一种煤炭地下气化工艺
专利汇可以提供一种煤炭地下气化工艺专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 煤 炭地下 气化 工艺，具体为：①设置若干竖井及其连接通道；②选择两个竖井作为进、出气井，点燃进气井下 煤层 ，形成地下气化炉；③回收CO2，将其与 氧 气混合后输入到气化炉，调节O2的比例将燃烧区 温度 控制在600℃－1300℃；④出现燃空区后，利用CO2置换出燃空区 吸附 的O2、CO、H2和CH4，同时使CO2与残余 碳 进行还原反应；⑤待进气井和相邻竖井之间完全形成燃空区后，将相邻竖井作为第二进气井输入混合气，并在燃空区内沉降CO2；⑥待第二进气井和相邻竖井之间完全形成新燃空区后，将该相邻竖井作为第三进气井输入混合气，置换新燃空区的O2、CO、H2和CH4并沉降CO2；如此循环。本工艺不但可减少CO2的排放，而且减少 能源 消耗，提高资源利用率。，下面是一种煤炭地下气化工艺专利的具体信息内容。
1.一种煤炭地下气化工艺，具体为：
(1)间隔设置若干个由地面钻至地下煤层的竖井，在地下煤层中挖掘依 次连通各竖井的连接通道；
(2)首先，将位于连接通道一端的竖井作为第一进气井，选择其他任一 竖井作为出气井，封闭其余竖井；然后，向第一进气井输入氧气或 空气，点燃第一进气井下的煤层，使得氧气与地下燃烧区中的碳发 生反应：
C+O2→CO2+393kj/mol
2C+O2→2CO+231.4kj/mol
直至地下煤层燃烧区的温度上升至600℃以上，形成从第一出气井 处燃起，沿连接通道向出气井方向燃进的地下气化炉；
(3)从出气井回收地下气化炉产生的CO2，将其与氧气混合，控制混合 气中CO2的体积比为0-60％，并将混合气作为气化剂通过第一进气 井输入到地下气化炉，通过调节气化剂中O2的比例将燃烧区的温度 控制在600℃-1300℃范围内，在燃烧区中，CO2与碳发生还原反应：
CO2+C→2CO
(4)在地下气化炉持续燃烧一段时间并出现燃空区后，随着燃空区的逐 步扩大，逐步提高输入到第一进气井的混合气中CO2的浓度，利用 混合气中的CO2置换出燃空区气化残留物所吸附的O2、CO、H2和CH4， 同时利用燃空区的余热使CO2与燃空区内的残余碳进行还原反应：
CO2+C→2CO
(5)待第一进气井和与其相邻的第二号竖井之间的煤层完全形成燃空 区后，打开第二号竖井，将其作为第二进气井向地下气化炉输入混 合气化剂，并同样选择位于气化炉另一侧的其他任一竖井作为出气 井、封闭该侧的其余竖井，同时将输入第一进气井的混合气中的CO2 的比例提高至100％，继续利用CO2置换出燃空区气化残留物所吸附 的O2、CO、H2和CH4，并利用CO2比重较大的特点，在燃空区内沉降 CO2；
(6)待第二进气井和与其相邻的第三号竖井之间的煤层完全形成新的 燃空区后，逐步减少第一进气井的CO2输入量，直至关闭第一进气 井，与此同时，打开第三号竖井，将其作为第三进气井向地下气化 炉输入混合气化剂，同样选择位于气化炉另一侧的其他任一竖井作 为出气井、封闭该侧的其余竖井，并且将输入第二进气井的混合气 中的CO2的比例提高至100％，继续利用CO2置换出新燃空区气化残 留物所吸附的O2、CO、H2和CH4，并在新的燃空区内沉降CO2；如此 循环，直至地下气化炉燃进到连接通道另一端，并气化完毕。
2.根据权利要求1所述的一种煤炭地下气化工艺，其特征在于，步骤(3) 中所述气化剂中O2所占的体积比为40-80％。
3.一种煤炭地下气化工艺，具体为：
(1)间隔设置若干个由地面钻至地下煤层的竖井，在地下煤层中挖掘依 次连通各竖井的连接通道；
