注气装置、煤炭地下气化系统及煤炭地下气化方法专利检索-煤炭地下气化煤气化化学反应，工艺和试剂专利检索查询-专利查询网

注气装置、煤炭地下 气化系统及煤炭地下气化方法

阅读：913发布：2020-05-21

专利汇可以提供注气装置、煤炭地下气化系统及煤炭地下气化方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明一方面涉及一种用于煤炭地下气化的注气装置，包括：注水管、筒状雾化器，在其器壁上围绕其轴线设置有喷嘴。另一方面，提供一种煤炭地下气化系统，设置有上述注气装置。本发明还提供一种使用上述注气装置的煤炭地下气化方法，通过所述注气装置向所述进气通道中喷射水雾，以吸收进气通道中的热量形成水蒸气进入气化通道中。经注气装置的雾化器的喷嘴将液态水以雾化的形式喷到进气通道的内壁，并在与进气通道的内壁换热后进一步汽化形成水蒸气参与气化工作面的煤层气化反应。由此，有效地保证水蒸气进入气化通道，控制气化工作面温度，提高煤气中有效气体的组分含量。煤炭地下气化系统可实现由气化产生的污水的有效地循环利用。，下面是注气装置、煤炭地下气化系统及煤炭地下气化方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于煤炭地下气化的注气装置，其特征在于，包括：
注水管（1）；
筒状雾化器（2），其两端分别设置为敞开的开口端和封闭的封闭端，并且在其器壁上围绕其轴线设置有多个喷嘴（3）；
其中，所述注水管（1）的出口流体连通所述筒状雾化器（2）的所述开口端。
2.根据权利要求1所述的注气装置，其特征在于，
沿所述雾化器（2）的轴线方向设置有至少一圈所述喷嘴（3），同一圈中的喷嘴（3）均匀地围绕所述轴线布置并位于同一平面内，所述平面垂直于雾化器（2）的轴线。
3.根据权利要求2所述的注气装置，其特征在于，
所述多个喷嘴（3）围绕所述轴线布置成至少两圈，在每相邻的上下两圈喷嘴中，下圈中所有喷嘴绕所述轴线相对于上圈所有喷嘴旋转恒定角度。
4.根据权利要求1所述的注气装置，其特征在于，
所述多个喷嘴（3）呈螺旋状地布置在所述筒状雾化器（2）的器壁上，且每相邻两个所述喷嘴（3）围绕所述轴线相夹恒定角度。
5.根据权利要求3或4所述的注气装置，其特征在于，
所述恒定角度大于5°且小于15°。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的注气装置，其特征在于，
所述喷嘴（3）为贯通的锥形孔，沿着从所述筒状雾化器（2）内周壁指向其外周壁的方向渐缩。
7.根据权利要求1所述的注气装置，其特征在于，还包括：
设置于所述筒状雾化器（2）的外周壁上的扶正器（4）。
8.一种煤炭地下气化系统，包括：
进气通道（5）、出气通道（6）、连通所述进气通道（5）和所述出气通道（6）的气化通道（7）；
其特征在于，还包括：
与所述出气通道（6）的出气口连通的水气分离器（9），所述水气分离器（9）设置有排水口；
与所述排水口连通的污水池（10）；
伸入所述进气通道（5）中的注气装置（12），所述注气装置（12）为上述权利要求1－7中任一项所述的注气装置；以及
连通所述污水池（10）和所述注气装置（12）中注水管（1）的污水泵（11）。
9.根据权利要求8所述的煤炭地下气化系统，其特征在于，
还包括：与所述进气通道（5）的内壁形状配合地设置的套管（13），所述注气装置（12）伸入所述套管（13）中，所述套管（13）与所述注气装置（12）中注水管（1）之间空间形成气化剂注入通道；
其中，所述套管（13）的一端从所述进气通道（5）突出并设置有第一法兰盘；
所述注水管（1）的入口的外周壁上套设有第二法兰盘，
所述第一法兰盘连接于所述第二法兰盘。
10.一种使用上述权利要求1-7中任一项所述注气装置的煤炭地下气化方法，包括以下步骤：
a.建立进气通道、出气通道和连通所述进气通道和所述出气通道的气化通道；
b.将所述注气装置伸入所述进气通道中；
c.通过所述进气通道注入助燃剂并点燃煤层；
d.通过所述进气通道通入气化剂；
e.通过所述注气装置中喷嘴向所述进气通道中喷射水雾，以吸收进气通道中的热量形成水蒸气，所述水蒸气由喷入的气化剂送入气化通道中。
11.根据权利要求10所述的煤炭地下气化方法，其特征在于，
在所述步骤b中：所述筒状雾化器的封闭端距离所述气化通道的底部的距离，位于
300mm至1000mm的范围内，并根据煤层所处地质条件及煤层厚度的差异，在上述范围内选择适当距离值。
12.根据权利要求10所述的煤炭地下气化方法，其特征在于，还包括如下步骤：
收集由所述出气通道排出的煤气中的水蒸气；
将所述水蒸气冷凝成液态水；
将所述液态水注入注气装置中经由所述喷嘴喷出。

