地下煤气化方法及地下煤气化系统

摘要

本发明目的在于提供一种地下煤气化方法及一种地下煤气化系统。一种地下煤气化方法，在气化完毕的燃空单元内存储备用气，在当前气化单元产生的荒煤气产量不足或荒煤气中可燃气体积百分比与所述预定值不一致时，将当前气化单元气化的荒煤气与所述备用气混合，用以持续的向荒煤气处理系统输送可燃气体积百分比符合所述预定值的荒煤气。一种地下煤气化系统，其用于气化后续地下煤层为荒煤气，并将荒煤气供给荒煤气处理系统，所述地下煤气化系统包括气化单元，所述地下煤气化系统还包括与所述气化单元连通的燃空单元，所述燃空单元内储存有高于预定值的可燃气体积百分比的荒煤气作为备用气。

说明书

技术领域

本发明涉及煤炭开采技术领域，特别涉及一种地下煤气化方法及一种地下煤气 化系统。

背景技术

地下煤炭气化是一种融多学科为一体的综合性能源生产新技术，属第二代采煤 炭方法，其任务是将地下煤炭资源原地转化为荒煤气，荒煤气的主要组份为氢气、 一氧化碳、甲烷。

现有的一种煤层地下气化方法，包括步骤：在欲气化煤层中建立气化通道；在 所述欲气化煤层中布置多个爆炸装置，且所述多个爆炸装置分别对应所述欲气化煤 层的多个煤层段；在所述气化通道中点火或引火以开始气化工艺；以及利用火焰移 动加热方式逐一引爆所述多个爆炸装置以在对应的煤层段气化前对所述煤层段进 行松动。本发明通过预先在欲气化煤层中安装爆破装置，一边通过爆破在煤层中增 加裂隙一边气化，在每段煤层气化前完成对该段煤层的预松动，提高了气化效率。

由于地下煤炭气化的气化单元所处的环境的压力、地下水等各种不可预知条件 的存在，地下煤炭气化在规模化生产过程中荒煤气产量和荒煤气品质都会有波动， 这种波动能够满足在正常生产阶段以及位于地面的荒煤气的净化系统和合成系统 的生产要求且能够达到一定的经济效益，但是在地下气化单元点火初期(气化地下 煤炭层初期)、生产末期(气化地下煤炭层末期)以及地下气化单元维修时煤炭气 组分和产气量都会降低很多，这就会导致荒煤气的净化系统和合成系统过低负荷运 行，甚至会导致后系统的停运，在地下气化单元点火初期、生产末期以及地下气化 单元维修时荒煤气的净化系统和合成系统由于负荷较低，产率低会增大荒煤气的净 化和合成的成本，甚至出现亏损。具体的荒煤气的净化系统和合成系统的一次启停 可能会造成几十万或者上百万的损失。

发明内容

本发明目的在于提供一种地下煤气化方法及一种地下煤气化系统在气化单元 生产的荒煤气中可燃气体积百分比与预定值不一致或荒煤气产量不足时能够补入 备用气以保证荒煤气处理系统产业化的需求。

为达上述优点，本发明提供一种地下煤气化方法，在气化完毕的燃空单元内存储 备用气，在当前气化单元产生的荒煤气产量不足或荒煤气中可燃气体积百分比与所述预定 值不一致时，将当前气化单元气化的荒煤气与所述备用气混合，用以持续的向荒煤气处理 系统输送可燃气体积百分比符合所述预定值的荒煤气。

在本发明的地下煤气化方法的一个实施例中，所述预定值为所述荒煤气处理系统生 产需求的可燃气体积百分比上下浮动2％。

在本发明的地下煤气化方法的一个实施例中，所述备用气来自气化完毕的气化单元、 当前气化单元、地上气化单元中的任一或任意组合所生产的荒煤气。

在本发明的地下煤气化方法的一个实施例中，所述备用气在所述燃空单元中集中存 储或者根据不同可燃气体积百分比分单元存储。

在本发明的地下煤气化方法的一个实施例中，所述备用气的气体压力略低于所述燃 空单元处的地下水的静水压力。

在本发明的地下煤气化方法的一个实施例中，所述燃空单元内的备用气的温度为 200℃以上。

在本发明的地下煤气化方法的一个实施例中，所述可燃气包括氢气、一氧化碳及甲 烷。

为达上述优点，本发明还提供一种地下煤气化系统，其用于气化后续地下煤层为 荒煤气，并将荒煤气供给荒煤气处理系统，所述地下煤气化系统包括气化单元，所述地下 煤气化系统还包括与所述气化单元连通的燃空单元，所述燃空单元内储存有备用气。