(2)首先，将位于连接通道中部的任一竖井作为第一进气井，选择第一 进气井两侧的任意两个竖井作为出气井，封闭其余竖井；然后，向 第一进气井输入氧气或空气，点燃第一进气井下的煤层，使得氧气 与地下燃烧区中的碳发生反应：
C+O2→CO2+393kj/mol
2C+O2→2CO+231.4kj/mol
直至地下煤层燃烧区的温度上升至600℃以上，形成从第一出气井 处燃起，沿连接通道分别向两侧出气井方向燃进的两个地下气化 炉；
(3)出气井回收地下气化炉产生的CO2，将其与氧气混合，控制混合气 中CO2的体积比为0-60％，并将混合气作为气化剂通过第一进气井 输入到地下气化炉，通过调节气化剂中O2的比例将燃烧区的温度控 制在600℃-1300℃范围内，在燃烧区中，CO2与碳发生还原反应：
CO2+C→2CO
(4)在两地下气化炉持续燃烧一段时间并出现两燃空区后，随着燃空区 的逐步扩大，逐步提高输入到第一进气井的混合气中CO2的浓度， 利用混合气中的CO2置换出两燃空区气化残留物所吸附的O2、CO、 H2和CH4，同时利用两燃空区的余热使CO2与燃空区内的残余碳进行 还原反应：
CO2+C→2CO
(5)待两地下气化炉燃进到第一进气井两侧相邻的两个竖井处并在各 自后方完全形成燃空区后，打开第一进气井两侧相邻的两个竖井， 将该两竖井作为第二进气井向两地下气化炉输入混合气化剂，并选 择每个气化炉另一侧的其他任一竖井作为出气井、封闭该侧的其余 竖井，同时将输入第一进气井的混合气中的CO2的比例提高至100％， 继续利用CO2置换出燃空区气化残留物所吸附的O2、CO、H2和CH4， 并利用CO2比重较大的特点，在燃空区内沉降CO2；
(6)待两地下气化炉燃进到两个新的竖井处并在各自后方再次形成两 个新的燃空区后，打开该两个新的竖井，将其作为两第三进气井向 两地下气化炉输入混合气化剂，并同样选择位于量气化炉另一侧的 其他任一竖井作为出气井、且封闭该侧的其余竖井，并且将输入第 二进气井的混合气中的CO2的比例提高至100％，继续利用CO2置换 出新燃空区气化残留物所吸附的O2、CO、H2和CH4，并在新的燃空 区内沉降CO2，与此同时，逐步减少第一进气井的CO2输入量，直至 关闭第一进气井；如此循环，直至两地下气化炉分别燃进到连接通 道两端，并气化完毕。
4.根据权利要求3所述的一种煤炭地下气化工艺，其特征在于，步骤(3) 中所述气化剂中O2所占的体积比为40-80％。
技术领域
背景技术
现有技术中煤炭气化方法可分为地面气化法和地下气化法。
煤炭地面气化法是在地面通过气化炉实现的。按煤在气化炉内的运 动方式，气化方法可划分为三类，即固定床(移动床)气化法、流动床 (沸腾床)气化法和气流床气化法。
煤炭地下气化是通过巷道掘进或钻孔掘进的方式，在自然煤层内布 置进出气孔、气流通道、气化区、隔离区和泄水通道等，并最终形成地 下气化炉(参见公开号为CN 1854459A的中国专利文献)，然后将气化剂 通入煤层内，然后点燃煤层并控制煤层内煤与气化剂反应过程的气化方 式。
与地面气化相比，地下气化方法将采煤、巷道掘进、煤炭的地下提 升和地面储存、洗选、运输等多项环节集为一体，在将煤炭开采和清洁 利用有效结合的同时，具有高效、环保、安全的特点，因此是一种具有 广泛前景的煤炭气化技术。
煤炭地下气化和地面气化的基本化学反应相同，其过程简单而言， 是将氧气等气化剂与气化炉(地面或地下)中的煤先后或同时发生氧化 燃烧、还原、转化、甲烷化等反应。基本反应方程式为：
C+O2→CO2(1)
CO2+C→2CO (2)
H2O+C→H2+CO (3)
C+2H2→CH4 (4)
CO+H2O→CO2+H2 (5)
2C+O2→2CO (6)
2CO+O2→2CO2 (7)
C+2H2O(g)→CO2+2H2 (8)
2H2+O2＝2H2O+484 (9)
