用于煤炭地下气化工艺的模块化冷却剂注入系统的制作方法

本实用新型涉及一种用于煤炭地下气化工艺的模块化冷却剂注入系统，属于煤炭地下气化工艺设备技术领域。

背景技术：

煤炭地下气化（ISC）是一个借助氧化剂，通过地下煤层的燃烧和气化反应，把煤直接转化为产品气的过程。产品气通常被称为合成气，可以作为燃料生产、化工生产、发电等下游工艺的原料。该工艺过程集合了建井完井、地下采煤和煤气化工艺技术，具有安全性好、投资小、效益高、污染少等优点。

一个用于氧化剂注入的钻井称为“注入井”，另外一个用于生产产品气的钻井称为“产品井”。定向钻井和垂直钻井都可作为注入井或产品井。煤炭地下气化（ISC）可能在注入井和产品井之间还需要使用到一个或多个的垂直井（例如：功能井和辅助井）。

当煤层中有注入井、产品井和水平通道将二者连接起来时，此构造被称为一个煤炭地下气化（ISC）单元或井对。ISC单元包括燃烧区，气化区和热解区。其中，燃烧区在煤层中氧化剂注入点附近；气化区以放射状形态围绕在燃烧区周围或者在燃烧区下游，煤炭在气化区被气化、部分被氧化，从而生成产品气；热解区在气化区下游，煤的热解反应一般在这里发生。高温的产品气从气化区往下游流动，并最终从产品井井口输送到地面。在煤燃烧或气化的同时，煤层中的ISC燃空区会生长变大。

通过煤炭地下气化生成的产品气（粗合成气）通常含有合成气（CO, CO₂, H_2, CH₄及其他气体的混合物）以及其他成分（固体颗粒，水，煤焦油，烃类蒸汽，其他微量组分包括H₂S, NH₄, COS等）。其成分复杂程度取决于多个方面：煤炭地下气化所使用的氧化剂（空气或其他氧化剂，比如氧气、富氧空气或蒸汽混合物）、煤层中的内在水或周边地层渗入煤层中的水、煤质、以及煤炭地下气化工艺的操作参数，包括温度，压力等。

根据已有专利文献，目前现有煤炭地下气化技术面临的具体问题包括：

ISC项目通常位于偏远地区，ISC井场工艺设备和支持服务设备通常需要在现场组装和实施。这需要将各种技术团队及其设备运送到这些偏远的地点以执行该任务。因此，这较大提高了整个项目的建造费用，尤其是在这些偏远地区出现不可预见的气候条件时（雨，雪，高温等），会进一步增加项目的建造费用。另外，项目实施过程中涉及到许多不同类型的部件和工具，非常容易造成建设和总体项目进程的延迟。

ISC项目通常周期为20年至30年，目前没有为后续每2至7年更换并重复使用井口设备和地面设备而做出的任何考虑和规定。

ISC井对会随着项目现场开发进度而逐渐远离已建好的工艺设备和支持服务设备。根据现场的地形地貌如丘陵和山谷，将需要增加附加的泵和工艺系统来输送工艺原料和产物从/到其地面工艺设施。

对于在工业化规模项目实施之前所需的试验/示范装置，需要根据现场具体条件进行设计和建造工艺设备及支持服务设备，这样将严重推迟后续工业化项目的实施和推广进程。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于解决现有技术的不足，提供一种用于煤炭地下气化工艺的模块化冷却剂注入系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于煤炭地下气化工艺的模块化冷却剂注入系统，基于ISC井对的地面冷却剂注入系统，所述模块化冷却剂注入系统包括如下组件：

（1）若干具有移动性的模块化单元容器；

（2）冷却剂存储模块，包含一个或多个冷却剂存储罐、管线和阀门；根据实际需要还可以增加管架；

（3）冷却剂输送模块，包含具有变速驱动器的水泵或多级压缩机、监控仪表和过压保护设备、管线和阀门；根据实际需要还可以增加管架；

（4）冷却剂加药模块，包含抑制剂存储罐、加药泵、监控仪表，止回阀、管线和阀门；根据实际需要还可以增加管架；

所述冷却剂存储模块、冷却剂输送模块和冷却剂加药模块分别单独安置于模块化单元容器内并预先调试。

优选的，采用水作为冷却剂，冷却剂存储模块上游增加原水存储模块和原水处理模块，分别单独安置于模块化单元容器内并预先调试，原水存储模块作为原水的缓冲容器，原水处理模块用于软化原水，防止在冷却过程中结垢堵塞管道。

优选的，监控仪表至少包括压力表和流量表。

优选的，监控仪表至少包括压力表、流量表和pH检测仪。

优选的，所述模块化单元容器采用具有标准高度的3m/20ft或6m/40ft集装箱。

本实用新型的有益效果：本实用新型的模块化冷却剂注入系统有利于改进现有煤炭地下气化技术。在项目达到满负荷运营时，将大大提高项目执行进度，质量控制和成本控制；此外，当在偏远地区建造ISC设备时，模块化冷却剂注入系统将提高低生产率，降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是模块化水冷注入系统的流程示意图；

图2是模块化气冷注入系统的流程示意图。

图中：1、ISO集装箱（模块化单元容器），2、冷却剂存储罐，3、阀门，4、水泵/压缩机，5、监控仪表，6、安全阀，7、抑制剂存储罐，8、加药泵，9、止回阀，10、注入井井口/产品井井口，11、原水处理设备，12、原水存储罐，13、原水，14、处理后的工艺水，15、分离的二氧化碳/干合成气。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的具体说明。