在本发明的地下煤气化系统的一个实施例中，所述气化单元和所述燃空单元之间设 有用于增加所述备用气气压的加压单元。

在本发明的地下煤气化系统的一个实施例中，所述燃空单元包括多个用于储存不同可 燃气体积百分比的备用气的燃空区。

本发明的一种地下煤气化方法及一种地下煤气化系统中，在气化单元生产的荒 煤气中可燃气体积与预定值不一致或荒煤气产量不足时能够补入备用气以保证荒 煤气处理系统产业化的需求。

附图说明

图1所示为本发明第一实施例的地下煤气化系统的示意图。

图2所示为本发明第二实施例的地下煤气化系统的示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结 合附图及较佳实施例，对依据本发明提出具体实施方式、结构、特征及其功效，详 细说明如后。

本发明提供一种地下煤气化方法，在气化完毕的燃空单元11内存储备用气，在当前 气化单元13产生的荒煤气产量不足或荒煤气中可燃气体积百分比与所述预定值不一致 时，将当前气化单元13气化的荒煤气与所述备用气混合，用以持续的向荒煤气处理系统 输送可燃气体积百分比符合所述预定值的荒煤气。

本发明还提供一种地下煤气化系统10，其用于气化后续地下煤层300为荒煤气，并将 荒煤气供给荒煤气处理系统20，所述地下煤气化系统10包括气化单元13，其特征在于，所 述地下煤气化系统10还包括与所述气化单元13连通的燃空单元11，所述燃空单元11内储存 有备用气。

在燃空单元11中存储的备用气，其中可燃气体积百分比可以高于预定值，也可等于 预定值，也可小于预定值。在当前气化单元13气化的荒煤气产量不足时，可将燃空单元11 中可燃气体积百分比等于预定值的备用气与当前气化单元13产生的荒煤气混合送入荒煤 气处理系统20；在当前气化单元13气化的荒煤气中可燃气体积百分比大于预定值时，可将 燃空单元11中可燃气体积百分比小于预定值的备用气与当前气化单元13产生的荒煤气混 合送入荒煤气处理系统20；在当前气化单元13气化的荒煤气中可燃气体积百分比小于预定 值时，可将燃空单元11中可燃气体积百分比大于预定值的备用气与当前气化单元13产生的 荒煤气混合送入荒煤气处理系统20。总体使得送入荒煤气处理系统20的荒煤气中可燃气体 积百分比能持续保持预定值，以方便后续利用生产的连续性。

图1所示为本发明第一实施例的地下煤气化系统的示意图。请参见图1，本实施 例的地下煤气化系统10用于气化后续地下煤层300为荒煤气，并将荒煤气供给荒煤 气处理系统20；地下煤气化系统10包括燃空单元11、气化单元13、加压单元15、地 上煤气化单元17；其中燃空单元11和气化单元13位于地下煤层中，加压单元15和地 上煤气化单元17位于地上；燃空单元11、气化单元13、地上煤气化单元17之间通过 管道或井孔相互连通，燃空单元11、气化单元13、地上煤气化单元17之间连通的管 路通过荒煤气加压单元15。

燃空单元11用于储存荒煤气为备用气，备用气用于当气化单元13制造的荒煤气 数量不足或气化单元13制造的荒煤气中可燃气体积百分比与预定值不一致时，如在 气化单元13气化初期、气化末期、气化单元13维修或气化单元13故障时将备用气补 入到荒煤气处理系统20中以满足荒煤气处理系统20的产业化需求，防止荒煤气处理 系统20因缺乏原料气荒煤气而停产。燃空单元11由前期地下煤层燃空单元11包括由 早期地下煤层100气化后形成的第一燃空区111、第二燃空区112、第三燃空区113、 第四燃空区114。第一燃空区111、第二燃空区112、第三燃空区113、第四燃空区114 与加压单元15和荒煤气处理系统20连通，燃空单元11和荒煤气处理系统20之间设有 燃空单元控制阀；第一燃空区111、第二燃空区112、第三燃空区113、第四燃空区 之间相互独立，第一燃空区111、第二燃空区112、第三燃空区113、第四燃空区114 均安装有用于控制与加压单元15连通状态的燃空区控制阀。

燃空单元11的内部具有巨大的空间可以到达数万立方米以上，甚至可以达到数 百万立方米。燃空单元11是早期地下煤层100气化后形成的，因此燃空单元11具有 与地面连通的管路，燃空单元11通常位于地下煤层中，距离地面的距离通常为几百 米，最深的可以达到上千米。燃空单元11还可以设置更多的燃空区来储存不同品种 的荒煤气为备用气，如分别储存可燃气体积百分比为35％、40％、45％、55％、60％、 65％、70％的荒煤气为备用气。荒煤气的可燃气主要为氢气、一氧化碳、甲烷。燃 空单元11还可以放入甲烷化反应的催化剂，如镍基催化剂、贵金属催化剂。当然燃 空单元11内残留的荒煤气也可以作为备用气使用。

