两阶段煤炭地下气化工艺

摘要

两阶段煤炭地下气化工艺,将煤炭地下气化过程分为两个阶段进行,一个阶段鼓空气,一个阶段鼓蒸汽,消除了N2对煤气热值的影响,可燃组分可达80%以上,N2含量低于4%,与现有技术相比,能生产两种热值不同的煤气,供区别或混合使用,提高了气化效率。第一阶段生产的煤气,可作为工业燃料或发电用,第二阶段生产的煤气可作为城市民用和化工原料气,大大降低了煤气成本,有广泛的实用性。

说明书

本发明涉及两阶段煤炭地下气化工艺，尤其适用于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。

鉴于已有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种煤炭地下气化工艺，利用空气和水蒸汽生产高热值煤气，使产品煤气的使用范围扩大，降低煤气成本。

本发明两阶段煤炭地下气化，针对矿井煤炭地下气化，包括机房、测控室、燃烧塔、冷却池、洗涤塔、空喷塔、放空塔、流量计、阀门、输气管、鼓风机，可在矿井煤层中建立长通道的大断面地下气化炉，气化炉进排气孔位于煤层底板和打倾孔沿煤层钻进，气化炉上设有测温孔、蒸气孔、进气孔、排气孔，排气孔连通构成气化通道，向地下气化炉循环供给空气和水蒸汽，每个循环由两阶段组成，第一阶段鼓空气，第二阶段鼓水蒸汽。第一阶段从进气孔鼓入空气，为蓄热阶段，生产低热值鼓风煤气，当CO和CO₃的百分比含量之和达到26％以上时，停止供风进入第二阶段，从供气孔鼓入水蒸汽，为鼓水蒸汽阶段，生产高热值地下水煤气，当出口煤气中CO含量低于5％时，则停止供水蒸汽，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，将煤炭地下气化过程分为两个阶段进行，即鼓空气阶段和鼓蒸汽阶段。此工艺第一阶段可生产热值在4.18MJ/m³左右的煤气，可作为工业燃料或发电，第二阶段可生产热值在12.56MJ/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，与现有技术相比，能生产两种热值不同的煤气，供区别或混合使用，提高了气化效率，第二阶段能够获得热值在10m³/Nm³以上的高热值煤气，使煤炭大幅度增值，具有广泛的实用性。

本发明两阶段煤炭地下气化工艺，在不改变原设备的条件下，向地下气化炉循环供给空气和水蒸汽，每个循环有两个阶段，第一阶段为鼓空气蓄热阶段，生产低热值鼓风煤气；第二阶段为鼓水蒸汽阶段，生产高热值地下水煤气。第一阶段从进气孔鼓入空气，随时观测煤气组份及热值，当CO和CO₂的百分比含量达到26％以上时，则立即停止供风，进入第二阶段，第二阶段从进气孔鼓入水蒸汽，并随时测量出口煤气的组份及热值，当CO含量低于5％时，则停止供水蒸汽，从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)