说明书全文

注气装置、煤炭地下 气化系统及煤炭地下气化方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种注气装置、一种煤炭地下气化系统及一种煤炭地下气化方法。

背景技术

[0002] 煤炭地下气化是一种高效清洁地利用低品质煤炭资源的能源转化技术，即将处于地下的煤炭直接进行有控制地燃烧,通过对煤的热作用及化学作用而产生可燃气体的过程。由于不同煤层所处水文地质条件的差别，煤炭地下气化技术实施后的效果优劣有别。尤其在含水较为丰富的煤层中，由于煤层气化过程是一个体积自膨胀的化学过程，煤层燃烧过程中放出大量的热，放出的热量使煤层中存在的大量的水汽化形成水蒸气，并在体积膨胀过程中将水蒸气沿气化通道驱送到气化炉外，使得转化而成的水蒸气并未能全部有效参与煤层气化反应，由此降低了煤气中氢气的含量，从而降低了煤气的质量。

[0003] 另外，由于工业气化炉气化通道较长，一般长度范围从几十米到几百米之间。水蒸气沿气化通道行进过程中，由于通道壁面的冷却作用，水蒸气在到达气化炉出气口时，已形成冷凝污水，形成的冷凝污水随煤气排出气化炉，并经地面水气分离设备分离后进入污水池。工业气化炉规模大，每天由气化炉排出大量的冷凝污水，且污水中含有大量的有机污染组分，如果设置若干大型的污水池，并对冷凝污水进行净化处理，不仅增加了地下气化煤气的生产成本，而且有悖于保护地下水资源的法律法规。

[0004] 专利CN102587884A公开了一种用于地下气化煤气冷凝液的利用工艺，该工艺通过在出气孔设置高温煤气冷却装置，将带有大量水的高温煤气冷却，以获得较为净化的干煤气和煤气冷凝液，并且将煤气冷凝液的部分或全部转化进行收集，通过净化设备的处理后，利用蒸汽发生器将冷凝水转化为低压饱和蒸汽，并通过蒸汽管道将其输送至煤炭地下气化炉，以调节煤气的有效气组分。由于煤炭地下气化炉的核心反应空间在距离地表300米深的地方，任何气化剂的输送必须借助深埋于地层的管道，然而管道处于地层中，无法对管道实施保温措施，且管道在伸到煤层的行程中，还需经过若干含水层。综合上述原因，气化剂在经过管道流动的过程中，必然要与管道壁产生热量的交换。故而，当低压蒸汽通过气化炉的进气口到达煤层反应区时，将被重新冷却变为水，无法实现最初蒸汽的功能，同时消耗了大量的电能产生低压蒸汽。

[0005] 专利CN102606127A公开了一种煤炭地下气化气化炉地下水防控方法及装置，该工艺直接将由煤气经冷却后的冷凝水收集，然后利用输送设备将冷凝水通过管道直接排到地下气化炉进气孔底部。该方法中，将大量的水直接通入气化炉，将会对气化炉产生一定的负面影响，影响气化炉的正常燃烧和气化，严重的时候将会导致气化炉熄灭。在小流量的情况下，由于地下气化炉的反应空间产生一定压力膜，小流量的水在压力膜的作用下无法参与到气化反应中。综上，该专利的方法并没有将水蒸气送入气化通道中，从而并没有实现改善煤气组分的作用。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于提供一种可以有效地将水蒸气送入气化通道的注气装置，以及具有该注气装置的煤炭地下气化系统以及煤炭地下气化方法。

