CN104018820B - 一种煤炭地下气化工艺*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤炭地下气化工艺***。包括气化剂注入钻孔，煤气出口钻孔，主干气化通道，分支气化通道，钻孔支撑管，气化剂注入管，燃烧剂注入管，密封装置和点火点移动装置。所述气化剂注入钻孔与煤气出口钻孔通过主干气化通道和分支气化通道连接，所述燃烧剂注入管被气化剂注入管套于管内，并通过密封装置连接。气化工艺是：点火；判断是否通入水蒸气；通入水蒸气；判断是否向前移动燃烧点；启动点火点移动装置，继续燃烧。本发明的优点：可以扩大气化横向和纵向面积，提高气化煤储量，在实现无井式煤炭地下气化过程的自动点火及可控式后退注气的同时，解决气化剂在气化通道里的短路问题，减少产品煤气与气化剂的反混，保证气化过程的安全进行。

Description

一种煤炭地下气化工艺***

技术领域

本发明涉及煤炭地下气化生产领域，特别涉及一种煤炭地下气化工艺***。

背景技术

煤炭地下气化技术可回收人工不能开采以及开采不经济的煤炭资源，人们很早就已经开始研究。煤炭地下气化分为有井式和无井式，有井式利用现有巷道进行地下气化过程，公开号CN101315026B的中国专利“一种煤炭地下气化***及其生产工艺”、公开号CN1169501A的中国专利“矿井长通道大断面煤炭地下气化”、公开号CN201310327035.1的中国专利“一种地下气化***中注气点后退注气装置”等均为有井式煤炭地下气化技术，装置安装时需人工下井安装，安装不便，安全问题无法保障，且装置不可回收利用。无井式煤炭地下气化实现了地下无人操作，保证生产过程的安全性，公开号CN200810119351.9的中国专利“一种新型煤炭地下气化炉型、公开号CN201110391186.4的中国专利“一种煤炭地下气化方法”等气化剂注入钻孔和煤气出口钻孔的连接均为直线气化通道连接，气化横向面积和纵向面积均比较小，气化煤储量少，煤层利用率低。公开号CN1112188A的中国专利“拉管注气点后退式煤层气化方法”采用熔断法逐段熔开注气管口实现注气点后退，但注气管不能被烧掉，导致气体依旧沿着已废弃的注气管向已燃烧过的煤层注气，降低煤层利用率的同时，给生产带来不安全的隐患。煤炭地下点火也是煤炭地下气化生产中一个重要的研究内容，公开号CN200810119355.7的中国专利“含水煤层控水引燃器”采用电点火的方式引燃煤层，但其只适于浅部含水较少的煤层，由于无井式气化应用于深部煤层，深部煤层的赋存状态高温高压、渗水等情况严重影响了电点火。公开号CN200820010590.6的中国专利“无井式煤炭地下气化点火模拟装置”采用自燃气体硅烷与氧气接触燃烧达到点火的目的，但是，该专利中硅烷与氧气、空气注入到同一管内，管内燃烧安全性较差，且燃烧位置无法控制。

发明内容

本发明的目的是针对无井式煤炭地下气化过程气化面积窄，气化效率低，气化过程难以稳定控制以及点火难且不安全的问题，而提出的一种煤炭地下气化工艺***。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种煤炭地下气化工艺***，包括气化剂注入钻孔，煤气出口钻孔，主干气化通道，分支气化通道，钻孔支撑管，气化剂注入管，燃烧剂注入管，密封装置和点火点移动装置。所述气化剂注入钻孔和煤气出口钻孔竖直钻入煤层，直至所需气化煤层底部；所述主干气化通道一端连接气化剂注入钻孔，另一端分成两条分支气化通道，两条分支气化通道的另一端各连接一个煤气出口钻孔，形成一个气化单元；所述钻孔支撑管外壁在密闭装置的下部设有水蒸气注入管；所述燃烧剂注入管被气化剂注入管套于管内，并且与气化剂注入管通过螺纹连接或者焊接；所述气化剂注入管被钻孔支撑管套于管内，并且通过密闭装置实现与气化剂注入钻孔的连接固定以及密封；所述密闭装置包括上法兰，下法兰，垫片及螺栓，通过螺纹连接固定气化剂注入管，并设翼状支撑件辅助气化剂注入管的固定和密封装置的密封作用；所述点火点移动装置设于气化剂注入管和燃烧剂注入管连接点与密闭装置之间，包括转轮、转轴和支撑架。

