[发明专利]煤炭地下气化工艺

说明书

本发明涉及矿物的气化，更具体地说是短通道，小断面的煤炭地下气化工艺。

所说的煤炭地下气化是将高分子煤在地下的原地进行不充分燃烧转变成低分子的氢气、一氧化碳和甲烷等可燃气体，再输送到地面上来的化学采煤法，其化学反应与地面水煤气和半水煤气工厂进行的化学过程相近。利用这种工艺方法可用来开采地下深部的煤炭，尤其是适用于废的煤矿井中用巷井法不能开采的薄煤层的开采。

我国的能源结构是以煤炭为主，约占70％左右，我国煤炭开采的方法是以回采率较低的井巷法。用井巷法进行开采被遗弃在地下不能被开采的煤炭资源的数量很大，大的惊人，大约有300亿吨以上。目前，我国煤矿的开采深度已达千米以上，开采煤的成本高。而且建国初期所建的煤矿井，都要相继报废。所以煤炭地下气化工艺是开采深部煤炭和报废矿井中不能用井巷法开采的煤层可行而且有效的方法。这样一来，可以使报废矿井的井上和地下的设备得到充分利用。由于避免了煤炭的井工开采与运输，极大地降低了生产成本，消除了煤炭开采的安全事故，因而具有巨大的经济价值与社会效益。

前苏联在十月革命成功后就进行了煤炭地下气化工艺的研究，至今尚有少量地下气化矿在生产，对煤炭地下气化的研究取得了一些进展。但是，距离商业化生产尚有一定的距离。

1958年我国亦曾做过煤炭地下的的气化尝试，最近几年又在徐州、唐山等地开展了工业性试验，取得了若干阶段性成果。

有的文献(L.Dockter Underground Coal gssification in TheUnited States-an overview，the 12 th Annual UCG Symposium，1986)报导了“高压富氧鼓风气化工艺”，该工艺是采用单个气化炉运行，鼓入的空气中含有30-50％的氧(氧气由空气分离装置获得)，鼓风机的鼓风压力为15-18公斤/平方厘米、生产出的煤气热值为2.6千大卡/立方米。该工艺的主要缺点是制氧的设备复杂，投资大，产品成本高。另外，由于高压鼓风，泄漏严重，对煤层地质条件要求高，防漏、密闭的工程量大。

中国专利文献CN1121138A介绍了一种矿井长通道大断面的煤炭地下气化工艺，它是在矿井报废煤层中建立长通道、大断面地下气化炉，将矿井遗弃的煤炭直接气化，气化炉进、排气孔位于煤层底部或打倾斜孔沿煤层钻进，其通道长度大于150米，一般为200米，其断面在2.5平方米～4.0平方米之间，一般为4平方米。在气化通道中约相隔10～20米设置一个煤堆，煤堆的断面积占气化通道的1/3～1/2，并设有辅助通道。

这种长通道、大断面煤炭气化工艺采用双炉运行的两阶段气化工艺，两个气化炉交替地分别通入空气产生空气煤气和通入水蒸汽产生水煤气，空气煤气用来烧锅炉产生水蒸气，水煤气就是生产的产品，水煤气的热值为1.0～3.2千大卡/立方米。这种工艺的缺点是水煤气的热值与流量不稳定，不能实现长期稳定的生产。实验结果表明，从空气煤气转换成水煤气后产生的热值由1千大卡/立方米，上升到2.6千大卡/立方米需1.5小时，而转换周期为6～8小时，水煤气转换为空气煤气时，由于气化通道充满水蒸汽，产品的热值骤降至800大卡/立方米，波动很大，严重影响煤气的使用。由于长通道，其辅助设备多，工程量较大，投资大。

长通道、大断面煤炭气化工艺的另一个不足之处还在于通风的风压小，即通风的风速低，低于0.1米/秒时火焰不能前进，有时还后退，形成在一个点上燃烧，而形成空洞引起塌陷，燃烧后的断面只决定于冒落的状态与煤层地质条件有关与原巷道断面无关，而且长通道无法形成分层燃烧的状态，煤层的利用率仅在50％以下。

本发明的目的就在于研究出一种煤炭地下气化的新工艺，克服已有技术中存在的一些缺点，使得易于控制煤层逐层气化，可长期、稳定地产生中等热值的煤气，可以充分利用煤炭资源，减少气化煤层的浪费，降低煤气生产的成本，提高经济效益。

本发明的煤炭地下气化工艺是复合式半水煤气煤炭地下气化工艺，其气化通道的长度为中短气化通道，其截面属于小断面，不用两阶段气化，而采用单一煤层复合燃烧方式，采用含有最佳比例的水蒸汽的空气，使地下气化反应成为空气煤气反应与水煤气反应同时进行的复合过程。