[0007] 为实现上述目的，一方面提供一种用于煤炭地下气化的注气装置，包括：注水管；筒状雾化器，其两端分别设置为敞开的开口端和封闭的封闭端，并且在其器壁上围绕其轴线设置有多个喷嘴；其中，注水管的出口流体连通筒状雾化器的开口端。

[0008] 根据本发明，沿筒状雾化器的轴线方向设置有至少一圈喷嘴，同一圈中的喷嘴均匀地围绕筒状雾化器轴线布置并位于同一平面内，平面垂直于筒状雾化器的轴线。

[0009] 根据本发明，多个喷嘴围绕筒状雾化器的轴线布置成至少两圈，在每相邻的上下两圈喷嘴中，下圈中所有喷嘴绕筒状雾化器的轴线相对于上圈喷嘴旋转恒定角度。

[0010] 根据本发明，多个喷嘴呈螺旋状地布置在筒状雾化器的器壁上，且每相邻两个喷嘴围绕筒状雾化器的轴线相夹恒定角度。

[0011] 根据本发明，恒定角度大于5°且小于15°。

[0012] 根据本发明，喷嘴为贯通的锥形孔，沿着从筒状雾化器内周壁指向其外周壁的方向渐缩。

[0013] 根据本发明，还包括：设置于筒状雾化器的外周壁上的扶正器。

[0014] 另一方面，提供一种煤炭地下气化系统，包括：进气通道、出气通道、连通进气通道和出气通道的气化通道；还包括：与出气通道的出气口连通的水气分离器，水气分离器设置有排水口；与排水口连通的污水池；伸入进气通道中的注气装置，注气装置为上述任一项注气装置；以及连通污水池和注气装置中注水管的污水泵。

[0015] 根据本发明，还包括：与进气通道的内壁形状配合地设置的套管，所述注气装置伸入所述套管中，套管与所述注气装置中注水管之间空间形成气化剂注入通道；其中，套管的一端从进气通道突出并设置有第一法兰盘；注水管的入口的外周壁上套设有第二法兰盘，第一法兰盘连接于第二法兰盘。

[0016] 此外，本发明还提供一种使用有上述中任一项注气装置的煤炭地下气化方法，包括以下步骤：a.建立进气通道、出气通道和连通所述进气通道和所述出气通道的气化通道；b.将所述注气装置伸入所述进气通道中；c.通过所述进气通道注入助燃剂并点燃煤层；d.通过所述进气通道通入气化剂；e.通过所述注气装置中喷嘴向所述进气通道中喷射水雾，以吸收进气通道中的热量形成水蒸气，所述水蒸气由喷入的气化剂送入气化通道中。

[0017] 根据本发明，在所述步骤b中：所述筒状雾化器的封闭端距离所述气化通道的底部的距离，位于300mm至1000mm的范围内，并根据煤层所处地质条件及煤层厚度的差异，在上述范围内选择适当距离值。

[0018] 根据本发明，还包括如下步骤：收集由所述出气通道排出的煤气中的水蒸气；将所述水蒸气冷凝成液态水；将所述液态水注入注气装置中经由所述喷嘴喷出。

[0019] 相比于现有技术，本发明的有益效果为：

[0020] 本发明的用于煤炭地下气化过程中的注气装置，利用从地面到筒状雾化器的封闭端的势能，通过筒状雾化器的喷嘴将液态水以雾化的形式喷到进气通道的内壁，并在与进气通道的内壁换热后（即吸收进气通道内壁的热量）进一步汽化，形成水蒸气。上述形成的水蒸气随气化剂进入气化通道中，并参与气化工作面的煤层气化反应。由此，一方面水与煤层发生的吸热反应可降低气化工作面的反应温度，使不会因气化工作面的反应温度过高而形成贴附在煤层上的灰层，阻碍煤层气化。另一方面，水蒸气与煤层生成氢气以提高煤气中有效气体的组分含量，从而提高了煤气质量。另外，在水与煤层发生的水解反应中，碳原子以一氧化碳分子的形式固定，随着参与反应的液态水的增加，煤层中的碳也被有效利用，进而提高了煤层的利用率，实现煤炭资源的最大化利用。

