[发明专利]煤炭地下气化炉型及气化方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤炭地下气化开采技术领域，尤其是指一种煤炭地下气化炉及气化方法。

背景技术

煤炭地下气化技术主要是指煤、焦炭或者半焦等固体燃料在高温常压或者加压条件下与气化剂发生反应，转化为气体产物或少量残渣的过程。所述气化剂主要是水蒸气、空气（或者氧气）或者它们的混合气。煤炭气化过程可用于生产燃料煤气，作为工业窑炉用气或者城市煤气，也可用于制造混合气，作为合成氨、合成甲醇和合成液体燃料的原料，因此煤炭气化技术是煤化工的重要技术之一。

煤炭地下气化炉通常由进气井、气化通道、出气井等组成，在所述进气井底部进行点火后，从所述进气井注入气化剂，在气化通道中与煤层发生各种化学反应，生成的煤气沿气化通道和出气井输送至地面。而地下气化炉型是指地下气化所用钻孔的类型、相互位置、气化时的用途及启动顺序等形成的通道形状。目前的气化炉已经发展成众多的钻孔通过钻孔类型（竖直井、水平定向钻井）、钻孔间距、气化时气流的走向和燃烧区走向等组合出各种类型的地下气化炉，能够成倍地提高煤气产量、气化过程的稳定性、煤层的采收率，而且能够有效降低地下水入侵、顶板冒落、热损失等的风险，因此，气化炉型是决定气化过程成败的关键因素之一。

现有中国专利（CN104594873A）公开了一种煤炭地下气化炉及气化方法，如图1所示，包括顶板1、位于顶板下方的煤层2、穿过顶板之后进入煤层的进气孔3、穿过顶板之后进入煤层的出气孔4、概呈水平的位于煤层内并连通进气孔的进气通道5及位于进气通道垂直上方的出气通道6以及穿过顶板后进入煤层并连通进、出气通道的点火孔7。上述技术虽然避免了出气通道堵塞，可以保证气化的连续性，但是仍旧存在以下缺陷：所述出气通道6的高温直接作用于煤层顶板1，从而易造成顶板受热变形、冒落的风险，影响气化炉的正常运行；再者，该炉型气化时具有一定的局限性，仅适用于煤层厚度在15米范围内的煤层，对于超厚煤层采用该炉型气化时资源浪费较严重，回采率低，经济性差。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中气化效率低且煤层顶板易冒落等问题从而提供一种即使针对超厚煤层的气化，也能提高气化稳定性及气化效率的煤炭地下气化炉型及气化方法。

为解决上述技术问题，本发明所述的一种煤炭地下气化炉型，包括煤层顶板以及位于所述煤层顶板下方的煤层底板，所述煤层顶板与所述煤层底板之间设有煤层，穿过所述煤层顶板且在所述煤层中设有多个定向钻井，穿过所述煤层顶板和所述煤层且在所述煤层底板上设有一个垂直井，其中所述各个定向钻井的末端与所述垂直井相互连通，沿所述垂直井同侧依次顺序排列多个定向钻井，所述垂直井沿轴向设有多个侧孔，且所述侧孔位于所述定向钻井与所述垂直井的连接处。

在本发明的一个实施例中，所述垂直井的单侧分别设有多个定向钻井，且各个定向钻井的垂直段沿所述垂直井的该侧依次向远离垂直井的方向延伸排列，且所述各个定向钻井的水平段相互平行。

在本发明的一个实施例中，所述垂直井的两侧均设有多个定向钻井，且所述垂直井的同一侧中，各个定向钻井的垂直段依次向远离垂直井的方向延伸排列。

在本发明的一个实施例中，所述垂直井任意一侧的一个定向钻井的水平段与所述垂直井另一侧的在同一水平面上的定向钻井的水平段通过所述侧孔相通。

本发明还公开了一种利用上述任意一个所述的煤炭地下气化炉型气化地下煤层的方法，包括如下步骤：步骤S1：开启燃烧组中相邻两个定向钻井与所述垂直井连接处的侧孔；步骤S2：对所述燃烧组在竖直方向上处于下方的定向钻井进行点火，并且逆向气化煤层，燃烧产生的煤气通过所述燃烧组上方的定向钻井输送至地面煤气管网；步骤S3：当煤气有效组分含量之和连续48小时下降15%-25%时，开启与所述燃烧组相邻的燃烧组中处于下方的定向钻井与所述垂直井连接处的侧孔；步骤S4：继续对煤层燃烧直至完成所述燃烧组的气化，燃烧产生的煤气通过相邻燃烧组下方的定向钻井输送至地面煤气管网；步骤S5：对气化完成的燃烧组形成的燃空区进行填充与加固。

在本发明的一个实施例中，所述垂直井一侧任意相邻两个定向钻井之间的煤层与所述垂直井另一侧在同一水平面的相邻两个定向钻井之间的煤层同时气化。

在本发明的一个实施例中，所述步骤S2中，对所述燃烧组中处于下方位置的定向钻井点火是通过向所述处于下方位置的定向钻井中下放注气端具有点火功能的注气装置进行通道点火。