气化单元13用于气化后续气化煤层300为荒煤气，气化单元13气化的荒煤气作 为荒煤气处理系统20的原料气的主要来源。气化单元13与加压单元15和荒煤气处理 系统20连通，气化单元13和荒煤气处理系统20之间设有气化单元控制阀；气化单元 13包括第一气化炉131、第二气化炉132、第三气化炉133、第四气化炉134，第一气 化炉131、第二气化炉132、第三气化炉133、第四气化炉134之间相互独立，第一气 化炉131、第二气化炉132、第三气化炉133、第四气化炉134均安装有用于控制与加 压单元15连通状态的气化炉控制阀。气化单元13在气化生产的初期制造的荒煤气的 可燃气体积百分比和荒煤气的产量都非常低，难以满足荒煤气处理系统20启动或产 业化的要求，即无法启动或无法取得经济效益。气化单元13气化的荒煤气的温度较 高通常为200℃以上，有时可以达到300℃以上。燃空单元11内残留的煤在此温度下 与荒煤气中的水、一氧化碳、二氧化碳将会合成一部分的甲烷，以提高荒煤气的能 源清洁程度。

加压单元15位于地面以上，加压单元15用于将荒煤气进行压缩储存到燃空单元 11内作为备用气，同时加压单元15可以保证备用气具有一定的压力来防止处于地下 的燃空区坍塌或收缩变形；备用气的压力最好略低于燃空单元11附近的地下水的静 水压力，如地下水的静水压力为1.6Mpa，备用气的压力最好为1.45Mpa～1.55Mpa， 因为如果备用气的压力大于或者接近地下水的静水压力除容易造成备用气逸散，备 用气中具有的硫化氢、羟基硫、焦油等有毒有害物质还容易引起地下水污染。

地上煤气化单元17用于在地面上将煤气化为可燃气体积百分比较高的荒煤气， 如可燃气体积百分比达到50％～70％以上的荒煤气，地上煤气化工艺由于采用的煤原 料的粒径非常理想，气化反应条件也容易控制，因此地上煤气化单元17气化的荒煤 气的可燃气体积百分比通常均高于地下煤气化工艺所制造的荒煤气的可燃气体积 百分比，但由于地上煤气化单元17的成本高，产量小且不稳定，同时每次启动地上 煤气化单元17制造荒煤气需要耗费大量的人力、物力、财力，因此地上煤气化单元 17所制造的荒煤气不应作为荒煤气处理系统的原料主要来源，现有的技术无法频繁 的启动煤气化单元17以应当气化单元13所造成的荒煤气产量和品质的波动。

但在本实施例中地上煤气化单元17可以集中的制造较大数量的荒煤气储存到 燃空单元11内，这样充分利用了地上煤气化单元17所制造的荒煤气具有较高的可燃 气体积百分比的优点，同时避免了多次启动地上煤气化单元17所产生的不必要的成 本。地上煤气化单元17制作的荒煤气可以在燃空单元11的不同的燃空区内可以储存 不同可燃气体积百分比的荒煤气以应对不同的情况。地上煤气化单元17制造的荒煤 气可以经过加压单元15加压后再输送到燃空单元11内。地上煤气化单元17所气化的 荒煤气的温度较高，通常可以达到200℃到300℃以上。燃空单元11内残留的煤在此 温度下与荒煤气中的水、一氧化碳、二氧化碳将会合成一部分的甲烷，以提高荒煤 气的能源清洁程度。

荒煤气处理系统20用于将荒煤气作为原料制造出新的产品，如使用荒煤气进行 甲烷化制造天然气，荒煤气处理系统20对荒煤气的产量稳定，同时荒煤气中可燃气 体积百分比需要满足预定值才能够产生经济效益。预定值为荒煤气处理系统20生产 需求的可燃气体积百分比上下浮动2％。荒煤气处理系统20还可以用于对荒煤气进行净 化、即去除荒煤气中的有害物质，如焦油、硫化物等，以提高荒煤气能源的清洁程 度，防止荒煤气燃烧时对大气造成污染。本实施例中预定值为30％以上。当然预定 值在其他实施例中根据荒煤气处理系统20的生产需求可以是其他的范围，如20％以 上、40％以上、50％以上、60％以上、70％以上；20％～70％、40％～70％。

此外在通常情况下预定值为40％。

本实施例的地下煤气化系统可以按照如下步骤对荒煤气进行控制制造荒煤气：

A、将前期地下煤层100气化为荒煤气，形成燃空单元11；

B、将地上气化单元17气化的高品质的荒煤气经加压单元15加压后储存到 燃空单元11内作为备用气。

C、启动气化单元13生产荒煤气；

D、当气化单元13气化的荒煤气产量不足或荒煤气中可燃气体积百分比低 于预定值时，将气化单元13气化的荒煤气与备用气混合后送至荒煤气 处理系统；

E、当气化单元13气化的荒煤气产量过量时，将气化单元13气化的荒煤气 经加压单元15加压后储存到第一燃空区111、第二燃空区112、第三燃 空区113、第四燃空区114作为备用气。

