的监测和预测。煤气中污染物的析出量可在地面监测，其监测方法简单易行，不需要复杂的设备。因此，本发明通过对煤气中污染物的监测，间接监测煤炭地下气化温度带的分布的方法简单易行，监测周期短、成本低。
在本发明中，术语“温度带”应当理解为气化温度场中的按气化温度划分的立体空间的概念。“温度带的体积比”应当理解为各个温度带的体积占整个气化温度场的体积的比例。另外，需要说明的是，在本发明中，“温度带的体积比”同时对应于在各温度带中发生气化反应的“煤的体积比”。根据本发明的一个方面，提出了一种监测煤炭地下气化温度带分布的方法，包括以下步骤a)通过模型试验确定不同温度带的体积比与煤气中污染物的析出量的定量关系;b)现场测量煤气中的污染物的析出量；c)根据污染物的析出量与所述定量关系，计算各个温度带的体积比。根据本发明的一个实施例的监测煤炭地下气化温度带分布的方法，其中，所述步骤a)包括al)通过煤炭地下气化模型试验，建立煤气中污染物的析出量与不同温度带的体积比的模型方程组，a2)求解所述模型方程组，得到不同温度带的体积比与煤气中污染物的析出量的
定量关系。根据本发明的一个实施例的监测煤炭地下气化温度带分布的方法，其中，所述步骤al)包括以下步骤all)在模型试验炉中将温度监测装置均匀布置在煤层中的不同位置处；al2)在模型气化试验过程中，利用所述温度监测装置实时监测煤层中不同位置处的温度，并分别计算处于各个温度带中的温度监测数据的个数占全部温度监测数据的个数的比例，作为各温度带的体积比，同时实时监测煤气冷凝液中的各污染物的析出量；al3)获得不同时刻各温度带的体积比的统计数据和对应的各污染物析出量的统计数据，采用统计分析软件，建立污染物的析出量与各温度带体积比的模型方程组。根据本发明的一个实施例的监测煤炭地下气化温度带分布的方法，其中，所述不同温度带包括干馏干燥带、还原带、氧化带，所述干馏干燥带的温度区间定义为300°C 600°C，所述还原带的温度区间定义为600°C 900°C，所述氧化带的温度区间定义为> 900。。。根据本发明的一个实施例的监测煤炭地下气化温度带分布的方法，其中，所述污染物析出量的指标包括C0D、氨氮、挥发酚和油，所述模型方程组包括C0D、氨氮、挥发酚、油分别与干馏干燥带、还原带、氧化带的体积比(三带体积比)的模型方程。
根据本发明的一个实施例的监测煤炭地下气化温度带分布的方法，其中，通过统计分析软件建立的煤气中的污染物的析出量与与干馏干燥带、还原带、氧化带的体积比的模型方程组为
权利要求
1.一种监测煤炭地下气化温度带分布的方法，包括以下步骤a)通过模型试验，确定不同温度带的体积比与煤气中污染物的析出量的定量关系；b)现场测量煤气中的污染物的析出量；c)根据污染物的析出量与所述定量关系，计算各个温度带的体积比。
2.根据权利要求I所述的监测煤炭地下气化温度带分布的方法，其中，所述步骤a)包括al)通过煤炭地下气化模型试验，建立煤气中污染物的析出量与不同温度带的体积比的模型方程组，a2)求解所述模型方程组，得到不同温度带的体积比与煤气中污染物的析出量的定量关系。
3.根据权利要求2所述的监测煤炭地下气化温度带分布的方法，其中，所述步骤al)包括以下步骤all)在模型试验炉中将温度监测装置均匀布置在煤层中的不同位置处；al2)在模型气化试验过程中，利用所述温度监测装置实时监测煤层中不同位置处的温度，并分别计算处于各个温度带中的温度监测数据的个数占全部温度监测数据的个数的比例，作为各温度带的体积比，同时实时监测煤气冷凝液中的各污染物的析出量；al3)获得不同时刻各温度带的体积比的统计数据和对应的各污染物析出量的统计数据，采用统计分析软件，建立污染物的析出量与各温度带体积比的模型方程组。
4.根据权利要求3所述的监测煤炭地下气化温度带分布的方法，其中，所述不同温度带包括干馏干燥带、还原带、氧化带，所述干馏干燥带的温度区间定义为300°C 600°C，所述还原带的温度区间定义为600°C 900°C，所述氧化带的温度区间定义为> 900°C。
5.根据权利要求4所述的监测煤炭地下气化温度带分布的方法，其中，所述污染物析出量的指标包括COD、氨氮、挥发酚和油，所述模型方程组包括COD、氨氮、挥发酚、油分别与干馏干燥带、还原带、氧化带的体积比(三带体积比)的模型方程。
6.根据权利要求5所述的监测煤炭地下气化温度带分布的方法，其中，通过统计分析软件建立的煤气中的污染物的析出量与与干馏干燥带、还原带、氧化带的体积比的模型方程组为
7.一种建立煤气中污染物的析出量与不同温度带的体积比的模型方程组的方法，包括以下步骤all)在模型试验炉中将温度监测装置均匀布置在煤层中的不同位置处；al2)在模型气化试验过程中，利用所述温度监测装置实时监测煤层中不同位置处的温度，并分别计算处于各个温度带中的温度监测数据的个数占全部温度监测数据的个数的比例，作为各温度带的体积比，同时实时监测煤气冷凝液中的各污染物的析出量；al3)获得不同时刻各温度带的体积比的统计数据和对应的各污染物析出量的统计数据，采用统计分析软件，建立污染物的析出量与各温度带体积比的模型方程组。
8.一种确定在煤炭地下气化过程中在不同温度带中发生反应的煤的体积的方法，包括以下步骤d)将煤炭地下气化温度按温度区间划分为不同的温度带；e)根据权利要求I所述方法计算各个温度带的体积比，并以所述各温度带的体积比作为在不同温度带中发生反应的煤的体积占进行反应的煤的总体积的体积比；f)根据实际燃煤量的体积和不同温度带的体积比计算在不同温度带中发生反应的煤的体积。
9.根据权利要求8所述的确定在煤炭地下气化过程中在不同温度带中发生反应的煤的体积的方法，其中，在步骤d)中，所述不同温度带包括干馏干燥带、还原带、氧化带，所述干馏干燥带的温度区间定义为300°C 600°C，所述还原带的温度区间定义为600°C 9000C，所述氧化带的温度区间定义为> 900°C。
10.根据权利要求9所述的确定在煤炭地下气化过程中在不同温度带中发生反应的煤的体积的方法，其中，在步骤e)中，采用如下公式计算各个温度带的体积比
11.根据权利要求10所述的确定在煤炭地下气化过程中在不同温度带中发生反应的煤的体积的方法，其中，所述步骤f)包括fl)根据以下公式(3)，计算实际燃煤量
全文摘要
本发明公开了一种监测煤炭地下气化温度带分布的方法，该方法通过模型试验建立煤气中污染物的析出量与不同温度带的体积比的定量关系，然后通过现场对煤气中污染物的监测，计算煤炭地下气化温度带的分布状态，从而，实现对煤炭地下气化运行状态的监测。本发明提出的监测煤炭地下气化温度带分布的方法简单易行、不需要复杂的设备，周期短、成本低。
文档编号E21B43/295GK102619499SQ20121009142
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月30日 优先权日2012年3月30日
发明者刘淑琴, 李金刚, 王媛媛, 高宝平 申请人:新奥气化采煤有限公司