[0021] 本发明的煤炭地下气化系统，将由出气通道排出的煤气中的水蒸气冷凝后循环经注气装置以水雾的形式向进气通道中喷射，并吸热成水蒸气进入气化通道中参与煤层的气化反应，而生成的煤气中带有的水蒸气再次冷凝注入注气装置中，由此实现了对于煤层水的资源利用，提高地下气化系统的能效，尤其是在降低生产成本的前提下，改善煤气成分和提高地下气化系统效率。

[0022] 本发明的煤炭地下气化方法，注气装置向进气通道的内壁喷射的水雾吸收进气通道内壁的热量形成水蒸气，该水蒸气随气化剂共同进入气化通道中。由此，可有效地保证水蒸气到达气化通道中的气化工作面并参与煤层的燃烧。由于水蒸气与煤层的燃烧是吸热反应，所以可以通过水蒸气有效地到达控制气化工作面的温度，防止气化工作面的温度过高而引起灰分附着于煤层上阻碍气化。此外，水蒸气与煤层的反应生成一氧化碳和氢气，从而改善了煤气中的有效组分，提高了煤气的质量。附图说明

[0023] 图1是本发明的注气装置的一个实施例用于煤炭地下气化过程中的示意图；

[0024] 图2是图1示出的设置雾化器设置于套管中的横截面图；

[0025] 图3是本发明的煤炭地下气化系统的第一个实施例的示意图；

[0026] 图4是本发明的煤炭地下气化系统的第二个实施例的示意图；

[0027] 图5是使用本发明的煤炭地下气化方法的一个实施例的示意图。

具体实施方式

[0028] 下面结合附图对本发明具体实施方式进行描述。

[0029] 参照图1，本发明的用于煤炭地下气化的注气装置12的一个实施例，其包括：注水管1和筒状雾化器2，其两端分别设置为敞开的开口端和封闭的封闭端，并且在其器壁上围绕其轴线设置有喷嘴，其中，注水管1的出口流体连通筒状雾化器2的开口端。

[0030] 如图1示出的，是将注气装置12用于一个实例性的地层中，该地层由地面依次向下为上覆盖层18、含水层17、顶板岩层16和煤层18，进气通道5由地面贯通到煤层15中，并与煤层18中的气化通道7连通，气化通道7中的煤层燃烧，并形成气化工作面，即煤层进行气化燃烧的区域，另外，在进气通道5的内表面可贴合地设置有套管13。

[0031] 本发明的用于煤炭地下气化过程中的注气装置，利用从地面到筒状雾化器的封闭端的势能，通过筒状雾化器的喷嘴将液态水以雾化的形式喷到进气通道的内壁（当设置有上述套管13是，为套管13的内周壁），并在与进气通道的内壁换热后（即吸收进气通道内壁的热量）进一步汽化，形成水蒸气。上述形成的水蒸气随气化剂进入气化通道中，并参与气化工作面的煤层气化反应。由此，一方面水与煤层发生的吸热反应可降低气化工作面的反应温度，使不会因气化工作面的反应温度过高而形成贴附在煤层上的灰层，阻碍煤层气化。另一方面，水蒸气与煤层生成氢气以提高煤气中有效气体的组分含量，从而提高了煤气质量。另外，在水与煤层发生的水解反应中，碳原子以一氧化碳分子的形式固定，随着参与反应的液态水的增加，煤层中的碳也被有效利用，进而提高了煤层的利用率，实现煤炭资源的最大化利用。

