專利名稱：監(jiān)測煤炭地下氣化工作面溫度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤炭地下氣化技術(shù)，尤其涉及一種監(jiān)測煤炭地下氣化工作面溫度的方法。
背景技術(shù)：
煤炭地下氣化技術(shù)是一種將埋藏在地下的煤炭進(jìn)行直接的、有控制的燃燒，通過煤的熱作用及化學(xué)作用，產(chǎn)生可燃?xì)怏w的過程。煤炭地下氣化變傳統(tǒng)的物理采煤為化學(xué)采煤，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的建井、采煤、地面氣化過程，具有安全性好、投資少、效益高、污染少等優(yōu)點(diǎn)。在煤炭地下氣化工藝過程中，氣化工作面的溫度是影響煤氣關(guān)品質(zhì)的主要因素之一。目前，國內(nèi)外對(duì)煤炭地下氣化工藝過程相關(guān)參數(shù)的監(jiān)測手段主要有(1)熱電偶法，該法主要用來監(jiān)測煤炭地下氣化過程中井底溫度；( 測氡法，該法主要應(yīng)用于對(duì)煤炭地下氣化過程中燃空區(qū)變化的監(jiān)測；C3)其他方法，如物探法、熱重法等。這些方法，基本上都是對(duì)地下氣化工作面的直接監(jiān)測，這在一定程度上可為實(shí)現(xiàn)地下氣化的控制提供依據(jù)，然而由于底層地質(zhì)的復(fù)雜性等特點(diǎn)，這些監(jiān)測方法存在監(jiān)測周期長、監(jiān)測設(shè)備安裝復(fù)雜、監(jiān)測數(shù)據(jù)模糊等缺點(diǎn)。經(jīng)有關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，在煤炭地下氣化過程中，會(huì)因氣化工作面溫度不同而產(chǎn)生不同的污染物，這些污染物與氣化燃空區(qū)內(nèi)涌水會(huì)隨煤氣排出地面，以冷凝水的形式出現(xiàn)。并且，冷凝水中污染物的監(jiān)測方法是已知的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種監(jiān)測煤炭地下氣化工作面溫度的方法，是通過監(jiān)測煤炭地下氣化產(chǎn)生的煤氣中的污染物的量來間接監(jiān)測煤炭地下氣化工作面的溫度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)煤炭地下氣化運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測。本專利提出的監(jiān)測煤炭地下氣化工作面溫度的方法簡單易行、所獲得的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠、不需要復(fù)雜的設(shè)備，成本低。本發(fā)明所述的監(jiān)測煤炭地下氣化工作面溫度的方法，包括以下步驟建立煤炭熱解溫度與污染物的定量關(guān)系的模型方程，所述污染物存在于煤炭熱解氣化所產(chǎn)生的煤氣中；在煤炭地下氣化過程中監(jiān)測煤氣中的污染物的量；根據(jù)煤氣中的污染物的量和所述模型方程計(jì)算煤炭地下氣化工作面的溫度。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在煤炭地下氣化過程中監(jiān)測煤氣中的污染物的量包括用國家標(biāo)準(zhǔn)分析方法分析污染物指標(biāo)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述污染物指標(biāo)包括氨氮指標(biāo)、硫化物指標(biāo)、化學(xué)需
氧量指標(biāo)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，建立煤炭熱解溫度與污染物的定量關(guān)系的模型方程的步驟包括通過煤炭氣化模型試驗(yàn)獲得煤炭在一系列熱解溫度下氣化所產(chǎn)生的污染物的污染物指標(biāo)的數(shù)據(jù)；利用統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)溫度數(shù)據(jù)和污染物指標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立煤炭熱解溫度與污染物的定量關(guān)系的模型方程。