[發(fā)明專利]一種用于含碳有機質地下氣化的氣化劑輸配系統(tǒng)及工藝

有效

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• 申請日: 2011-11-30
• 公開（公告）號: CN102486085A
• 公開（公告）日: 2012-06-06
• 發(fā)明（設計）人: 劉剛;李慶堂;桂謝文;邵明亞;劉洪濤;楊蘭和
• 申請（專利權）人: 新奧氣化采煤有限公司
• 主分類號: E21B43/295
• 分類號: E21B43/295;F17D1/04
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 秦振

技術領域

本發(fā)明涉及一種用于例如煤炭、油頁巖等含碳有機質地下氣化的氣化劑輸配系統(tǒng)及工藝。

背景技術

例如煤炭、油頁巖等含碳有機質地下氣化就是利用氣化劑使處于地下的煤炭、油頁巖等含碳有機質受控制地燃燒、通過對含碳有機質的熱作用及化學作用而產生可燃氣體的過程。生產的可燃氣體可用作發(fā)電氣體或化工合成氣。在含碳有機質地下氣化產生可燃氣體的過程中，氣化劑的種類在很大程度上決定了可燃氣體質量的好壞。在實際應用中，含碳有機質地下氣化氣化劑種類通常包括空氣、氧氣、水蒸氣和CO₂等。

目前最常用的氣化劑是空氣。這主要由于空氣成本低廉、輸送方便，但其氣化產生的可燃氣體熱值和有效組分(H₂、CO、CH₄)的含量都比較低，只能用來燃燒產生蒸汽供蒸汽輪機發(fā)電，不能滿足化工合成的需要。

與利用空氣作為氣化劑的情形形成對比的是，利用富氧-水蒸氣作為氣化劑可以利用高濃度富氧與含碳有機質反應產生的熱量加大水蒸氣的分解量，產生更多的H₂和CO，從而改善可燃氣體質量，生產的可燃氣體可以利用于化工合成領域；利用富氧-二氧化碳作為氣化劑一方面可以鼓入富氧，燃燒生產高熱值的可燃氣體，另一方面利用富氧燃燒產生的熱能還原CO₂增加可燃氣體中CO的含量，改善可燃氣體質量，同時利用二氧化碳作為氣化劑還可以研究含碳有機質地下氣化技術能否用于CO₂的減排，對環(huán)境保護具有重要意義。

因此，利用富氧-水蒸氣混合物或者富氧-二氧化碳混合物作為氣化劑的方案正在越來越廣泛地被關注。

利用富氧作為氣化劑具有如下優(yōu)勢：①富氧氣化可以提高反應區(qū)的溫度，強化CO₂的還原，從而改善可燃氣體質量；②反應區(qū)溫度的增加，水蒸氣的分解速率也增加，這就增加了可燃氣體中的可燃成分H₂和CO的含量；③反應區(qū)溫度的增加，當含碳有機質為煤時，煤的干餾范圍增加，產生更多的含有H₂、CH₄、CO的干餾煤氣；④富氧氣化可以減少出口可燃氣體的N₂含量，提高能量利用效率，改善可燃氣體質量。

然而，利用富氧作為氣化劑需要考慮安全方面的問題。例如，氧氣輸送應在無油的環(huán)境下進行，需要考慮防火、防爆特殊設計保護。

目前，在例如煤炭的含碳有機質地下氣化過程中氣化劑的輸配主要有兩種方式：一種是在地面經過混合器混配然后直接通過鉆井套管輸送至例如煤層的含碳有機質層，這種方式只能輸送空氣、CO₂或低濃度富氧，并不適合高濃度富氧；另一種是在定向孔內布放特殊、可移動管道將氣化劑輸送至例如煤層的含碳有機質層，這種方式主要在國外控制注氣點后退工藝技術(CRIP)中廣泛使用，可輸送高壓氧氣等氣化劑，但其實施技術難度大、操作控制復雜、成本造價高。

發(fā)明內容

因此，本發(fā)明的目的是提供一種安全有效、成本低廉的氣化劑輸配系統(tǒng)及工藝，其尤其適合進行高濃度富氧和富氧-水蒸氣等氣化劑安全有效的輸配。

鑒于在高濃度氧的輸送過程中存在例如與套管壁殘存油污混合進而發(fā)生爆炸的危險，本發(fā)明提出了將氧氣輸送與空氣、水蒸氣或二氧化碳輸送分開，分別經各自的輸送管道輸送進入含碳有機質地下氣化爐內，在鉆孔底部進行混合。通過該輸送方式可避免高濃度氧氣輸送的爆炸危險，保證各種氣化劑安全有效地輸送到地下氣化爐內。

根據本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于含碳有機質地下氣化的氣化劑輸配系統(tǒng)，其包括：與進氣鉆孔的孔壁接合且延伸至含碳有機質中預定位置的進氣鉆孔套管；以及在進氣鉆孔套管中延伸的氧氣/富氧氣體輸送管；所述氧氣/富氧氣體輸送管用于輸送氧氣，且所述進氣鉆孔套管與所述氧氣/富氧氣體輸送管之間的環(huán)空用于輸送空氣、水蒸氣和/或二氧化碳。

根據本發(fā)明的一個方面，所述氧氣/富氧氣體輸送管的下端比所述進氣鉆孔套管的下端更靠近鉆孔底部。

根據本發(fā)明的一個方面，在所述氧氣/富氧氣體輸送管的下端設置有氧氣噴嘴，所述氧氣噴嘴包括上部柱體和下部錐體結構，上部柱體的上端適于連接至氧氣/富氧氣體輸送管的下端，上部柱體下側面和下部錐體底部都開有一個或多個作為氧氣出口的噴嘴孔。

根據本發(fā)明的一個方面，該氣化劑輸配系統(tǒng)還設置有氧氣阻火器，所述氧氣阻火器設置在氧氣/富氧氣體輸送管的下端，并且通過一段耐高溫管連接至氧氣噴嘴。