上述气化***实现的煤炭地下气化生产工艺：

a.利用定向钻垂直钻探气化剂注入钻孔和煤气出口钻孔，水平钻探主干气化通道和分支气化通道，贯通气化剂注入钻孔和煤气出口钻孔；将燃烧剂注入管套入气化剂注入管，通过螺纹连接将燃烧剂注入管和气化剂注入管固定好。

b.将燃烧剂注入管和气化剂注入管的套管放入钻孔支撑管，下到点火点后，将下法兰套在第一个翼状支撑件下部，再将套管往下压，直到翼状支撑片展开成水平，卡在下法兰上部。

c.将垫片放在上法兰上，套上上法兰，转动上法兰，使上法兰与套管连接完好，并通过螺栓固定。

d.将水蒸气注入管，气化剂注入管，易燃气体注入管分支，自燃气体注入管分支接通各自的气体，并处于关闭状态。

e.打开易燃气体注入管分支开关，吹扫燃烧剂注入管后关闭。

f.打开自燃气体注入管分支开关，气化剂注入管中通入纯氧/空气，在点火点处，自燃气体接触氧气后燃烧，实现点火。

g.点火成功后，打开易燃气体注入管分支开关，通入易燃气体，并关闭自燃气体开关，使点火点持续燃烧，引燃煤层。

h.当温度测点的温度达到400度以上后，煤层引燃成功，关闭易燃气体开关。

i.当温度测点的温度达到800度以上后，打开水蒸气注入管，通入水蒸气。

j.当温度测点的温度达到600度以下时，关闭水蒸气注入管，转松密闭装置上法兰，启动点火点移动装置，打开翼状支撑件的开闭口，取下翼状支撑件，将套管往拉上至下一个翼状支撑件下部时，再将套管往下压，实现燃烧的后退。

在气化过程中通过水蒸气注入管持续通入水蒸气，也可以在气化剂注入管中断续注入水蒸气，使水蒸气与气化剂混合进入气化通道。

k.返回到步骤i、j，直至煤层燃烧点移至气化通道尽头。

本发明与现有技术相比：

1.本技术方案由于采用了气化通道每一条主干气化通道分成两条分支气化通道的构造,人为扩大了气化工作面的横向宽度，并且利用多个热源共轭燃烧的原理，自然扩大了气化工作面的宽度和高度，增加了1个气化工作面的气化煤储量，降低了成本；

2.本技术方案由于采用了气化单元中两个分支气化通道与主干气化通道夹角为45°，能够在保持成本和工程量较低的情况下，提高单元气化煤储 量；

3.本技术方案由于采用了煤炭地下气化工艺***多气化单元生产时，气化单元相邻和相对的位置排布，不仅可以充分利用相邻单元、相对单元的共轭燃烧，增大横向气化面积和纵向气化面积，同时扩大了高渗透区，再次扩展了横向气化宽度和纵向气化高度，增加气化煤储量，而且通过煤气出口的共用降低了煤气管道成本，同时降低了气化区所需钻孔数，极大的降低了成本，如图4所示，原横向气化区4使用本专利气化单元排布后扩大了气化面积7；

4.本技术方案由于采用了钻孔支撑管外壁在密闭装置的下部设立水蒸气注入管，钻孔支撑管不仅用于支撑钻孔，防止钻孔的塌陷和破坏，而且可以用于水蒸气的注入，有效利用管道的同时，增强了气化反应，提高煤气品质。

5.本技术方案由于采用了密封装置螺纹连接气化注入管，并设翼状支撑件辅助气化剂注入管的固定，翼状支撑件可以保护气化剂注入管外壁螺纹，防止其磨损，保证密闭效果；翼状支撑件设有开闭口，可拆卸，重复利用，成本低；每隔15-30米设螺纹连接和翼状支撑件，解决了注气点后退的问题，操作简便；同时注气点的后退使气化剂注入管、燃烧剂注入管等不会烧毁，可重复利用。