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述煤炭氣化模型試驗(yàn)包括以下步驟a)選定使煤炭熱解氣化的一系列熱解溫度；b)分別在選定的一系列熱解溫度下進(jìn)行實(shí)體煤的熱解氣化，同時(shí)收集熱解氣化產(chǎn)生的煤氣中的污染物；c)測定污染物指標(biāo)，獲得在一系列熱解溫度下的污染物指標(biāo)的數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述統(tǒng)計(jì)軟件為SPSS軟件。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，通過所述SPSS軟件建立的煤炭熱解溫度與污染物的
定量關(guān)系的模型方程為
T熱解=0.517 χ Csft - 2.497x 10"4 χ C2efte +0.605 χ C味化物 +6.675 χ 1(Γ7 χ C2kjd +0.001 χ Ccod +347.83其中=TaiPCae^Csm物、Cail分別是指熱解溫度(。C )、氨氮質(zhì)量(mg)、硫化物質(zhì)量 (mg)、COD (化學(xué)需氧量)質(zhì)量(mg)。為了使本發(fā)明的目的、特征及優(yōu)點(diǎn)能更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的煤炭氣化模型試驗(yàn)設(shè)備的組成的示意圖。
具體實(shí)施例方式以下僅通過例子說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。本發(fā)明亦可通過其它不同的方式加以施行或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)亦可在不背離本發(fā)明的總體構(gòu)思的情況下進(jìn)行各種調(diào)整與變更。再者，附圖僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，而非用于限制本發(fā)明。圖1是本發(fā)明的煤炭氣化模型試驗(yàn)設(shè)備的組成的示意圖。如圖1所示，煤炭氣化模型試驗(yàn)設(shè)備包括載氣裝置1、多功能熱解氣化爐2、牛角洗氣瓶4、冷凝槽5、流量計(jì)6以及連接上述各部件的氣體管道。載氣裝置1中裝入作為載氣的氮?dú)?。?shí)體褐煤3在多功能熱解氣化爐2中進(jìn)行熱解氣化。多功能熱解氣化爐2內(nèi)置控制程序，以控制熱解過程自動(dòng)進(jìn)行。并且，多功能熱解氣化爐具有顯示面板和控制面板，在顯示面板上顯示各種控制信號(hào)， 控制面板上設(shè)置有各種操作鍵，以便操作人員進(jìn)行設(shè)定試驗(yàn)參數(shù)，啟動(dòng)熱解程序等操作。牛角洗氣瓶4和多功能熱解氣化爐2的煤氣出口管道用橡膠管連接，煤氣先進(jìn)入牛角洗氣瓶然后出來。在牛角洗氣瓶4中裝入去離子水，用于吸收試驗(yàn)中褐煤所熱解出的污染物以備檢測。冷凝槽5中裝入冰水，以促進(jìn)煤氣中的污染物在去離子水中的冷凝，從而有利于污染物的吸收。為了充分吸收污染物，一般采用三個(gè)串聯(lián)的牛角洗氣瓶4。流量計(jì)6 用來觀測從牛角洗氣瓶4出來的氣體的流量變化。本發(fā)明的總體構(gòu)思是，在不同熱解溫度下進(jìn)行煤炭熱解氣化試驗(yàn)，通過試驗(yàn)分析各溫度下污染物的析出規(guī)律，建立污染物的量與熱解溫度的模型方程；根據(jù)該方程，并利用在煤炭地下氣化工藝現(xiàn)場監(jiān)測的煤氣出口處的污染物的析出量，計(jì)算煤炭地下氣化工作面的溫度。煤炭熱解氣化試驗(yàn)的操作步驟如下a)選定使煤炭熱解氣化的一系列熱解溫度；
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b)分別在選定的一系列熱解溫度下進(jìn)行實(shí)體煤的熱解氣化，同時(shí)收集熱解氣化產(chǎn)生的煤氣中的污染物；c)測定污染物指標(biāo)，獲得在一系列熱解溫度下的污染物指標(biāo)的數(shù)據(jù)。以下結(jié)合附圖1說明根據(jù)本發(fā)明的煤炭熱解氣化試驗(yàn)的具體例子(1)在熱解氣化爐2內(nèi)裝入實(shí)體褐煤100g，各牛角洗氣瓶4中裝入去離子水 IOOOmL,冷凝槽5內(nèi)放入冰水混合物，按圖1所示，依次連接好氮?dú)廨d氣裝置1 (例如氮?dú)怃撈?