[0032] 进一步，在本实施例中，筒状雾化器2沿其轴线方向设置有至少一圈喷嘴3，同一圈中的喷嘴3均匀地围绕轴线布置并其轴线位于同一平面内，平面垂直于筒状雾化器2的轴线。并且，多个喷嘴3围绕轴线布置成至少两圈，在每相邻的上下两圈喷嘴中，下圈中所有喷嘴绕轴线相对于上圈所有喷嘴旋转恒定角度。例如，相邻两圈喷嘴中，沿筒状雾化器2的封闭端指向开口端的方向，最靠近封闭端的一圈为上圈，最远离封闭端的一圈为下圈，以上圈中所有喷嘴为基准，下圈中的所有喷嘴相对于上圈中的所有喷嘴转到恒定角度。更具体地，沿封闭端指向开口端的方向，以第一层喷嘴（最靠近封闭端的一层喷嘴）基准，第二层喷嘴与第一层喷嘴设置的喷嘴个数完全相同，第二层喷嘴相对第一层喷嘴转动一个角度形成。第三层喷嘴以第二层喷嘴基准，第三层喷嘴与第二层喷嘴设置的喷嘴个数完全相同，第三层喷嘴相对第二层喷嘴转动一个与第一层和第二层相夹角度相同的角度形成。以此类推，直至最后一层喷嘴。由此，喷嘴3在筒状雾化器2的器壁上呈多条螺旋线状地设置。呈螺旋线状的设置喷嘴3，可以更均匀地吸收进气通道内壁的热量，确保了有足够的热量使全部的水雾蒸发为水蒸气进入气化通道中。另外，当进气通道中设置有套管时，由呈螺旋形布置的喷嘴喷射出的水雾可以均匀地吸收套管上的热量，避免仅对于套管上竖直方向的一个或几个条形管壁降温。当然，也可以是由沿筒状雾化器2的开口端指向封闭端的方向，最靠近开口端的一圈为上圈，最远离开口端的一圈为下圈。另外，优选地，恒定角度大于5°且小于15°。

[0033] 进一步参照图1，注气装置还包括设置于筒状雾化器2的外周壁上的扶正器4。扶正器4可保证筒状雾化器2的外周面与进气通道4的内壁具有间隙，即在筒状雾化器2的外周面与进气通道4的内壁之间形成环隙（图2中清晰地示出），使得通入进气通道的气化剂能够经此环隙进入到气化通道中，并且将环隙中的水雾汽化而成的水蒸气带到气化通道中。

[0034] 参照图2，在本实施例中，每层喷嘴设置有4个喷嘴3，4个喷嘴3均匀地围绕筒状雾化器的轴线（在图2中，轴线为圆心点）设置。即，4个喷嘴3中每相邻的两个喷嘴3之间的夹角为90°。另外，如图2示出的，喷嘴3为贯通的锥形孔，沿着从筒状雾化器2内周壁指向其外周壁的方向渐缩，即沿由筒状雾化器内周壁指向外周壁的方向，喷嘴3的截面面积逐渐变小。

[0035] 当然，喷嘴3在筒状雾化器2器壁上的布置形式不局限于上述方式，可选地，喷嘴3呈螺旋状地布置在筒状雾化器2的器壁上，且每相邻两个喷嘴3围绕筒状雾化器2的轴线相夹恒定角度。优选地，恒定角度为大于5°且小于15°。换言之，间隔的垂直于筒状雾化器轴线的每个平面中只有一个喷嘴3，在筒状雾化器2的器壁上的喷嘴3形成了一条螺旋线。由此，也可理解，在本实施例中的每层中有多个喷嘴的时候，在筒状雾化器2的器壁上的喷嘴3形成了多条间隔开地，相同的螺旋线。

[0036] 另外，每层喷嘴依次围绕筒状雾化器2的轴线向同一方向旋转90°设置时，喷嘴3在筒状雾化器2的器壁上呈多条平行于筒状雾化器2的直线形设置。当然，喷嘴3也可以不规则的设置在筒状雾化器2的表面。

[0037] 优选地，筒状雾化器2和注气管1之间通过法兰连接或者螺纹连接。

[0038] 参照图3，本发明的一种煤炭地下气化系统的一个实施例，包括进气通道5、出气通道6、连通进气通道5和出气通道6的气化通道7，还包括伸入进气通道5中的上述任一项的注气装置12、与出气通道6的出气口连通的水气分离器9，其中，水气分离器9设置有排水口，排水口连通至污水池10，污水泵11将污水池10和注气装置12中注水管1入口连通。

[0039] 如图3示出的，是将在一个实例性的地层中建立本实施例的煤炭地下气化系统，该地层由地面依次向下为上覆盖层18、含水层17、顶板岩层16和煤层18，进气通道5由地面贯通到煤层15中，并与煤层18中的气化通道7连通，气化通道7中的煤层燃烧，并形成气化工作面，即煤层进行气化燃烧的区域，另外，在进气通道5的内表面可贴合地设置有套管13。