6.本技术方案由于采用了气化剂注入管将燃烧剂注入管套于管内的结构方式，避免了燃烧剂与氧化剂的混合，提高点火过程的安全性，并且燃烧剂注入管气体出口处比气化剂注入管短，保证燃烧气体与氧气充分接触，提高燃烧效率，同时避免燃烧气体逸散，提高气化过程的安全性。

7.本技术方案由于采用了燃烧剂注入管入口设有自燃剂注入管分支和易燃剂注入管分支的结构，在点火过程中，可首先注入气化剂和自燃气体，引燃后通入易燃气体，关掉自燃气体，持续引燃煤层的同时，节省点火成本，保证点火过程的安全进行。

下面结合附图和实施例对本发明作一详细描述。

附图说明

图1为本发明无井式地下气化***立体示意图；

图2为本发明单个气化单元气化通道示意图；

图3为本发明气化单元排布示意图；

图4为本发明气化区工作时的状态结构示意图；

图5为本发明无井式地下气化***的整体结构示意图；

图6为图1中无井式煤炭地下气化点火与注气点后退装置放大示意图；

图7为本发明密闭装置工作状态正视结构放大示意图；

图8为图3中A-A线剖面俯视结构放大示意图；

图9为本发明工作前翼状支撑件结构放大示意图；

图10为本发明点火点移动装置结构放大示意图。

具体实施方式

实施例

一种煤炭地下气化工艺***实施例，如图1至10所示，该地下气化***包括气化剂注入钻孔1，煤气出口钻孔2，主干气化通道3，分支气化通道5，钻孔支撑管8，气化剂注入管9，燃烧剂注入管10，密封装置11和点火点移动装置12。如图1所示，所述气化剂注入钻孔1和煤气出口钻孔2竖直钻入煤层，直至所需气化煤层底部；所述主干气化通道3一端连接气化剂注入钻孔1，另一端分成两条分支气化通道5，两条分支气化通道5的另一端各连接一个煤气出口钻孔2，形成一个气化单元；如图5所示，所述钻孔支撑管8外壁在密闭装置11的下部设有水蒸气注入管8-1；所述燃烧剂注入管10被气化剂注入管9套于管内，并且与气化剂注入管9通过螺纹13连接或者焊接；所述气化剂注入管9被钻孔支撑管8套于管内，并且通过密闭装置11实现与钻孔支撑管8的连接固定 以及密封；如图7所示，所述密闭装置11包括上法兰11-1，下法兰11-2，垫片11-3及螺栓11-4，通过螺纹11-11连接固定气化剂注入管9，并设翼状支撑件11-5辅助气化剂注入管9的固定和密封装置11的密封作用；如图5和图10所示，所述点火点移动装置12设于气化剂注入管9和燃烧剂注入管10连接点与密闭装置11之间，包括转轮12-1、转轴12-2和支撑架12-3。

实施例中，所述气化剂注入钻孔1与煤气出口钻孔2垂直距离为400-800米；所述气化单元两个煤气出口钻孔2的间距为1个气化单元的横向最大气化距离，范围是15-30米。

实施例中，所述气化单元中两个分支气化通道5与主干气化通道3夹角相等，夹角α为45°。

实施例中，所述煤炭地下气化工艺***多气化单元生产时，气化单元的排布包括相邻和相对两部分，如图3所示，相邻部分，气化单元a、b平行，且共用一个煤气出口钻孔；相对部分，a、c两个气化单元关于两个煤气出口钻孔2所在直线对称，同时共用两个煤气出口钻孔2。若气化区较大，则可以共用气化剂注入口钻孔1。

实施例中，所述钻孔支撑管8在气化煤层部分为花管。

实施例中，如图5所示，所述气化剂注入管9在气化剂注入管出口9-2偏上游位置设立温度测点9-3。

实施例中，所述气化剂注入管9外壁每隔15-30米设外螺纹9-1和翼状支撑件11-5，如图9所示，翼状支撑件11-5上部环状连接11-51以内螺纹的方式固定在气化剂注入管9外壁上，下部折向气化剂注入管9管壁但不固定；所述翼状支撑件11-5包括两个翼状支撑片11-52，翼状支撑片11-52为方形或半圆形，两个翼状支撑片11-52之间环状处设立开闭口11-53。

实施例中，如图7所示，所述密封装置上法兰11-1设有内螺纹11-11，与气化剂注入管9外壁外螺纹9-1匹配，如图8所示，所述下法兰11-2相对位置设两个凹槽11-21，所述凹槽11-21宽度大于翼状支撑件11-5的宽度。