、氣化爐3、牛角洗氣瓶4、流量計(jì)6等。(2)打開氮?dú)怃撈?，調(diào)節(jié)氣化爐載氣控制閥7，將氮?dú)饬髁靠刂圃?00mL/min，檢驗(yàn)整個(gè)試驗(yàn)設(shè)備的氣密性。氮?dú)饬髁糠€(wěn)定后設(shè)定氣化爐升溫速率及熱解溫度如圖1中所示， 首先按下多功能熱解氣化爐2上的a鍵，顯示C01，設(shè)定熱解溫度400。°C，然后按下b鍵， 顯示TO1，設(shè)定升溫速率為10°C /min,設(shè)定完畢，按d鍵啟動(dòng)熱解程序；(3)持續(xù)觀察流量計(jì)6的流量，記錄流量變化，每5分鐘記錄一次，至流量穩(wěn)定在 300mL/min時(shí)，認(rèn)為不再有熱解氣析出，熱解試驗(yàn)完成，繼續(xù)通氮?dú)饫鋮s20min。收集牛角洗氣瓶4內(nèi)的吸收液，4°C保存待測。(4)待熱解氣化爐2冷卻至室溫后，取出爐體內(nèi)煤焦，重復(fù)操作步驟⑴、(2)、(3) 八次，每次設(shè)定熱解溫度分別為450°c、500°c、55(rc、60(rc、65(rc、70(rc、75(rc、80(rc。(5))取各次試驗(yàn)中吸收液，用國家標(biāo)準(zhǔn)分析方法測定其PH值、COD (化學(xué)需氧量)、 氨氮、硫化物等含量，獲得在一系列熱解溫度下的污染物指標(biāo)的數(shù)據(jù)。這里，分析COD指標(biāo)、硫化物指標(biāo)和氨氮指標(biāo)的國家標(biāo)準(zhǔn)分析方法分別包括COD指標(biāo)重鉻酸鉀法GB 11914-89 ；硫化物指標(biāo)亞甲基藍(lán)分光光度法GB/T 16489-1996 ；氨氮指標(biāo)納氏試劑分光光度法HJ 535-2009。可以理解，根據(jù)具體應(yīng)用，可以選擇其它污染物指標(biāo)和其它分析方法。在上述試驗(yàn)取得的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過相關(guān)統(tǒng)計(jì)軟件分析溫度與污染物的定量關(guān)系，建立溫度與污染物的定量關(guān)系的模型方程。建立溫度與污染物的定量關(guān)系的模型方程的例子如下(a)選擇SPSS(統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品與服務(wù)解決方案)軟件，在SPSS軟件中輸入溫度與其對(duì)應(yīng)的污染物(氨氮、硫化物、COD)的量，以溫度450、500、550、600、650、700、750、800為自變量，分別以對(duì)應(yīng)的氨氮、硫化物、COD的監(jiān)測指標(biāo)為因變量，進(jìn)行非線性回歸，得到最優(yōu)化的公式Y(jié)1(工)y2=a2*x22+i>2*x2+c2(2)y3 =a3 x32+b3 x3+c3(3)公式(1)表示氨氮指標(biāo)與溫度的關(guān)系，其中，yi表示溫度，X1表示氨氮指標(biāo)，ai，b1; C1為常數(shù)；公式⑵表示硫化物指標(biāo)與溫度的關(guān)系，其中，y2表示溫度，X2表示硫化物指標(biāo)， a2，b2, C2為常數(shù)；公式(3)表示COD指標(biāo)與溫度的關(guān)系，其中，y3表示溫度，X3表示COD指標(biāo)，a3，b3，C3為常數(shù)；(b)根據(jù)公式(1) (2) (3)的表達(dá)形式，按Y =公式(1)+公式O)+公式(3)的模式，輸入溫度與三個(gè)污染物指標(biāo)之間的模型表達(dá)式，即y 二 A^x12+C.X22+e·:^2+/·Χ3+g (4)其中Xl、χ2、X3分別指氨氮指標(biāo)、硫化物指標(biāo)、COD指標(biāo)，a、b、c、d、e、f、g是常數(shù)；(C)輸入模型表達(dá)式⑷后，為參數(shù)3、13、(3、(1、6、廠8賦值，其中￡1 = ￡11幾=131， c = a2, d = b2, e = a3, f = b3, g = (^+C2 = C3 ；(d)運(yùn)行軟件SPSS，輸出a、b、c、d、e、f、g的結(jié)果，得到最終的溫度與污染物的定
量關(guān)系的模型方程為
T 熱解=0.517 χ Css —2.497 χ ΙΟ—6 χ C2·化· +0.605xC 硫化物 + 6.675 χ 10_7 χ C2cod +O-OOIxCcod+347.83