本实用新型的模块化系统具体描述包括可在不同供应商处购买的标准部件，以及特定设计和制造的部件。本实用新型的创新之处，利用单个部件和特制部件设计组合为可移动，模块化、集装箱化的设备系统单元，最终实现ISC冷却剂注入系统的模块化。

一种用于煤炭地下气化工艺的模块化冷却剂注入系统，基于ISC井对的地面冷却剂注入系统，所述模块化冷却剂注入系统包括如下组件：

具有高度移动性的ISO集装箱（具有标准高度的3m/20ft或6m/40ft集装箱）作为模块化单元容器。使用ISO集装箱便于采用卡车，火车和船舶将模块化冷却剂注入系统运送到现场，当它们组装在一起时可提供所需工艺系统的功能。由于ISO集装箱自身较高的结构强度可直接将冷却剂注入设备安置在其内部。同时，可根据现场气候和环境条件的要求，预先给设备的管线安装保温隔热材料或给相应的ISO集装箱安装保温设备等，从而可减少现场所需的土木工程和基建工作量。在运送至偏远现场前，可预先完成所有机械工程、电气和仪表工程的安装调试工作，减少在偏远现场的安装调试工作量。

冷却剂存储模块，包含一个或多个冷却剂存储罐，作为冷却剂的缓冲容器。如果采用水作为冷却剂，冷却剂存储模块上游可增加原水存储模块和原水处理模块。原水存储模块包括一个或多个原水存储罐，作为原水的缓冲容器。原水处理模块可以由沉降，过滤，活性炭，反渗透等设备组成，用于软化原水，防止在冷却过程中结垢堵塞管道。

冷却剂输送模块，包含具有变速驱动器（VSD）的水泵或多级压缩机、监控仪表和过压保护设备（例如压力安全阀，压力调节器）。其中，具有变速驱动器（VSD）的水泵（水作为冷却剂）或多级压缩机（二氧化碳或干合成气冷却剂），用于满足在所需的输送压力下提供相应的冷却剂流量。监控仪表用于控制冷却剂注入流量和压力（水作为冷却剂时，需监控pH值，用于控制加药泵）。过压保护设备用于防止系统压力过载。

冷却剂加药模块，包含抑制剂存储罐，加药泵，监控仪表，止回阀。其中，抑制剂存储罐用于储存防腐防结垢抑制剂。加药泵用于向冷却剂流注入适量的抑制剂，保护下游相关设备。监控仪表用于控制抑制剂的流量和压力。止回阀用于防止冷却剂逆向进入和污染抑制剂流。

在附图，数字编号相同的部件为同一部件。

本实用新型中一个实施方案，模块化水冷注入系统如图1所示。该系统分为5个模块并分别安装在各自的ISO集装箱1内部，原水存储罐12，原水处理设备11，冷却剂存储罐2，冷却剂输送设备（水泵或压缩机4）和冷却剂加药模块，各模块间通过管道和阀门3连通。冷却剂可采用处理后的原水13和/或处理后的工艺水14。原水13通过水泵4输送并储存于原水存储罐12。之后，通过水泵4输送至原水处理设备11进行软化处理，处理后的原水13和/或处理后的工艺水14输送至冷却剂存储罐2。冷却水通过具有变速驱动器（VSD）的水泵4输送至冷却剂加药模块以及下游注入井井口和/或产品井井口10。冷却水的流量和压力通过位于VSD水泵4下游的监控仪表5调剂控制。当水冷注入系统压力超过工作设定压力时，冷却水通过安全阀6排放至冷却剂存储罐2内。防腐防结垢抑制剂位于抑制剂存储罐7，通过加药泵8、监控仪表5和止回阀9注入冷却剂加药模块的冷却水流。混合流通过止回阀9后输送至注入井井口和/或产品井井口10。

本实用新型另一个实施方案，模块化气冷注入系统如图2所示。该系统分为3个模块并分别安装在各自的ISO集装箱1内部，冷却剂存储罐2，冷却剂输送模块（压缩机4）和冷却剂加药模块。冷却剂可采用下游分离的二氧化碳（注入井）或干合成气（产品井）15。冷却气15输送并储存于冷却剂存储罐2。冷却气通过多级压缩机4进行加压处理已满足ISC井对操作压力，并输送至冷却剂加药模块以及下游注入井井口或产品井井口10。冷却气的流量和压力通过位于压缩机4下游的监控仪表5调剂控制。当气冷注入系统压力超过工作设定压力时，冷却气通过安全阀6排放至冷却剂存储罐2内。防腐防结垢抑制剂位于抑制剂存储罐7，通过加药泵8、监控仪表5和止回阀9注入冷却气流。混合流通过止回阀9后输送至注入井井口（二氧化碳）或产品井井口（干合成气）10。

以上所述提及的“一个实施方案”包括在实施方案中描述的相关特性、结构、特征都与本实用新型的其中至少一个实施方案相关。因此，以上所述多次提及“一个实施方案中”的地方并非都特指同一个实施方案。此外，在实施方案中描述的相关特性、结构、特征可以以任何合适的方式一个或多个组合。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方案而已，并不用于限制本实用新型。对于本领域的技术人员，本实用新型可以有各种变化和更改。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。