2C+2H2O＝CH4+CO2 (10)
CO+3H2→CH4+H2O+206.4 (11)
2CO+2H2→CH4+CO2+247.4 (12)
CO2+4H2→CH4+2H2O+165.4 (13)
其中(2)、(3)、(8)为吸热反应，其余均为放热反应。(1)-(9) 为主要反应，(10)-(13)为辅助反应。煤炭气化生成的产品气的组分 为CO、H2、CH4和其他组分包括CO2等气体，该产品气可应用于城市煤气 供应和煤化工合成。
从上述煤气化过程中的化学反应可以看出，在煤的气化产物中含有 大量的CO2，而且随着煤炭气化技术的广泛应用，产生的CO2将越来越多， CO2作为一种众所周知的温室气体，如果将煤炭地下气化过程中产生的CO2 全部排放到大气中，将进一步加剧地球温室效应。因此，在进行煤炭地 下气化过程中如何有效的利用和回收CO2、减少其排放量成为人们研究的 一个重要课题。
发明内容
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
(1)间隔设置若干个由地面钻至地下煤层的竖井，在地下煤层中挖掘依 次连通各竖井的连接通道；
(2)首先，将位于连接通道一端的竖井作为第一进气井，选择其他任一 竖井作为出气井，封闭其余竖井；然后，向第一进气井输入氧气或 空气，点燃第一进气井下的煤层，使得氧气与地下燃烧区中的碳发 生反应：
C+O2→CO2+393kj/mol
2C+O2→2CO+231.4kj/mol
直至地下煤层燃烧区的温度上升至600℃以上，形成从第一出气井 处燃起，沿连接通道向出气井方向燃进的地下气化炉；
(3)从出气井回收地下气化炉产生的CO2，将其与氧气混合，控制混合 气中CO2的体积比为0-60％，并将混合气作为气化剂通过第一进气 井输入到地下气化炉，通过调节气化剂中O2的比例将燃烧区的温度 控制在600℃-1300℃范围内，在燃烧区中，CO2与碳发生还原反应：
CO2+C→2CO
(4)在地下气化炉持续燃烧一段时间并出现燃空区后，随着燃空区的逐 步扩大，逐步提高输入到第一进气井的混合气中CO2的浓度，利用 混合气中的CO2置换出燃空区气化残留物所吸附的O2、CO、H2和CH4， 同时利用燃空区的余热使CO2与燃空区内的残余碳进行还原反应：
CO2+C→2CO
(5)待第一进气井和与其相邻的第二号竖井之间的煤层完全形成燃空 区后，打开第二号竖井，将其作为第二进气井向地下气化炉输入混 合气化剂，并同样选择位于气化炉另一侧的其他任一竖井作为出气 井、封闭该侧的其余竖井，同时将输入第一进气井的混合气中的CO2 的比例提高至100％，继续利用CO2置换出燃空区气化残留物所吸附 的O2、CO、H2和CH4，并利用CO2比重较大的特点，在燃空区内沉降 CO2；
(6)待第二进气井和与其相邻的第三号竖井之间的煤层完全形成新的 燃空区后，封闭第一进气井，与此同时，打开第三号竖井，将其作 为第三进气井向地下气化炉输入混合气化剂，同样选择位于气化炉 另一侧的其他任一竖井作为出气井、封闭该侧的其余竖井，并且将 输入第二进气井的混合气中的CO2的比例提高至100％，继续利用CO2 置换出新燃空区气化残留物所吸附的O2、CO、H2和CH4，并在新的 燃空区内沉降CO2；如此循环，直至地下气化炉燃进到连接通道另 一端，并气化完毕。
实现本发明目的的另一个技术方案是：
(1)间隔设置若干个由地面钻至地下煤层的竖井，在地下煤层中挖掘依 次连通各竖井的连接通道；
(2)首先，将位于连接通道中部的任一竖井作为第一进气井，选择第一 进气井两侧的任意两个竖井作为出气井，封闭其余竖井；然后，向 第一进气井输入氧气或空气，点燃第一进气井下的煤层，使得氧气 与地下燃烧区中的碳发生反应：
C+O2→CO2+393kj/mol