[0040] 在本实施例中，还包括：与进气通道5的内壁形状配合地设置的套管13，注气装置12伸入套管13中，套管13与注气装置12中注水管1之间空间形成气化剂注入通道（注水管1和套管13之间的环隙）。其中，套管13的一端相对进气通道5突出，并设置有第一法兰盘；注水管1入口的外周壁上套设有第二法兰盘；第一法兰盘连接于第二法兰盘。本实施例的煤炭地下气化系统还包括气化剂供应装置，气化剂供应装置连通至套管13管壁上以将气化剂8通入气化剂注入通道中。

[0041] 具体为：在进气通道5里下放带有筒状雾化器2的注水管1，其中，筒状雾化器2连接在注水管1下部，根据工艺的需要，配置注水管1，选用一般钢材即可。由于进气通道5较长，所以可使用多根管道经法兰连接以形成一个长度较长的注水管1，注水管1的总长度取决于煤层的埋深和顶板岩层的深度，筒状雾化器2的长度取决于煤层厚度和顶板岩层厚度，也就是说，优选地，筒状雾化器2在放置在进气通道5中使用时，筒状雾化器2的开口端位于顶板岩层的中间位置。因为顶板岩层的中间以上区域的温度较低，使得此处与进气通道5的内壁贴合的套管13的内周面温度较低，由筒状雾化器2的喷嘴3喷出的水雾遇到此处的低温内壁不会产生热交换形成水蒸气。

[0042] 连接有筒状雾化器2的注水管1在套管13的下放深度取决于煤层厚度和深度,筒状雾化器的封闭端距离气化通道7底部300mm至1000mm，在本实施例中，根据所处地质条件及煤层厚度的差异，选择筒状雾化器的封闭端距离气化通道7底部的距离为500mm。具体地，本实施例中的煤层所处的地质条件及煤层厚度如图3示出的，地层分别由下到上依次为煤层15、顶板岩层16、含水层17、上覆盖层18，本实施例中的煤层15的深度在280米，煤层厚度平均为8米，为确保充分利用煤层15的热量，确定筒状雾化器2的轴向长度为9米。而综合考虑筒状雾化器2下放到煤层15中时，其开口端优选地与顶板岩层16的中间位置平齐，选择筒状雾化器2的封闭端距离气化通道7底部500mm。由此，可计算出注水管1和筒状雾化器2轴向总长为279.5m。当然，可理解，在煤层15厚度大于本实施例中的煤层厚度且顶板岩层16的厚度大于本实施例的顶板岩层16时，可适当增大筒状雾化器2的封闭端到气化通道7底部的距离。反之，减小距离。当然根据不同的地质条件和煤层厚度，只要满足使筒状雾化器2的开口端位于顶板岩层16的中间位置且其可充分吸收煤层15的热量的距离即为适当距离值。确定下放深度后，即放置到距离气化通道7底部500mm的位置时，将注水管1顶端（远离筒状雾化器2的一端）穿过预加工的第二法兰盘，第二法兰盘一端预留与地面注水管道连接的接口，然后将第二法兰盘与注水管1焊接在一起，并与套管13上的第一法兰盘连接。另外，筒状雾化器2底端加装扶正器4，以确保注水管与套管13之间的环空间隙均匀，保证气化剂流动的稳定。

[0043] 注水管1下放到指定位置后，注水管1入口处利用法兰将注水管1与套管13连接在一起，并通过管道将入口与污水池10连通，套管13上高于地面的管壁上设置有气化剂入口，将该入口与气化剂供应装置连通，气化剂顺注水管1和套管13之间的环隙（即，气化剂注入通道）流动，并与雾化后的污水混合，随气化剂进入煤层反应区。

[0044] 注水管与污水池连接牢固后，套管13与气化剂供应装置连接后，可开启注水管阀门，利用污水泵11将污水池10中的污水泵入注水管1，并利用水的自重沿注水管1向下流动至筒状雾化器2，由于筒状雾化器2的封闭段封闭，污水在到达筒状雾化器2的封闭端后，借助水的势能转化为侧向流动的水的动能，利用喷嘴3直射流，将污水雾化，并喷射到套管13的内周壁上。

