[發(fā)明專利]一種地下隔層式煤炭原位氣化開采系統(tǒng)及其構(gòu)造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011496551.3
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112483063B
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發(fā)明（設計）人: 顧霖駿;申艷軍;王雙明;袁江強;白志鵬;郝建帥;彭程
• 申請（專利權(quán)）人: 西安科技大學
• 主分類號: E21B43/295
• 分類號: E21B43/295;E21B43/24;E21B43/243
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 胡東東

本發(fā)明屬于煤炭地下氣化技術領域,具體涉及一種地下隔層式煤炭原位氣化開采系統(tǒng)及其構(gòu)造方法，本發(fā)明利用預控系統(tǒng)注阻燃劑潤煤，預先控制氣化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；將加熱豎井鉆至煤層下墊板巖層中，布設燃燒設備對下墊板巖層加熱，利用下墊板巖層導熱性使煤燃燒產(chǎn)出煤氣，然后集氣系統(tǒng)收集煤氣并將其輸送至地面；在煤層氣化過程中，對煤層溫度及下墊板巖層應力進行監(jiān)測。目的在于將加熱設備布置在煤層下墊板巖層中，減少了對煤層的擾動；又利用預控系統(tǒng)留設耐高溫煤壁，不僅提高了氣化腔體氣密性，還使煤層受熱更均勻、可控，為煤層充分燃燒提供了較為理想的溫度場，從而提高產(chǎn)出煤氣的品質(zhì)。

技術領域

本發(fā)明屬于煤炭地下氣化技術領域，具體涉及一種地下隔層式煤炭原位氣化開采系統(tǒng)及其構(gòu)造方法。

背景技術

傳統(tǒng)的煤炭地下原位氣化技術是將處于地下的煤炭進行有控制的燃燒，通過對煤的熱作用以及化學作用產(chǎn)生可燃氣體的過程。它集建井、采煤、氣化三大工藝為一體，將傳統(tǒng)物理采煤變?yōu)榛瘜W采煤，把傳統(tǒng)的機械化采煤變?yōu)闊o人化采氣，具有開采流短、成本低、污染排放低、資源回收率高等優(yōu)點，因此可提高煤炭利用價值，對難采煤層、低品位煤層的開采具有促進作用，帶動煤炭、電力、化工等傳統(tǒng)工業(yè)發(fā)展。

目前而言，我國UCG(Underground Coal Gasification)技術尚處于產(chǎn)業(yè)示范階段，其穩(wěn)定性、可靠性有待進一步改善。國內(nèi)外探索性現(xiàn)場試驗表明，工程技術因素是導致中深層煤炭地下氣化試驗項目終止的主要原因，占比達到70％。而工程技術因素中，氣化爐建造工藝針對性與完整性和氣化運行控制可靠性，是阻礙UCG技術向成功商業(yè)化應用轉(zhuǎn)型的主要因素，具體表現(xiàn)為：

①氣化爐建造工藝針對性與完整性

氣化爐建造工藝面臨套管變形、腐蝕穿孔、井口抬升、環(huán)空帶壓等問題，難以保障全生命周期的可靠性。國內(nèi)氣化爐建造設計方法正處于起步階段，尚未形成氣化爐完整性控制工藝技術體系。

②氣化運行控制可靠性

氣化腔溫度、壓力及腔體形態(tài)缺乏有效的監(jiān)測手段，造成氣化腔演化規(guī)律與主控因素認識不清，氣化控制原理尚不明確，導致氣化運行控制工藝無法保障中熱值煤氣穩(wěn)產(chǎn)和氣化效率，這極大制約了UCG煤氣的燃氣應用和化學原料氣的產(chǎn)品開發(fā)。

總結(jié)而言，UCG技術尚存在能量耗損大、煤層受熱不均勻、氣閉性差等缺陷，這些技術弊端嚴重制約了煤炭氣化過程連續(xù)、穩(wěn)定、可控地進行，阻礙了煤炭綠色、高效開采以及UCG技術大規(guī)模工業(yè)化應用。對此，立足于西部煤炭綠色低碳開采理念，本發(fā)明提出了針對性的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對煤炭層頂?shù)装咫y熔條件下的西部煤炭地下氣化開采問題，著眼于加強煤炭地下氣化生產(chǎn)的過程控制和質(zhì)量控制，優(yōu)化制氣企業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)能力，進而提升氣化產(chǎn)品市場競爭力，提供了一種地下隔層式煤炭原位氣化開采系統(tǒng)及其構(gòu)造方法。

所采用的技術方案是：一種地下隔層式煤炭原位氣化開采加熱系統(tǒng)，包括數(shù)口加熱井，每口所述加熱井由加熱豎井、加熱巷道和燃燒室組成，所述加熱豎井與加熱巷道連通，所述加熱巷道的末端連通燃燒室；所述燃燒室設置在待加熱煤炭層下方的下墊板巖層中，所述燃燒室內(nèi)設置有燃燒加熱裝置。

優(yōu)選的，所述燃燒加熱裝置包括燃燒室內(nèi)設置的等離子體燃燒器，所述等離子體燃燒器的末端與導燃筒固定連接，所述導燃筒的上端面設置若干個噴火口，所述導燃筒的材料為耐高溫材料。

優(yōu)選的，所述加熱井的數(shù)量為四口，四口所述加熱井合圍構(gòu)成四邊形。

一種地下隔層式煤炭原位氣化開采集氣系統(tǒng)，包括進氣豎井、回氣豎井和集氣巷道組成，所述集氣巷道連通進氣豎井和回氣豎井，所述集氣巷道設置在待加熱煤炭層的上方，所述集氣巷道內(nèi)設置有若干與待加熱煤炭層連通的孔；所述進氣豎井與地面送氣裝置連接，所述回氣豎井與地面收集裝置連接。