2C+O2→2CO+231.4kj/mol
直至地下煤层燃烧区的温度上升至600℃以上，形成从第一出气井 处燃起，沿连接通道分别向两侧出气井方向燃进的两个地下气化 炉；
(3)从出气井回收地下气化炉产生的CO2，将其与氧气混合，控制混合 气中CO2的体积比为0-60％，并将混合气作为气化剂通过第一进气 井输入到地下气化炉，通过调节气化剂中O2的比例将燃烧区的温度 控制在600℃-1300℃范围内，在燃烧区中，CO2与碳发生还原反应：
CO2+C→2CO
(4)在两地下气化炉持续燃烧一段时间并出现两燃空区后，随着燃空区 的逐步扩大，逐步提高输入到第一进气井的混合气中CO2的浓度， 利用混合气中的CO2置换出两燃空区气化残留物所吸附的O2、CO、 H2和CH4，同时利用两燃空区的余热使CO2与燃空区内的残余碳进行 还原反应：
CO2+C→2CO
(5)待两地下气化炉燃进到第一进气井两侧相邻的两个竖井处并在各 自后方完全形成燃空区后，打开第一进气井两侧相邻的两个竖井， 将该两竖井作为第二进气井向两地下气化炉输入混合气化剂，并选 择每个气化炉另一侧的其他任一竖井作为出气井、封闭该侧的其余 竖井，同时将输入第一进气井的混合气中的CO2的比例提高至100％， 继续利用CO2置换出燃空区气化残留物所吸附的O2、CO、H2和CH4， 并利用CO2比重较大的特点，在燃空区内沉降CO2；
(6)待两地下气化炉燃进到两个新的竖井处并在各自后方再次形成两 个新的燃空区后，打开该两个新的竖井，将其作为两第三进气井向 两地下气化炉输入混合气化剂，封闭第一进气井，并同样选择位于 量气化炉另一侧的其他任一竖井作为出气井、且封闭该侧的其余竖 井，并且将输入第二进气井的混合气中的CO2的比例提高至100％， 继续利用CO2置换出新燃空区气化残留物所吸附的O2、CO、H2和CH4， 并在新的燃空区内沉降CO2；如此循环，直至两地下气化炉分别燃 进到连接通道两端，并气化完毕。
进一步，上述两技术方案步骤(3)中所述气化剂中O2所占的体积比 均为40-80％。
在本发明煤炭地下气化工艺中，首先利用煤炭燃烧后的余热使CO2 与燃空区的煤炭残渣和半焦进行还原反应，然后利用燃空区对CO2的吸附 性强于其他气体的特性，对气化产生的CO2进行吸附，并同时置换出原来 吸附的O2、CO、H2和CH4等气体，最后，利用CO2比重较大的特点，在燃 空区中对CO2进行沉降储存，因此，本发明气化工艺不但能够大大地减少 CO2的排放量，甚至实现零排放，而且减少了能源消耗，提高了资源利用 率。
附图说明
附图为本发明工艺流程示意图。
具体实施方式
如附图所示，实施本发明煤炭地下气化工艺时，首先根据要气化的 煤层的范围，间隔设置9个由地面钻至地下煤层的竖井，并在地下煤层 中挖掘依次连通各竖井的连接通道；然后将位于连接通道两端的1号竖 井作为进气井、9号竖井作为出气井，封闭2-8号竖井，点燃1号竖井下 的煤层，并向进气井输入氧气或空气，使得氧气与地下燃烧区中的碳发 生反应：
C+O2→CO2+393kj/mol
2C+O2→2CO+231.4kj/mol
直至地下煤层燃烧区的温度上升至600℃以上，并形成地下气化炉。
随后从出气井回收地下气化炉产生的混合气，从中分离出CO2气体并 将其与O2混合，控制混合气中CO2的体积比为0-60％，将CO2与O2混合后 的气体作为气化剂通过1号井输入到地下气化炉，调节气化剂中O2的比 例将燃烧区的温度控制在600℃-1300℃范围内，在燃烧区中，CO2与碳 发生还原反应：CO2+C→2CO。其中，与CO2进行混合的气体可以是纯氧， 也可以是空气，或其他含有氧气的混合气体。
