煤炭地下气化系统及气化方法

煤炭地下气化系统及气化方法
【专利摘要】本发明提供了一种煤炭地下气化系统及气化方法。煤炭地下气化系统包括：位于煤层中的第一通道，两端分别连通出气孔和辅助孔，以及第二通道，两端分别连通辅助孔与定向孔，由定向孔通入助燃剂，第二通道形成逆向贯通区，由辅助孔通入气化剂，第一通道形成正向气化区。本发明的目的在于提供一种能够使逆向贯通过程与正向气化过程同步进行的煤炭地下气化系统及气化方法。
【专利说明】煤炭地下气化系统及气化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及煤炭地下气化领域，更具体地，涉及一种煤炭地下气化系统及气化方法。
【背景技术】
[0002]煤炭地下气化就是将处于地下的煤炭进行有控制的燃烧，在热及物理化学作用下，产生可燃组分，输送到地面的工艺过程。无井式地下气化炉是借助于从地面向煤层打钻孔，和在钻孔间沿煤层定向钻进开拓气化通道而形成的。
[0003]根据气化工作面移动方式不同分为逆向贯通和正向气化。逆向贯通就是将空气或低浓度富氧作助燃剂，以低速通过定向孔或煤层裂隙送到火区，使火焰工作面沿与气流流动方向相反的方向移动，在低温燃烧下主要产生CO2和使煤层中的水蒸发成水蒸气，该过程用于定向水平孔通道扩展。正向气化就是将空气或高浓度富氧作为气化剂，以高流量注入火区，使火焰工作面沿与气流流动方向相同的方向移动，在高温燃烧下形成氧化区、还原区、干馏干燥区，该过程用于生产。
[0004]专利号为ZL200810119354.2的专利公开了一种无井式气化工艺，其介绍了一种利用辅助孔反向燃烧逐段扩展气化通道的方法。其缺点在于:首先，采用先贯通后气化的方式，导致气化炉达产时间长；其次，贯通某段时，其它未贯通通道易产生缩孔；再次，贯通过程中产生的水蒸气无法被有效利用，降低了气化效率。

【发明内容】

[0005]针对相关技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种能够使逆向贯通过程与正向气化过程同步进行的煤炭地下气化系统及气化方法。
[0006]为实现上述目的，本发明提供了一种煤炭地下气化系统，其包括:位于煤层中的第一通道，两端分别连通出气孔和辅助孔，以及第二通道，两端分别连通辅助孔与定向孔，由定向孔通入助燃剂，第二通道形成逆向贯通区，由辅助孔通入气化剂，第一通道形成正向气化区。
[0007]优选地，还包括与定向孔连通的助燃剂输入装置，以及与定向孔和辅助孔连通的气化剂输入装置。
[0008]优选地，助燃剂输入装置连通第一调节装置，第一调节装置调整助燃剂的体积流量和压力；以及气化剂输入装置连通第二调节装置，第二调节装置调整气化剂的体积流量和压力。
[0009]根据本发明的另一方面提供了一种煤炭地下气化方法，包括:构建出气孔、定向孔、辅助孔、连通出气孔和辅助孔的第一通道、连通辅助孔和定向孔的第二通道；由辅助孔通入气化剂对第一通道进行正向气化，同时由定向孔通入助燃剂对第二通道进行逆向贯通。
[0010]优选地，构建完成后还包括:在出气孔与第一通道连通处点火；向定向孔通入助燃剂对第一通道进行逆向贯通，当第一通道贯通完成后，由辅助孔通入气化剂对第一通道进行正向气化，同时向定向孔通入助燃剂对第二通道进行逆向贯通。
[0011]优选地，在辅助孔处的出气中的二氧化碳浓度大于第一预定值时，判断第一通道贯通完成。
[0012]优选地，当第一通道正向气化结束后，由定向孔通入气化剂对第二通道进行气化。
[0013]优选地，在定向孔处二氧化碳浓度大于第二预定值时，判断第一通道正向气化结束。
[0014]优选地，第一预定值和第二预定值均为10%。
[0015]优选地，气化剂的体积流量为助燃剂的体积流量的五倍以上，助燃剂压力大于气化剂压力。
[0016]优选地，助燃剂的体积流量为600?1200Nm3/h，气化剂的体积流量为3000?8000Nm3/h。
[0017]本发明的有益技术效果在于:通过本发明的技术方案，可使逆向贯通过程与正向气化过程同步进行，缩短了气化炉达产时间。同时，助燃剂穿过整个气化通道，因而可避免出现缩孔。此外，由于逆向贯通过程产生的水蒸气和二氧化碳直接送达气化生产区的氧化区和还原区，这有利于控制氧化区的温度并提高煤气中的有效组分；更有利的是，上述水蒸气和二氧化碳用于氧化区和还原区，还减少污水排放量，有利于环境保护。
