[发明专利]一种模拟煤炭原位地下气化的试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种模拟煤炭原位地下气化的试验装置及方法，包括气化炉炉体、顶盖、炉壁注排气管、气化剂制备单元、注排气管路、气体流量计、气体压力表、气体测温热电偶、气体净化单元、气体放散单元、炉内温度监测单元、气相色谱仪、点火器、位移计、充填单元、计算机；所述气化炉外形为圆柱体，气化炉壁由外到内分别钢板、普通砖层、保温材料、水夹层、耐火砖层；本发明结构合理、功能多样，可以利用仪器客观实际测量煤层和顶板岩层内温度场、气化剂配比和产气指标参数、覆岩移动和地表下沉参数、气化炉燃空区扩展特性参数，有助于进行炉型结构参数和气化工艺的研究，以便确定适宜现场条件下的煤炭原位地下气化工艺参数和生产方案。

技术领域

本发明涉及的是煤炭地下气化技术领域，具体的说是一种模拟煤炭原位地下气化的试验装置及方法。

背景技术

煤炭地下气化技术(Underground Coal Gasification,UCG)是采用化学开采方法将煤炭在地下原位直接进行燃烧气化产生可燃气体，是一种高碳资源低碳化开发清洁能源新技术，也是资源与环境协调的煤炭绿色开采技术。煤炭地下气化将建井、采煤、气化三大工艺合而为一，以其产气成本低、安全性高和环境效益好的优点，在世界范围内受到了广泛的重视，前苏联、欧洲、美国、日本、澳大利亚、中国及亚洲多个国家进行了大量的理论研究和工业性试验，该技术在低品质(高硫、高灰)、急倾斜、薄煤层、深部煤层、“三下”压煤以及常规技术经济不可采等残滞留煤的开采利用方面具有广阔的应用前景。

煤炭地下气化是一种新型的原位煤层流态化开采方法，具有良好的经济效益、环境效益和安全效益，是煤炭资源绿色开采技术。煤炭地下气化所产煤气成本仅为地面气化炉气化的25-50％，可以作为燃气发电、锅炉燃料以及合成化工产品的原料气，显著降低发电或合成化工产品的成本。煤炭地下气化还具有显著的环境效益，大大减小燃煤污染、煤矸石及灰渣的排放，有效解决目前燃煤引发的大气雾霾问题，且与碳捕集和封存技术相结合，可有效减少温室气体排放，具有广阔的应用前景。

近年来世界主要产煤国都加大了煤炭地下气化的工业性试验以及产业化推广力度，美国、澳大利亚、加拿大、南非、中国等进行了大量的地下气化现场试验，拉开了煤炭地下气化商业化推广及产业化的序幕。我国煤炭地下气化试验开始与上世纪60年代，至今已进行了二十几次的现场试验，形成了有井式和无井式煤炭地下气化工艺。早在1992年《国家科学技术中长期发展纲要》白皮书中将煤炭地下气化作为战略目标和关键技术之一。在科技部《国家“十二五”科学和技术发展规划》、《中国洁净煤技术科技发展“十二五”规划》、国务院《能源发展“十二五”规划》、国家发改委《煤炭工业发展“十二五”规划》等明确提出，将突破煤炭地下气化关键技术瓶颈，开展煤炭地下气化示范工程建设。在国家发改委、能源局《能源技术革命创新行动计划(2016-2030)》中提出，重点任务之一是实现煤炭无害化开采技术的创新。其中包括地下气化开采研发与攻关，并提出2020年目标：单个气化矿井年气化煤炭50万吨，到2030年规模化地下气化开采矿井实现工业示范。

煤炭地下气化实现了地下原位煤层的无人化生产，其气化过程受煤层赋存条件、顶底板围岩条件、水文地质条件、地质构造条件、气化剂注入、化学反应过程、覆岩热破裂以及移动变形的影响，气化煤层燃烧扩展及围岩移动变形的监测变得非常困难。煤炭地下气化工程投资大，因此在进行现场试验之前，有必要根据气化煤层赋存条件和煤质特征，对气化区煤层的气化工艺参数进行考察和探索，这就需要首先在实验室构建煤炭地下气化模拟试验装置，模拟原位煤层的气化过程。目前来说，适用于煤炭地下气化过程的模拟试验装置相当缺乏，且现有的试验装置也未较真实地模拟气化煤层的赋存条件和顶底板围岩条件。因此，根据煤炭地下气化工艺的特点和要求，研发一种在实验室模拟煤炭原位地下气化的试验装置至关重要。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构简单，设计合理、使用方便的模拟煤炭原位地下气化的试验装置及方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：