在地下气化炉持续工作一段时间，1号井与2号井之间出现燃空区后， 随着燃空区的逐步扩大，逐步提高输入到1号井的气化剂中CO2的浓度， 利用气化剂中的CO2置换出燃空区残留物所吸附的O2、CO、H2和CH4，同 时利用燃空区的余热使CO2与燃空区内未燃烬的煤炭残渣和半焦进行还 原反应：CO2+C→2CO。
待1号井与2号井之间的煤层完全形成燃空区后，打开2号井，通 过2向地下气化炉输入气化剂，同时将输入1号井的混合气中的CO2的比 例提高至100％，继续利用CO2置换出燃空区残留物所吸附的O2、CO、H2 和CH4，并利用CO2比重较大的特点，在燃空区内沉降储存CO2。
待2号气井与3号井之间的煤层完全形成新的燃空区后，封闭1号 井，打开3号井，通过3号井向地下气化炉输入气化剂，同时将输入2 号井的混合气中的CO2的比例提高至100％，继续利用CO2置换出新燃空区 所吸附的O2、CO、H2和CH4，并在新的燃空区内沉降储存CO2。如此循环， 直至地下气化炉推进到出气井，并气化完毕。为了避免从2号井输入的 气体反冲向1号井，影响CO2的沉降储存，在打开3号井并将其作为进气 井后，可逐步减少向1号井输入的CO2的量，直至关闭1号井。
由于地下气化炉经过的燃空区中存在有未燃尽的残煤、半焦，并且 残煤、半焦、气化残渣等残留物仍处于较高的温度状态，这样利用气化 剂中的CO2与这些残煤和半焦进行反应，既使这部分未燃尽的残余碳得到 气化，又充分利用了燃空区的余热。因燃空区未燃尽的残煤、半焦和气 化残渣属于多孔结构，其中吸附有O2、CO、H2和CH4，这些成分对地下气 化来说都属于有效组分，而多孔结构对CO2的吸附能力高于对O2、CO、H2 和CH4的吸附能力，向燃空区输入CO2可以把这些有效组分置换出来。另 外CO2比重比较大，在利用CO2进行还原反应和置换其他气体的同时，还 可将CO2沉降储存在燃空区中。经过上述处理后，随着CO2被吸附、参与 还原反应以及沉降，可大大减少其排放量，甚至实现不排放。
在煤炭气化过程中，使地下气化炉保持足够高的温度是必要的，但 是如果温度过高会导致灰分融化，而融化后的灰分又会将未反应的煤包 围起来，阻止深层煤的顺利气化，造成煤炭资源的浪费和转化率的降低。 通过调整气化剂中O2的比例，将地下气化炉的反应温度控制在600℃- 1300℃的范围内，可避免灰渣的熔融，保证煤炭地下气化的顺利进行。
实验证明，在煤炭地下气化过程中，当气化剂中氧气所占的体积比 为40-80％时，所生产出的产品效果最佳，当氧气的有效体积比在80- 100％之间变化时，氧气含量的增加对最终气化产品有效组分增加的影响 速率降低，因此将气化剂中的氧气含量控制在40-80％，可实现煤炭地 下气化过程最佳的费效比。
在上述实施例中，是以位于一端的9号竖井作为出气井的方式进行 地下煤炭气化的，除此之外，在从1号竖井作为起点进行地下煤炭气化 作业时，也可选择位于地下气化炉燃进方向一侧的任一竖井作为出气井， 如1号竖井作为进气井时，可选择2号竖井作为出气井，待气化炉燃进 到2号竖井后，再打开3号竖井作为出气井，以此类推，直至气化炉燃 进到9号竖井，并气化完毕，并且在上述气化过程中，保持其他的工序 不变。
为了提高生产率，还可选择中间2-8号竖井之一作为起点进行地下 煤炭的气化作业。如选择4号竖井作为第一进行井，选择1-3号竖井之 一作为一侧出气井，再选择5-9号竖井之一作为另一侧出气井，封闭其 他竖井，向进气井内输入氧气或空气，点燃4号竖井下的煤层，使4号 竖井下形成两个分别向两侧的1号竖井和9号竖井燃进的地下煤炭气化 炉，后续工序则与第一实施例相同。另外，在选择4号竖井作为煤炭气 化起点后，还可选择1号竖井和9号竖井作为两个固定的出气井，进行 煤炭的地下气化作业。等等。
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