[發(fā)明專利]用于煤炭地下氣化工藝的噴頭設備及其操作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710022286.7
• 申請日: 2017-01-12
• 公開（公告）號: CN106761653B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發(fā)明（設計）人: 閔振華;卡斯珀·揚·亨德利克·伯格;汪原理
• 申請（專利權）人: 中為（上海）能源技術有限公司
• 主分類號: E21B43/295
• 分類號: E21B43/295
• 代理公司: 杭州賽科專利代理事務所(普通合伙) 33230
• 代理人: 馮年群

本發(fā)明提供了一種用于煤炭地下氣化工藝的噴頭設備，基于注入井內襯管作為移動通道，包括如下部件：（a）止回閥；（b）機械剪切裝置；（c）噴嘴；（d）支撐件；（e）分布式溫度、壓力和聲波傳感器；（f）氣動保護塞；止回閥中心、機械剪切裝置中心和噴嘴主體中心構成噴頭氧化劑通道，噴頭設備與注入井內襯管之間的環(huán)隙空間以及噴嘴主體與噴嘴外殼之間的環(huán)隙空間構成噴頭冷卻劑通道。本發(fā)明的噴頭設備進行煤炭地下氣化過程時，操作起來更為靈活方便，可以大幅縮短現有技術回退法的回退周期和/或回退距離，實現煤炭地下氣化工藝的連續(xù)穩(wěn)定運行。利用本發(fā)明的噴頭設備可以安全穩(wěn)定地使用高濃度氧化劑，可以獲得高質量且質量穩(wěn)定的產品氣。

技術領域

本發(fā)明提供了一種用于煤炭地下氣化工藝的噴頭設備。特別地，本發(fā)明提供了一種在煤炭地下氣化工藝中可以連續(xù)注入高濃度氧化劑的噴頭設備，還提供了該噴頭設備在煤炭地下氣化工藝中的操作方法。

背景技術

煤炭地下氣化（ISC）是一種通過對地下煤層的可控燃燒（不完全燃燒）和氣化反應，把煤直接轉化為氣體產品的工藝過程。產品氣通常被稱為合成氣，可以作為燃料生產、化工生產、發(fā)電等下游工藝的原料。該工藝過程集合了建井完井、地下采煤和煤氣化工藝技術，具有安全性好、投資小、效益高、污染少等優(yōu)點。

通過地面鉆井直通煤層，給氧化劑注入和產品氣輸出提供了有效通道。一個用于氧化劑注入的鉆井稱為“注入井”，另外一個用于生產產品氣的鉆井稱為“產品井”。定向水平鉆井和垂直鉆井都可作為注入井或產品井。

當煤層中有注入井、產品井和水平通道將二者連接起來時，此構造被稱為一個煤炭地下氣化（ISC）單元或井對。ISC單元包括燃燒區(qū)，氣化區(qū)和熱解區(qū)。通過煤炭地下氣化生成的產品氣（粗合成氣）通常含有合成氣（CO, CO₂, H₂, CH₄及其他氣體的混合物）以及其他成分固體顆粒，水，煤焦油，烴類蒸汽，其他微量組分包括H₂S, NH₄, COS等）。其成分復雜程度取決于多個方面：煤炭地下氣化所使用的氧化劑（空氣或其他氧化劑，比如氧氣、富氧空氣或蒸汽混合物）、煤層中的內在水或周邊地層滲入煤層中的水、煤質、以及煤炭地下氣化工藝的操作參數，包括溫度，壓力等。

在煤炭地下氣化過程中，產品氣質量如熱值通常隨著氧化劑的氧濃度升高而升高，但氧濃度太高容易導致燃燒區(qū)溫度太高、回燒強度過大等危險。根據現有技術，在噴頭設備上仍存在一定技術挑戰(zhàn)，尤其是其在高濃度氧化劑應用上存在的問題。

公開號為CN103541714A的中國發(fā)明專利說明書公開了一種噴頭及煤炭地下氣化方法。該噴頭設備包含一種圓柱形殼體，殼體包括兩個部分并通過前孔流通連通。殼體第二部分側壁上設有側孔。噴頭內部包括滑動開啟或關閉側孔的密封組件和彈簧。該噴頭不適應于高濃度氧化劑的煤炭地下氣化工藝。其一，該噴頭氧化劑通道內部金屬結構復雜，通過滑動控制側孔開啟。較高氧濃度下，金屬件之間的摩擦易產生金屬顆粒，造成顆粒沖擊自燃并燒毀設備；其二，通過側孔提高噴頭周圍的煤炭利用率，實際操作存在較多不確定性。噴頭進入煤層鉆孔或套管內易發(fā)生旋轉，側孔位置無法定位。當側孔位于煤層垂直方向，其垂直方向的熱輻射容易造成設備的熔融或回燒。當側孔位于煤層水平方向兩側的預定位置，實際運行過程中較難控制燃空區(qū)寬度，易造成地層塌陷；其三，當通過注入壓力控制側孔開關時，壓力的波動易造成高溫可燃的合成氣逆向流入噴頭并與氧化劑直接接觸，在噴頭內部發(fā)生燃燒或爆炸。