[发明专利]煤炭地下气化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤炭地下气化方法。

背景技术

煤炭地下气化技术是将地下煤炭通过热化学反应在原地转化为可燃气体的技术。在具体的实施过程中，通常建立多个通道，并分别作为进气通道和出气通道，再通过气化通道连通进气通道和出气通道，点燃煤层并向进气通道输送气化剂，生成的可燃性气体（粗煤气）通过出气通道排至地面。此处在气化通道中进行的燃烧反应主要为：

C+H₂O(g)=CO+H₂-131.5MJ/kmol  （1）

C+1/2O₂=CO+110.9kJ/mol  （2）

煤炭地下气化过程中，出气通道排出的粗煤气温度通常会比较高并会携带大量的水蒸气，其不仅会带走地下气化炉内的大量热能，又会减少粗煤气中氢气的含量，而且水蒸气冷凝成废水，处理起来耗费很大。此外，在气化工作面（煤层燃烧的区域）中，气化剂充足的区域温度通常会比较高，尤其是在富氧气化中，最高能达到1700℃，温度过高会造成气化煤灰熔融，附着在气化煤壁上，阻碍煤层的继续气化，造成气化工作面温度不均匀。

WO2013090979公开了一种地下气化煤气冷却方法，主要是为了解决高温煤气导致的井管变形、套管断裂、（焦油冷凝附壁造成的）钻孔堵塞、材料腐蚀等问题，主要方法是采用钻井将冷却液/气注入煤气下游区域降低煤气温度后，煤气在进入产气井输送至地面，冷却也可以是煤气废水、地表水、二氧化碳等，可以将煤气的温度从1200℃～500℃降至200℃～400℃。但是该方法只起到了将粗煤气降温的作用，并未降低粗煤气中的水含量。从而既没有提高粗煤气中的氢气含量又没有阻止粗煤气带走气化工作面的热量。

CN200710145878.4公开了一种煤炭地下气化工艺，附带公开了一种地下燃烧区温度的控制方法，即将CO₂与O₂混合后输入到地下气化炉，调节O₂的比例将燃烧区的温度控制在600℃～1300℃。该发明虽然利用调整气化剂中O₂的浓度控制了地下燃烧区的温度，但并没有兼顾地下气化过程的热能损失最小化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使粗煤气中携带少量水蒸气的煤炭地下气化方法。

为实现上述目的，提供一种煤炭地下气化方法，包括以下依次步骤：（1）建立进气通道、出气通道和将进气通道与出气通道连通的气化通道；（2）通过进气通道注入气化剂，其中，气化剂包括水蒸气和富氧气体，水蒸气和富氧气体的初始体积比位于0.5:1至4:1的范围内；（3）点燃煤层；（4）根据产出煤气特点调整水蒸气和富氧气体的比例形成新体积比。

根据本发明，在步骤（4）中，依次进行如下子步骤：（4.1）采集粗煤气；（4.2）检测粗煤气中的水蒸气的体积含量；（4.3）当体积含量低于5%时，提高水蒸气和富氧气体的体积比；或当体积含量高于15%时，降低水蒸气和富氧气体的体积比；或当体积含量高于5%且低于15%时，维持水蒸气和富氧气体体积比恒定，通过上述步骤（4.1）至步骤（4.3）调整水蒸气和富氧气体的比例形成新体积比。

根据本发明，在步骤（4）中：测量煤气组分，根据当时的气化运行参数，计算气化消耗水量和煤层出水量；调节气化剂中的水蒸气的注入量等于气化消耗水量减去煤层出水量的差值；循环以上两步骤，直至前后两次的水蒸气注入量相差不超过10%，形成水蒸气与富氧气体的新体积比。

根据本发明，还包括步骤（5）：通过调节气化剂的注入方式，调节气化工作面的温度。

根据本发明，在步骤（1）中：建立至少两个进气通道；在步骤（2）中：通过至少一个进气通道注入气化剂；在步骤（5）中：确定气化工作面的最高温度和具有最高温度的区域的位置；当最高温度低于1000℃时，通过距离最高温度区域最近的进气通道注入提高富氧气体比例后的气化剂或者注入富氧气体；或当最高温度高于1300℃时，通过距离最高温度区域最近的进气通道注入具有提高水蒸气比例后的气化剂或者只注入水蒸气；同时通过经其它进气通道注入辅助气化剂、富氧气体或水蒸气，维持注入气化通道的水蒸气和富氧气体的体积比为新体积比。