实施例中，如图9所示，所述燃烧剂注入管10在气体出口处比气化剂注入管稍短，即燃烧剂注入管出口10-3包含在气化剂注入管出口9-2内，气化剂注入管出口9-2为点火点6，位于两条分支气化通道的交点处。

实施例中，如图1所示，所述燃烧剂注入管10入口设有自燃剂注入管分支10-1和易燃剂注入管分支10-2。

根据上述煤炭地下气化***的结构，地下气化的生产工艺步骤如下：

a.利用定向钻垂直钻探气化剂注入钻孔1和煤气出口钻孔2，水平钻探主干气化通道3和分支气化通道5，贯通气化剂注入钻孔1和煤气出口钻孔2；将燃烧剂注入管10套入气化剂注入管9，通过螺纹13连接将燃烧剂注入管10和气化剂注入管9固定好。

b.将燃烧剂注入管10和气化剂注入管9的套管放入钻孔支撑管8，下到点火点6后，将下法兰11-2套在第一个翼状支撑件11-5下部，再将套管往下压，如图7所示，直到翼状支撑片11-52展开成水平，卡在下法兰11-2上部。

c.将垫片11-3放在上法兰11-1上，套上上法兰11-1，转动上法兰11-1，使上法兰11-1与套管连接完好，并通过螺栓11-4固定。

d.将水蒸气注入管8-1，气化剂注入管9，易燃气体注入管分支10-2，自燃气体注入管分支10-1接通各自的气体，并处于关闭状态。

e.打开易燃气体注入管分支10-2开关，吹扫燃烧剂注入管10后关闭。

f.打开自燃气体注入管分支10-1开关，气化剂注入管9中通入纯氧/空气，在点火点处，自燃气体接触氧气后燃烧，实现点火。

g.点火成功后，打开易燃气体注入管分支10-2开关，通入易燃气体，并关闭自燃气体开关，使点火点持续燃烧，引燃煤层。

h.当温度测点9-3的温度达到400度以上后，煤层引燃成功，关闭易燃气体开关。

i.当温度测点9-3的温度达到800度以上后，打开水蒸气注入管8-1， 通入水蒸气。

j.当温度测点9-3的温度达到600度以下时，关闭水蒸气注入管8-1，转松密闭装置上法兰11-1，启动点火点移动装置12，打开翼状支撑件11-5的开闭口11-53，取下翼状支撑件11-5，将套管往拉上至下一个翼状支撑件11-5下部时，再将套管往下压，实现燃烧的后退。

为了防止地下气化过程中煤气聚集在气化通道中发生***，可在气化过程中通过水蒸气注入管持续通入水蒸气，也可以在气化剂注入管中断续注入水蒸气，使水蒸气与气化剂混合进入气化通道。

k.返回到步骤i、j，直至煤层燃烧点移至气化通道尽头。

Claims (10)

1.一种煤炭地下气化工艺***，其特征在于，所述地下气化***包括气化剂注入钻孔，煤气出口钻孔，主干气化通道，分支气化通道，钻孔支撑管，气化剂注入管，燃烧剂注入管，密封装置和点火点移动装置；所述气化剂注入钻孔和煤气出口钻孔竖直钻入煤层，直至所需气化煤层底部；所述主干气化通道一端连接气化剂注入钻孔，另一端连接两条分支气化通道，两条分支气化通道的另一端各连接一个煤气出口钻孔，形成一个气化单元；所述钻孔支撑管外壁在密闭装置的下部设有水蒸气注入管；所述燃烧剂注入管被气化剂注入管套于管内，比气化剂注入管稍短，与气化剂注入管通过螺纹连接或者焊接；所述气化剂注入管被钻孔支撑管套于管内，并且通过密闭装置实现与气化剂注入钻孔支撑管的连接固定以及密封；所述密闭装置包括上法兰，下法兰，垫片及螺栓，通过螺纹连接固定气化剂注入管，并设翼状支撑件辅助气化剂注入管的固定和密封装置的密封作用；所述点火点移动装置设于气化剂注入管和燃烧剂注入管连接点与密闭装置之间，包括转轮、转轴和支撑架。

