[發明專利]一種煤層原位轉化制氫的通道布置方式和制氫方法

有效

• 申請號: 202110273272.9
• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN113073967B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 辛林;吳景;程衛民;馮洺澤;胡相明;王剛;李凱旋;徐敏;李佳澤;亓冠圣;孔彪;劉震;倪冠華
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: E21B43/295
• 分類號: E21B43/295
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 張凱

1.一種煤層原位轉化制氫的通道布置方式，其特征在于，包括注水鉆孔、注水通道、注水管路、排氣鉆孔、排氣通道、排氣管路、井下排氣管路、注氣鉆孔、注氣管路和注氣通道；所述注氣通道、排氣通道和注水通道在同一平面內鉆孔布置，注水通道和注氣通道構建條帶式煤炭地下原位氣化制氫的氣化爐，氣化反應界面為俯斜界面結構；氣化爐內進出氣體形成的氣流依次經過注氣通道、氣化通道和排氣通道，或是注水通道、氣化通道和排氣通道；所述注氣通道和排氣通道布置在煤層底部，注水通道在長度方向上平行于注氣通道，注水通道布置在注氣通道的上方；所述注水管路為移動式注水裝置，注水管路的水蒸氣注入口隨氣化反應界面的移動而回退移動；所述氣化爐由注氣管路輸入空氣至點火位置，煤層中的碳燃燒產生大量的熱，監測氣化爐內形成的溫度場；所述排氣鉆孔和注氣鉆孔分別位于煤層底板的兩側，監測排氣鉆孔排出氣體的CO和CO₂含量，以及H₂的含量；所述注水管路向氣化爐內注入水蒸氣，根據監測到的H₂含量移動水蒸氣注入口在氣化爐內的位置；監測H₂含量的最大時間間隔是30min；當H₂的含量降低至小于H₂含量峰值的1/3時，H₂的生產速率降低，停止注入水蒸氣。

2.根據權利要求1所述的一種煤層原位轉化制氫的通道布置方式，其特征在于，所述注水通道沿注水鉆孔布置，注水管路伸入注水通道內；排氣通道沿排氣鉆孔布置，排氣管路伸入排氣通道內，排氣管路還與井下排氣管路相連；注氣通道沿注氣鉆孔布置，注氣管路伸入注氣通道內。

3.根據權利要求1所述的一種煤層原位轉化制氫的通道布置方式，其特征在于，所述煤層的頂板和底板之間的距離為L，注水鉆孔布置在距離底板L/3位置處的高溫區；所述注氣鉆孔和排氣鉆孔之間的距離為S，注水鉆孔和注氣鉆孔之間的水平距離為S/4。

4.一種煤層原位轉化制氫的方法，其特征在于，利用權利要求1至3任一項所述的一種煤層原位轉化制氫的通道布置方式，步驟包括：

S1.完成煤層原位轉化制氫的通道布置后，形成氣化爐，在煤層點火；

S2.通過注氣通道向煤層注氣，注氣管路輸送空氣至點火位置，煤層中的碳發生多相化學反應產生大量的熱使氣化爐達到氣化反應溫度條件，持續注氣形成穩定的溫度場；

S3.通過注水通道向氣化爐內注水，進行煤層氣化制氫，根據監測到的H₂含量移動水蒸氣注入口在氣化爐內的位置，水蒸氣的注入點逐步回退移動；

S4.溫度場的溫度降低，氫氣產量下降后停止霧化注水，并重復步驟S2和步驟S3中的煤層注氣和注水的過程，控制煤層穩定制氫。

5.根據權利要求4所述的一種煤層原位轉化制氫的方法，其特征在于，所述注氣管路不斷向氣化爐注入空氣，氣化爐內的高溫區范圍擴大，當煤氣熱值達到800kcal后穩定注氣2小時，完成蓄熱階段。

6.根據權利要求4所述的一種煤層原位轉化制氫的方法，其特征在于，所述氣化爐內的氣化反應界面上，在煤層的下部形成火焰，火焰加熱煤體；水蒸氣在氣化反應截面上發生分解反應和水煤氣制氫氣反應，反應吸熱，氣化通道內溫度降低。