F、需要注意的是第一气化炉131、第二气化炉132、第三气化炉133、第四 气化炉134将后续地下煤层300气化后可以作为新的燃空单元用以储存 荒煤气。

需要注意的是：当气化单元13气化的荒煤气产量过量时，气化单元13气化的荒 煤气的可燃气百分比高于40％。

图2所示为本发明第二实施例的地下煤气化系统的示意图。请参见图2，本实施 例的地下煤气化系统10与第一实施例的地下煤气化系统的结构和原理相似，二者的 区别在于：

本实施例的地下煤气化系统10仅包括燃空单元11、气化单元13；燃空单元11 与气化单元13连通。本实施例中预定值为40％以上。

本实施例的地下煤气化系统可以按照如下步骤对荒煤气进行控制制造荒煤气：

A’、将前期地下煤层100气化为荒煤气，形成燃空单元11；

B’、启动气化单元13生产荒煤气；

C’、将气化单元13生产的荒煤气加压后储存到第一燃空区111内作为备用气；

D’、当气化单元13气化的荒煤气可燃气体积百分比高于40％时，将气化单元 13气化的荒煤气送至荒煤气处理系统；

E’、当气化单元13气化的荒煤气产量过量时，将气化单元13气化的荒煤气经 加压单元15加压后储存到第一燃空区111内作为备用气。

F’、当气化单元13气化的荒煤气产量不足或荒煤气中可燃气体积百分比低于 预定值时，将气化单元13气化的荒煤气与备用气混合后送至荒煤气处理系统；

需要注意的是步骤C’中备用气中可燃气体百分比可以与预定值不一致，如 10％、20％、30％。

本实施例的其他部分与第一实施例的地下煤气化系统结构和原理相同，在此不 再赘述。

在本发明的其他实施例中，备用气的可燃气体积百分比可以低于预定值，具体 的当预定值为38％～42％时，若气化单元13所气化的荒煤气的可燃气体积百分比高 于预定值时，将气化单元13所气化的荒煤气与备用气混合成具有与预定值一致的 可燃气体积百分比的荒煤气后再输送至荒煤气处理系统20。这样荒煤气处理系统 20所使用的荒煤气的可燃气体积百分比更加稳定。

综上所述，本发明的甲烷合成方法至少具有以下的优点:

1.在本发明的地下煤气化方法中，本发明目的在于提供一种地下煤气化方法 在气化单元生产的荒煤气中可燃气体积与预定值不一致或荒煤气产量不足时能够 补入高品质的荒煤气以保证荒煤气处理系统产业化的需求。

2.在本发明的地下煤气化方法的一个实施例中，采用位于地面以上的加压单 元对荒煤气进行压缩后储存到燃空单元内作为备用气，可以保证备用气具有一定的 压力来防止处于地下的燃空区坍塌或收缩变形；备用气的压力最好略低于燃空单元 附近的地下水的静水压力这样除防止备用气逸散外，备用气中具有的硫化氢、羟基 硫、焦油等有毒有害物质还不会引起地下水污染。

3.在本发明的地下煤气化方法的一个实施例中，将早期地下煤层气化后形成 的燃空区作为储存备用气的场所，充分利用了燃空区的大空间优势，此外由于荒煤 气的温度通常可以达到200℃到300℃以上，燃空单元内残留的煤在此温度下与荒煤 气中的水、一氧化碳、二氧化碳将会合成一部分的甲烷，以提高荒煤气的能源清洁 程度。

4.在本发明的地下煤气化方法的一个实施例中，在燃空区内放入甲烷化反应 的催化剂，如镍基催化剂、贵金属催化剂，这样可以使燃空单元内残留的煤尽可能 多的与荒煤气中的水、一氧化碳、二氧化碳将会合成甲烷，以提高荒煤气的能源清 洁程度，同时将部分燃空区内的残留煤气化。

5、在本发明的地下煤气化方法的一个实施例中，燃空单元可以设置更多的燃 空区来储存不同品种的荒煤气为备用气，如分别储存可燃气体积百分比为40％、 45％、55％、60％、65％、70％的荒煤气为备用气。这样当气化炉的产量或制造的荒 煤气的可燃气体积百分比不同时可以选用不同的备用气与之混合，以充分的保证荒 煤气处理系统的产业化需求。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制， 虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业 的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出 些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依 据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化和修饰，均仍属 于本发明技术方案的范围内。