【专利附图】

【附图说明】
[0018]图1是本发明的煤炭地下气化系统的一个实施例的示意图。
【具体实施方式】
[0019]图1示出了本发明的煤炭地下气化系统的一个实施例的示意图。如图所示，示出了一种煤炭地下气化系统。该系统包括位于煤层17中的第一通道111，第一通道111两端分别连通出气孔12和辅助孔11 ;还包括第二通道112，第二通道112两端分别连通辅助孔11和定向孔10。由定向孔10通入助燃剂，从而使第二通道112形成逆向贯通区；由辅助孔11通入气化剂，从而使第一通道111形成正向气化区。
[0020]出气孔12、辅助孔11和定向孔10的位置按照图1所示的位置关系布置。因此，第一通道111与第二通道112顺序相连。逆向贯通过程和正向气化过程与【背景技术】所述相同。助燃剂的流动方向为从定向孔10至出气孔12的方向，而贯通火焰工作面的移动方向为从出气孔12朝向定向孔10的方向。正向气化过程中，气化剂的流向为从辅助孔11向出气孔12，或从定向孔10向辅助孔11，气化火焰工作面的移动方向与气化剂的流向相同。
[0021]通过本发明的技术方案，当对第二通道112进行逆向贯通时，可同时对第一通道111进行正向气化。由于逆向贯通过程与正向气化过程可同时发生，因此，相较于先将通道完全贯通再进行气化的情况，可缩短达产时间，即，可降低从贯通过程开始到达产的整个过程所需的时间。同时，由于助燃剂由定向孔10进入，因此，其可流过第二通道112，同时可流过第一通道111，因此与先贯通第一通道111再贯通第二通道112的情况相比，可降低定向孔10发生缩孔的可能性。此外，由于第二通道112的贯通过程中产生的二氧化碳和水蒸气需穿过第一通道111流出，这些二氧化碳和水蒸气可促进气化反应正向进行，这样不仅会降低温度以防止煤层过热，还由于促进了正向反应进行而提高了煤气中的有效组分的含量；除此之外，由于二氧化碳和水蒸气用于上述气化过程，因而有助于减少污水的排放量，这样会促进环境保护。
[0022]出气孔12可与排气管或产气管选择性连通，从而排放第一通道111的贯通阶段的排气，或者排放第一通道111的气化阶段的产气或第二通道112的气化阶段的产气。辅助孔11可与气化剂输入装置连通，从而在第一通道111的气化过程中输入气化剂。定向孔10可与助燃剂输入装置连通，从而为整个贯通过程不断地提供助燃剂，同时，该定向孔10还可与气化剂输入装置选择性连通，从而在第二通道112气化过程期间，通过定向孔10为该过程供应气化剂。
[0023]第一流量调节阀9控制通入辅助孔11中的气化剂的量，第二流量调节阀7控制通入定向孔10的助燃剂的量，第三流量调节阀8控制通入定向孔10的气化剂的量。第二流量调节阀7和第三流量调节阀8为互锁关系。在本实施例中，气化剂和助燃剂均为空气A，只是因分别用于气化过程和贯通过程而出于简明目的分别表述为气化剂和助燃剂。本领域技术人员应当理解，除空气外，气化剂和助燃剂可为其它合适的气体，诸如助燃剂为含氧量较低的惰性气体，气化剂为含氧量较高的惰性气体。
[0024]该气化系统还可包括用于定向孔10的、与助燃剂输入装置连通的第一调节装置。该调节装置包括第四流量调节阀I和调压器2，分别用于调整助燃剂的体积流量和压力。类似地，该气化系统还可包括用于辅助孔11的、与气化剂输入装置连通的第二调节装置，其包括第五流量调节阀3和调压器6，分别用于调整气化剂的体积流量和压力。借助于上述两个调节装置(第一调节装置和第二调节装置)，可保证气化剂与助燃剂的体积流量比、压力比恰当，优选地，将气化剂的体积流量调节为助燃剂的体积流量的至少5倍，且将助燃剂压力调节为大于气化剂压力，从而实现逆向贯通过程与正向气化过程同步进行。优选地，助燃剂的体积流量为600?1200Nm3/h，气化剂的体积流量为3000?8000Nm3/h。
