[发明专利]煤炭地下气化污染评价及地下水污染净化修复综合实验系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤炭地下气化污染评价及地下水污染净化修复综合实验系统，尤其适用于煤炭地下气化过程中的环境污染风险评估及煤炭地下气化过程中承压地下水中污染物的净化。

背景技术

煤炭地下气化是直接在地下将煤炭进行有控制的燃烧而转化成气体燃料或化工原料的一种煤炭资源开发技术。与常规地面气化相比，煤炭地下气化具有可观的经济效益和良好的环境效应，其煤气成本仅为地面气化的25-50%，合成氨生产成本降低约43%，发电成本降低27%，生产天然气代用品成本降低10-18%，且能开发井工开采不可到达的煤层。

煤炭地下气化可大大减少燃煤污染、煤矸石及灰渣的排放等，且与CO₂的捕获与封存技术相结合将有特殊的应用前景。因此，煤炭地下气化被誉为绿色开采技术，也是煤炭安全洁净利用的重要途径。但煤炭地下气化过程中对地下水的污染和毒化也是人们越来越重视的问题。煤炭地下气化是在地下封闭环境条件下进行，气化过程中产生的各种有害气体（包括各种有毒重金属蒸汽及有机气体等）将会沿围岩中的孔隙和裂隙迁移，可能污染地下水；气化固体残留物（灰渣及半焦）存留于地下，当地下水进入燃空区时，固体残留物中的有毒重金属和有机物可能污染地下水。因此，地下水污染被认为是最为严重的与煤炭地下气化有关的潜在环境风险。

已有研究证实，煤炭地下气化过程中产生的有机污染物主要是酚类、苯及其衍生物、多环芳烃、杂环化合物等，无机污染主要包括重金属、氨、氰化物、硫酸盐及放射性物质等。煤炭地下气化对地下水污染可能持续到气化结束5年甚至更长时间。由此可见，煤炭地下气化可能造成地下水资源污染，使其失去绿色开采的意义，甚至制约其推广应用。

目前，国内外研究者对煤炭地下气化可能造成地下水资源的污染越来越重视，并开展了大量的相关研究，但主要集中在煤炭地下气化过程中有害微量元素（Zn、Cd、Pb、As等）等无机污染的富集与迁移、粗煤气冷凝水中有机污染物组成与净化处理、地下气化残渣中有害微量元素的环境效应、煤炭地下气化现场试验地下水污染监测等方面。而对煤炭地下气化过程中污染物带来的潜在环境风险缺乏综合的评价方法和相关的实验系统。因此，开发一种能够较为准确预测煤炭地下气化过程中污染物迁移规律的评价系统对煤炭地下气化技术的推广应用，保护地下水资源具有重要意义。

此外，煤炭地下气化是在位于地下数百米深处的实体煤中进行，气化燃空区地下水多属于承压水，且受气化过程高温影响该地下水具有一定的温度。因此，煤炭地下气化过程中污染物在承压地下水中的浸出和迁移规律等可能与常温常压条件下不尽相同。目前，虽然对地下水污染修复技术研究较多，如抽出-处理技术（P＆T），渗透反应墙技术（PRBs），化学氧化技术，生物降解技术等，但主要集中在污染后期处理与修复，处理工艺复杂，且受污染物种类和经济成本限制，并不适用于煤炭地下气化燃空区地下水污染的净化与修复。而专利（申请号：201310646261.6）报道的一种曲流式地下水污染修复装置及专利（申请号：201310547704.6）报道的一种地下水污染多级处理净化工艺等均未考虑到煤炭地下气化燃空区地下水具有一定温度和承压的特殊性，故也不适合用于煤炭地下气化过程中地下水污染的修复。

发明内容

本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种操作简便、易于控制的煤炭地下气化污染评价及地下水污染净化修复综合实验系统。

本发明的目的可通过下述技术措施来实现：

本发明的煤炭地下气化污染评价及地下水污染净化修复综合实验系统包括煤炭地下气化模拟气化炉系统、气化剂供给系统、煤气处理与分析系统和污染承压水净化修复实验系统。

a、所述煤炭地下气化模拟气化炉系统用于模拟实体煤地下气化和气化后承压水对气化残留物的浸泡；它包括安装在立式电阻炉内的反应管，所述反应管底部采用锥形设计，并在锥形与圆柱体接口处内部固定设置第一不锈钢筛网，反应管锥形下部出口通过四通阀分别与污染承压水净化修复实验系统、气化剂供给系统的相应装置相连接，在反应管上端固定安装有反应管盖，在反应管盖上安装有压力表、安全阀，在反应管中设置有热电偶，热电偶通过电连接方式与温控仪相连，在反应管盖上设置有与气化剂供给系统相连接的进水口、与煤气处理与分析系统相连接的出气口。