2.根据权利要求1所述一种煤炭地下气化工艺***，其特征在于，所述气化剂注入钻孔与煤气出口钻孔垂直距离为400-800米；所述气化单元两个煤气出口钻孔的间距为1个气化单元的横向最大气化距离，范围是15-30米。

3.根据权利要求1所述一种煤炭地下气化工艺***，其特征在于，所述气化单元中两条分支气化通道与主干气化通道夹角相等，夹角α为45°。

4.根据权利要求1所述一种煤炭地下气化工艺***，其特征在于，所述煤炭地下气化工艺***多气化单元生产时，气化单元的排布包括相邻和相对两部分，相邻部分，各个气化单元平行，且共用一个煤气出口钻孔；相对部分，两个气化单元关于两个煤气出口钻孔所在直线对称，同时共用两个煤气出口钻孔；若气化区较大，则可以共用气化剂注入口钻孔。

5.根据权利要求1所述一种煤炭地下气化工艺***，其特征在于：所述钻孔支撑管在气化煤层部分为花管。

6.根据权利要求1所述一种煤炭地下气化工艺***，其特征在于，所述气化剂注入管在气化剂注入管出口管壁外侧偏上游位置设立温度测点。

7.根据权利要求1所述一种煤炭地下气化工艺***，其特征在于，所述气化剂注入管外壁每隔15-30米设外螺纹和翼状支撑件，翼状支撑件上部环状连接以内螺纹的方式固定在气化剂注入管外壁上，下部折向气化剂注入管管壁但不固定；所述翼状支撑件包括两个翼状支撑片，支撑片为方形或半圆形，两个翼状支撑片之间环状处设立开闭口。

8.根据权利要求1所述一种煤炭地下气化工艺***，其特征在于，所述密封装置上法兰设有内螺纹，与气化剂注入管外壁外螺纹匹配，所述下法兰相对位置设两个凹槽，所述凹槽宽度大于翼状支撑件的宽度。

9.根据权利要求1所述一种煤炭地下气化工艺***，其特征在于，所述燃烧剂注入管入口设有自燃剂注入管分支和易燃剂注入管分支。

10.根据权利要求1所述***实现的一种煤炭地下气化工艺***，其特征在于，气化生产的工艺步骤如下：

a.利用定向钻垂直钻探气化剂注入钻孔和煤气出口钻孔，水平钻探主干气化通道和分支气化通道，贯通气化剂注入钻孔和煤气出口钻孔；将燃烧剂注入管套入气化剂注入管，通过螺纹连接将燃烧剂注入管和气化剂注入管固定好；

b.将燃烧剂注入管和气化剂注入管的套管放入钻孔支撑管，下到两条分支气化通道的交点处后，将下法兰套在第一个翼状支撑件下部，再将套管往下压，直到翼状支撑片展开成水平，卡在下法兰上部；

c.将垫片放在上法兰上，套上上法兰，转动上法兰，使上法兰与套管连接完好，并通过螺栓固定；

d.将水蒸气注入管，气化剂注入管，易燃气体注入管分支，自燃气体注入管分支接通各自的气体，并处于关闭状态；

e.打开易燃气体注入管分支开关，吹扫燃烧剂注入管后关闭；

f.打开自燃气体注入管分支开关，气化剂注入管中通入纯氧/空气，在燃烧剂注入管管口处，自燃气体接触氧气后燃烧，实现点火；

g.点火成功后，打开易燃气体注入管分支开关，通入易燃气体，并关闭自燃气体开关，使点火点持续燃烧，引燃煤层；

h.当温度测点的温度达到400度以上后，煤层引燃成功，关闭易燃气体开关；

i.当温度测点的温度达到800度以上后，打开水蒸气注入管，通入水蒸气；

j.当温度测点的温度达到600度以下时，关闭水蒸气注入管，转松密闭装置上法兰，启动点火点移动装置，打开翼状支撑件的开闭口，取下翼状支撑件，将套管往拉上至下一个翼状支撑件下部时，再将套管往下压，实现燃烧的后退；

在气化过程中通过水蒸气注入管持续通入水蒸气，也可以在气化剂注入管中断续注入水蒸气，使水蒸气与气化剂混合进入气化通道；

k.返回到步骤i、j，直至煤层燃烧点移至气化通道尽头。