[发明专利]两阶段煤炭地下气化工艺

说明书

本发明涉及两阶段煤炭地下气化工艺，尤其适用于利用矿井报废煤炭资源的地下气化。

长期以来，国内外都采用连续供给固定组份的气化剂来进行煤炭地下气化技术的研究和开发利用，这些气化剂大部分是空气或富氧空气及添加水蒸汽，而采用空气或低浓度的富氧空气作气化剂时，由于气化剂中N₂含量高，使得出口煤气中也含有较大组份(50％以上)的N₂，因此煤气中可燃组份的含量及发热量都较低，从而限制了产品煤气的使用；采用高浓度的富氧空气作气化剂时，由于受制氧技术水平的限制，其制氧成本较高，因而使煤气成本大幅度增加。美国专利US3,734,184公开了一种煤炭地下气化的方法，气化炉仅有进、排气井，气化通道用高压液体压裂形成渗流通道，其炉费用高、供风阻力大；由进气井鼓入空气，其炉内形成的高温区范围小，温度低，水蒸汽会在低温进气井凝结，其分解率低，建炉费用高，供风阻力大，故煤气成本很高。

鉴于已有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种使炉内形成高温区范围大、温度高，产品煤气使用范围扩大，降低煤气成本的两阶段煤炭地下气化工艺。

本发明的目的是这样完成的：在矿井煤层中建立长通道的大断面地下气化炉，向地下气化炉交替循环供给空气和水蒸汽，每个循环由两个阶段组成，第一阶段鼓入空气，第二阶段鼓入水蒸汽，气化炉的进排气孔设在煤层底板，沿煤层打倾斜孔，将气化炉上的测温孔、蒸汽孔、进气孔、排气孔顺序连通，构成气化通道。第一阶段鼓入空气是从进气孔和相邻一个或一个以上的辅助孔同时鼓入空气，为蓄热阶段，生产低热值鼓风煤气，当CO和CO₂的百分比含量之和达到26％以上时，停止鼓风，改鼓水蒸汽，进入第二阶段。第二阶段鼓入水蒸汽是从蒸汽孔鼓入水蒸汽，为生产高热值地下水煤气阶段，当出口煤气中CO含量低于5％时，停止鼓入水蒸汽，由进气孔重新鼓入空气，实现一个循环。

本发明两阶段煤炭地下气化工艺，最适用于矿井报废煤炭资源的地下气化，将气化炉的进排气孔设在煤层底板，沿煤层打倾斜孔，将气化炉上的测温孔、蒸汽孔、进气孔、排气孔顺序连通，构成气化通道。与已有技术相比：第一阶段形成的高温区范围大、温度高，可生产热值在4.18MJ/m³左右的煤气，可作为工业燃料或发电；第二阶段水蒸汽分解率提高，不仅不会凝结，而且会进一步被加热，提高水蒸汽的温度，可生产热值在2.56MJ/m³以上的煤气，可燃组份的含量在80％以上，而且消除了N₂对煤气热值的影响，N₂含量低于4％，可作为城市民用或生产醇的原料气。由于能生产两种热值不同的煤气，可供区别或混合使用，即提高了气化效率，又能在第二阶段获得热值在10m³/Nm³以上的高热值煤气，使煤炭大幅度增值，降低了煤气成本，具有广泛的实用性。本发明两阶段煤炭地下气化工艺，在矿井煤层中建立长通道的大断面地下气化炉，向地下气化炉交替循环供给空气和水蒸汽，每个循环分两个阶段，第一阶段为鼓入空气蓄热阶段，生产低热值鼓风煤气；第二阶段为鼓入水蒸汽阶段，生产高热值地下水煤气。将气化炉的进排气孔设在煤层底板，沿煤层打倾斜孔，将气化炉上的测温孔、蒸汽孔、进气孔、排气孔顺序连通，构成气化通道。第一阶段鼓入空气是从进气孔和相邻一个或一个以上的辅助孔同时鼓入空气，随时观测煤气组份及热值，当CO和CO₂的百分比含量之和达到26％以上时，则立即停止鼓风，改鼓水蒸汽，进入第二阶段。第二阶段从蒸汽孔鼓入水蒸汽，并随时测量出口煤气的组份及热值，当出口煤气中CO含量低于5％时，则停止鼓入水蒸汽，进气孔重新鼓入空气，实现一个循环。当第一阶段鼓风量为3600m³/h，第一阶段和第二阶段的时间比为1∶1，第二阶段高热值地下水煤气的组份及热值见附表。

  表2新河二号井煤炭地下气化半工业性试验两阶段气化工艺试验结果

                 1994年(第二阶段)