[0045] 经过雾化的污水在高速喷射条件下，到达炽热的套管13的内周壁，雾化的污水吸收套管13的热量之后汽化形成蒸汽，由于持续不断的雾化污水吸收大量的热，使得套管13被降温，消除了套管13热涨冷缩的现象，避免了由于套管13热涨而引起的固井水泥产生裂纹的现象，进而保证了地下气化的正常稳定运行。另外，还可以延长套管13的使用寿命。汽化之后的蒸汽与从注水管1和套管13环隙流动而来的气化剂混合，并在气体压力的带动下，随气化剂一起被送到煤层燃烧氧化反应区，参与煤层气化反应，水蒸汽参与反应不仅可以调节气化工作面的温度，同时也可以促进煤气有效组分的优化。

[0046] 另外，由出气通道6排出的煤气进入气液分离器9,气液分离器9将煤气中的水蒸气冷凝后形成液态水（污水）导入污水池10储存，污水泵11将污水池10中的污水泵入注气装置12中的注水管1中，由雾化器2上的喷嘴喷出后形成雾化再吸热变成水蒸气，由气化剂携带进入气化通道7，至此完成一个循环。由此实现了对于煤层水的资源利用，提高地下气化系统的能效，尤其是在降低生产成本的前提下，改善煤气成分和提高地下气化系统效率，实现了污水的资源化利用。

[0047] 当然，煤炭地下气化系统也可建立如图4所示出的两个进气通道5，可分别在两个进气通道中设置注气装置，或在其中一个进气通道中设置注气装置，当完成此进气通道附近范围内的煤层的燃烧后，将注气装置取出放入另一进气通道中。另外，还可设置具有水平段和倾斜段的定向通道14，定向通道14的水平段连通进气通道5和出气通道6，即定向通道14的水平段为气化通道7。

[0048] 另外，在污水泵11和注水管1的入口之间连接的管道上设置有压力计21和流量计22。

[0049] 参照图5，本发明的煤炭地下气化方法的一个实施例，包括以下步骤：a.建立进气通道5、出气通道6和连通进气通道5和出气通道6的气化通道7；b.将注气装置伸入进气通道5中；c.通过所述进气通道注入助燃剂并点燃煤层；d.通过进气通道5通入气化剂；e.通过注气装置中的喷嘴向进气通道5中喷射水雾，以吸收进气通道5中的热量形成水蒸气，水蒸气由喷入的气化剂送入气化通道7中。其中，助燃剂可选地为空气。

[0050] 可选地，在步骤b中：将注气装置伸入进气通道5，直至筒状雾化器的封闭端距离气化通道7的底部的距离位于300mm至1000mm的范围内，并根据煤层所处地质条件及煤层厚度的差异，在上述范围内选择适当距离值。在本实施例中，距离值选择500mm。应当理解，适当距离值即为下放到该位置的筒状雾化器既可充分的利用煤层的热量，其开口端又位于顶板岩层16的中间位置。另外，还可包括收集由出气通道6排出的煤气中的水蒸气，将水蒸气冷凝成液态水，将液态水注入注气装置中，液态水经由喷嘴喷出。由此，可实现由出气通道6排出的污水的循环利用。

[0051] 进一步参照图5，具体地，本实施例中，执行步骤a，在待开采煤层中建立用于注入气化剂的进气通道5、用于排出煤气的出气通道6和连通进气通道5和出气通道6的气化通道7，气化通道7中的煤层气化燃烧，产生煤气。另外，在进气通道5的内壁设置套管13，即气化剂注入后不与进气通道5的内壁接触，而是与套管13的内周壁接触。在执行步骤b之前，根据现场煤层地质条件（在本实施例中，地层分别如图5示出的由下到上依次为：煤层15、顶板岩层16、含水层17、上覆盖层18），本实施例中的煤层15的深度在280米，煤层厚度平均为8米，确定筒状雾化器2的轴向长度为9米。考虑到上述地质条件和优选地筒状雾化器2的开口端顶板岩层16的中间位置平齐，筒状雾化器2经进气通道5下放到距离气化通道7底部500mm。由此，可计算出注水管1和筒状雾化器2轴向总长为279.5m。另外，本实施例中的筒状雾化器2设置为：在其器壁上布置18圈喷嘴，每圈喷嘴均匀地布置4个喷嘴，每相邻两圈喷嘴中，下圈中所有喷嘴相对于上圈中所有喷嘴旋转10°设置（以两圈中最靠近封闭端的一圈为上圈，最远离封闭端的一圈为下圈）。依次类推，共布置18圈喷嘴，共计72个喷嘴，喷嘴为贯通雾化器2器壁的锥形喷嘴。