[0025]气化系统还可包括供氧装置。如图1所示，该供氧装置可包括第六流量调节阀4和混合器5，从而在第六流量调节阀4开启时，将适量的氧气通入混合器5，并使氧气在混合器5中与流过第五流量调节阀3的空气混合，之后该混合的气化剂流入辅助孔11用于第一通道气化过程。此外，该氧气-空气混合物还可通过第三流量调节阀8用于第二通道的气化过程。
[0026]除此之外，该煤炭气化系统还可包括采样检测装置，该检测装置可为本领域惯用的气胆或红外探测装置。在第一通道111的贯通过程中，该采样检测装置可用于检测辅助孔11处的出气中的二氧化碳的浓度，当其浓度超过第一预定值时，控制装置的控制器(阀门)使辅助孔11与气化剂输入装置连通，从而向辅助孔11中输入气化剂。当检测结果等于或低于第一预定值时，维持检测之前的工作状态。类似地，该检测装置还可用于定向孔10中的气体的检测。具体地，当第一通道111气化结束后，该检测装置检测定向孔10处的气体中的二氧化碳的浓度，当其浓度超过第二预定值时，控制装置关闭第四流量调节阀1、第二流量调节阀7、第一流量调节阀9，并打开第三流量调节阀8，以向定向孔10中通入气化齐U，从而对第二通道112进行气化。类似地，当定向孔10中的检测结果等于或低于第二预定值时，维持检测前的工作状态。在该实施例中，第一预定值和第二预定值均为10%。
[0027]本发明还提供了一种煤炭气化方法。该方法的一个实施例包括:构建出气孔12、定向孔10和辅助孔11，并构建连通出气孔12和辅助孔11的第一通道111以及连通辅助孔11和定向孔10的第二通道112。之后，由辅助孔11通入气化剂对第一通道111进行正向气化，同时由定向孔10通入助燃剂对第二通道112进行逆向贯通。
[0028]通过上述方法，可使第二通道112的逆向贯通过程与第一通道111的正向气化过程同时进行，并实现上述的其它优点。同时，逆向贯通过程与正向气化过程同样如上参照煤炭地下气化系统所述。在上述通道和孔的构建过程完成后，在出气孔12与第一通道111的连通处点火，并通过定向孔10输入助燃剂对第一通道111进行逆向贯通，从而形成点火列或点火区14。之后，打开辅助孔11的出气口，对辅助孔11中的气体取样检测，当该气体中的二氧化碳浓度大于第一预定值时，关闭辅助孔11的出气口，打开辅助孔11的进气口，向辅助孔11中引入气化剂。将气化剂的体积流量调节为助燃剂的体积流量的五倍以上，将助燃剂压力调整为大于气化剂压力，以确保对第一通道111的正向气化和第二通道112的逆向贯通同步进行。当该气体中的二氧化碳浓度小于或等于第一预定值时，维持检测前的工作状态。与上述对辅助孔11中的气体的检测方法类似，当定向孔10处的二氧化碳浓度大于第二预定值时，判断第一通道111的正向气化过程结束，此时由定向孔10通入气化剂，从而对第二通道112进行气化。当定向孔10处的二氧化碳浓度小于或等于第二预定值时，维持检测前的工作状态。
[0029]具体地，通过出气孔12下放加压控水点火器，将煤层17点燃，并打开第四流量调节阀1和第二流量调节阀7以通过定向孔10通入助燃剂，当煤层燃烧到一定宽度时，即可形成点火列或点火区14。正如本领域技术人员所熟知的，上述宽度可基于通入助燃剂的量、煤层厚度等计算得到。调整助燃剂的流量，在一个实施例中，可将其体积流量调整为600?1200Nm3/h，并通过调压器调整助燃剂的压力，该压力根据需要贯通的通道的长度变化。
[0030]定期开启辅助孔11的出气孔以对辅助孔11取样分析，当气样中二氧化碳的浓度大于第一预定值时，即说明贯通过程的火焰工作面已越过辅助孔11。在该实例中，第一预定值为10%。而当火焰工作面已越过辅助孔11时，即可关闭出气孔而打开辅助孔11的进气孔，从而向辅助孔11中供给气化剂。而当检测结果等于或低于第一预定值时，维持检测前的工作状态。具体地，当检测值大于10%时，打开图1示出的第五流量调节阀3和第一流量调节阀9，由辅助孔11通入气化剂。第五流量调节阀3和第一流量调节阀9以调节气化剂的体积流量，在一个实例中，可将该体积流量调整为3000?8000Nm3/h，即要保持辅助孔11中的进气量是定向孔10中的进气量的5倍以上，从而实现辅助孔11至出气孔12之间的气化腔的正向气化过程。同时，根据贯通程度及气化程度等调节助燃剂和气化剂的压力，并保持助燃剂压力大于气化剂压力，从而保持逆向贯通与正向气化同时进行。即，保持气化区15和逆向贯通火区16中的反应同步进行。
[0031]为提高煤气中的有效成分及热值，可向气化剂中添加氧气B。如图1所示，开启第六流量调节阀4，从而使氧气与空气在混合器5中混合，并随后进入到辅助孔11中。
[0032]当出气孔与辅助孔之间的气化反应结束时，可对定向孔中的气体取样分析，以确定其中的二氧化碳浓度是否大于第二预定值。正如本领域技术人员所熟知的，上述反应结束过程可基于产气量、煤层厚度、煤层宽度及出气孔与辅助孔之间的第二通道的长度计算得到。当上述二氧化碳浓度大于第二预定值时，关闭第四流量调节阀1和第二流量调节阀7，打开第三流量调节阀8，从而向定向孔中通入气化剂，从而对第二通道进行气化。同样地，当检测结果等于或小于10%时，维持检测前的工作状态。在该实例中，第二预定值为10%。如上所述，同样可以向该气化剂中添加氧气。
[0033] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种煤炭地下气化系统，包括:位于煤层中的第一通道(111)，两端分别连通出气孔(12)和辅助孔(11)，以及第二通道(112)，两端分别连通辅助孔(11)与定向孔(10)，其特征在于，由定向孔(10)通入助燃剂，所述第二通道(112)形成逆向贯通区，由辅助孔(11)通入气化剂，所述第一通道(111)形成正向气化区。
2.根据权利要求1所述的煤炭地下气化系统，其特征在于，还包括与所述定向孔(10)连通的助燃剂输入装置，以及与定向孔(10)和辅助孔(11)连通的气化剂输入装置。
3.根据权利要求2所述的煤炭地下气化系统，其特征在于，所述助燃剂输入装置连通第一调节装置，所述第一调节装置调整所述助燃剂的体积流量和压力；以及所述气化剂输入装置连通第二调节装置，所述第二调节装置调整所述气化剂的体积流量和压力。
4.一种煤炭地下气化方法，其特征在于，包括:构建出气孔(12)、定向孔(10)、辅助孔(11)、连通所述出气孔(12)和辅助孔(11)的第一通道(111)、连通所述辅助孔(11)和定向孔(10)的第二通道(112)；由辅助孔(11)通入气化剂对所述第一通道(111)进行正向气化，同时由定向孔(10)通入助燃剂对第二通道(112)进行逆向贯通。
5.根据权利要求4所述的煤炭地下气化方法，其特征在于，构建完成后还包括:在所述出气孔(12)与所述第一通道(111)连通处点火；向所述定向孔(10 )通入助燃剂对所述第一通道(111)进行逆向贯通，当所述第一通道(111)贯通完成后，由辅助孔(11)通入气化剂对所述第一通道(111)进行正向气化，同时向所述定向孔(10 )通入助燃剂对第二通道(112)进行逆向贯通。
6.根据权利要求5所述的煤炭地下气化方法，其特征在于，在所述辅助孔(11)处的出气中的二氧化碳浓度大于第一预定值时，判断所述第一通道(111)贯通完成。
7.根据权利要求4所述的煤炭地下气化方法，其特征在于，当所述第一通道(111)正向气化结束后，由所述定向孔(10 )通入气化剂对所述第二通道(112)进行气化。
8.根据权利要求7所述的煤炭地下气化方法，其特征在于，在所述定向孔(10)处二氧化碳浓度大于第二预定值时，判断所述第一通道(111)正向气化结束。
9.根据权利要求6或8所述的煤炭地下气化方法，其特征在于，所述第一预定值和第二预定值均为10%。
10.根据权利要求4所述的煤炭地下气化方法，其特征在于，气化剂的体积流量为助燃剂的体积流量的五倍以上，助燃剂压力大于气化剂压力。
11.根据权利要求10所述的煤炭地下气化方法，其特征在于，所述助燃剂的体积流量为600?1200Nm3/h，所述气化剂的体积流量为3000?8000Nm3/h。
【文档编号】E21B43/295GK103742122SQ201410042521
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2014年1月28日 优先权日:2014年1月28日
【发明者】梁杰, 席建奋, 钱路新, 刘淑琴, 赵丽梅, 王张卿, 崔勇, 梁鲲 申请人:新奥气化采煤有限公司