[0052] 由此，在确定如何根据地质条件确定注气装置的尺寸及筒状雾化器的结构后，执行步骤b，即利用提升机将多个用于形成注水管1的管道通过法兰收尾顺序连接后依次下放，当下放到指定位置后（即，当筒状雾化器2的封闭端距离气化通道7底部500mm时），将与注水管1连接的法兰和套管13的法兰连接，并将注水管1进口经过污水泵11与地面污水池10连通，将套管13的气化剂入口与气化剂供应装置（图5中未示出）连接。气化剂8可通过气化剂入口与气化剂供应装置之间的管道进入进气通道5中。当然，还需将出气通道6与水气分离器9连通，使得由出气通道6排出的煤气可经水气分离器9冷却，使其中的水蒸气冷凝成液态水，去除水蒸汽后的煤气20进入下一个装置收集（未示出）。

[0053] 执行步骤c，通过进气通道5通入气化剂，此时通入的气化剂为空气。

[0054] 执行步骤d，点燃煤层。待气化炉稳定后，以纯氧（O2）和二氧化碳（CO2）为气化剂继续通入进气通道5中。两种气体以一定比例混合形成气化炉的气化剂，可以适当加入一定比例的氮气（N2）以调节纯氧和二氧化碳的浓度。上述气化剂在混合器中以一定比例混合后，即可按照工业性生产方案通入进气通道5中。气化剂通入到气化通道7中的反应煤层后，首先与煤层进行燃烧-氧化反应，该反应放出大量的热，并生成煤气。煤层发生燃烧-氧化反应之后，放出的热量将煤层中的水蒸发，形成水蒸气，水蒸气沿气化通道7行进过程中被通道壁冷却后汇集于出气通道6底部，并随煤气排出到地面，经过地面水气分离器9分离后，煤气经过管道送入净化脱硫工段进行处理加工。分离后的污水首先储存于污水池10。

[0055] 在污水池10中蓄有可注入注气装置的污水时，执行步骤e，通过注气装置向进气通道5中喷射水雾，以吸收进气通道5中的热量形成水蒸气进入气化通道7中。具体地，污水通过污水泵进入注水管1之后，沿管道轴向流动进入筒状雾化器2，由于筒状雾化器2的封闭端封堵，污水在水流重力势能的作用下，污水在管道底部通过喷嘴向侧面喷射而出，并全部转化为水的动能。

[0056] 因煤层燃烧氧化反应，套管13内壁被加热而达到炽热状态，经过喷嘴雾化后的污水遇到炽热的套管13内壁之后，污水吸收热量被汽化，降低了套管13的壁面温度，对套管形成了冷却保护作用，保护了套管免受高温的影响和破坏，同时实现了污水的资源化利用，确保了地下气化炉的长周期运行。

[0057] 另外，通过此方法可有效地保证水蒸气到达气化通道7中的气化工作面并参与煤层的燃烧。由于水蒸气与煤层的燃烧是吸热反应，所以可以通过水蒸气有效地到达控制气化工作面的温度，防止气化工作面的温度过高而引起灰分附着于煤层上阻碍气化。此外，水蒸气与煤层的反应生成一氧化碳和氢气，从而改善了煤气中的有效组分，提高了煤气的质量。

[0058] 以上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。

标题	发布/更新时间	阅读量
煤炭地下气化方法	2020-05-14	149
一种煤炭地下气化工艺	2020-05-14	38
一种煤炭地下气化工艺	2020-05-15	795
煤炭地下气化方法	2020-05-16	121
一种煤炭地下气化用套管及煤炭地下气化进、出气孔结构	2020-05-20	360
煤炭地下气化工艺	2020-05-11	274
煤炭地下气化炉、以及煤炭地下气化方法	2020-05-18	654
煤炭地下气化炉及其构建方法	2020-05-22	74
煤炭地下气化监测系统	2020-05-17	820
一种无井式煤炭地下气化点火与注气点后退装置	2020-05-19	341

注气装置、煤炭地下气化系统及煤炭地下气化方法

注气装置、煤炭地下气化系统及煤炭地下气化方法

技术领域

背景技术

发明内容

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：