(5)其中=TaiPCae^Csm物、Cail分別是指熱解溫度(°C )、氨氮質(zhì)量(mg)、硫化物質(zhì)量 (mg)、COD 質(zhì)量(mg)。將上述公式( 應(yīng)用于煤炭地下氣化現(xiàn)場，通過監(jiān)測煤炭地下氣化現(xiàn)場污染物的析出量，同樣用國家標(biāo)準(zhǔn)分析方法分析污染物指標(biāo)，將上述指標(biāo)應(yīng)用于公式( ，即可獲得煤炭地下氣化工作面溫度的值，為該煤炭地下氣化過程的調(diào)控提供依據(jù)。應(yīng)當(dāng)理解，雖然上述建立溫度與污染物的定量關(guān)系的模型方程采了 SPSS軟件，但也可以采用其它合適的統(tǒng)計(jì)軟件。如上所述，根據(jù)本發(fā)明，通過對(duì)煤氣出口冷凝水進(jìn)行監(jiān)測分析，建立溫度與污染物析出量的定量關(guān)系，在氣化現(xiàn)場只需監(jiān)測污染物的析出量，便可推導(dǎo)氣化工作面溫度，為實(shí)現(xiàn)監(jiān)測控制煤炭地下氣化中氣化爐運(yùn)行狀態(tài)提供依據(jù)。以上描述僅示例性地說明了本發(fā)明的實(shí)施例，而非用于限制本發(fā)明，熟知本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)明白，在不偏離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)的情況下，對(duì)本發(fā)明所作的任何變形都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。各個(gè)附圖只是對(duì)本發(fā)明的示意性說明，并且各個(gè)附圖可以相互參照或組合。
權(quán)利要求
1.一種監(jiān)測煤炭地下氣化工作面溫度的方法，包括以下步驟建立煤炭熱解溫度與污染物的定量關(guān)系的模型方程，所述污染物存在于煤炭熱解氣化所產(chǎn)生的煤氣中；在煤炭地下氣化過程中監(jiān)測煤氣中的污染物的量；根據(jù)煤氣中的污染物的量和所述模型方程計(jì)算煤炭地下氣化工作面的溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測煤炭地下氣化工作面溫度的方法，其中，在煤炭地下氣化過程中監(jiān)測煤氣中的污染物的量包括用國家標(biāo)準(zhǔn)分析方法分析污染物指標(biāo)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的監(jiān)測煤炭地下氣化工作面溫度的方法，其中，所述污染物指標(biāo)包括氨氮指標(biāo)、硫化物指標(biāo)、化學(xué)需氧量指標(biāo)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的監(jiān)測煤炭地下氣化工作面溫度的方法，其中，建立煤炭熱解溫度與污染物的定量關(guān)系的模型方程的步驟包括通過煤炭氣化模型試驗(yàn)獲得煤炭在一系列熱解溫度下氣化所產(chǎn)生的污染物的污染物指標(biāo)的數(shù)據(jù)；利用統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)溫度數(shù)據(jù)和污染物指標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立煤炭熱解溫度與污染物的定量關(guān)系的模型方程。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的監(jiān)測煤炭地下氣化工作面溫度的方法，其中所述煤炭氣化模型試驗(yàn)包括以下步驟a)選定使煤炭熱解氣化的一系列熱解溫度；b)分別在選定的一系列熱解溫度下進(jìn)行實(shí)體煤的熱解氣化，同時(shí)收集熱解氣化產(chǎn)生的煤氣中的污染物；c)測定污染物指標(biāo)，獲得在一系列熱解溫度下的污染物指標(biāo)的數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的監(jiān)測煤炭地下氣化工作面溫度的方法，其中所述統(tǒng)計(jì)軟件為 SPSS軟件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的監(jiān)測煤炭地下氣化工作面溫度的方法，其中通過所述SPSS軟件建立的煤炭熱解溫度與污染物的定量關(guān)系的模型方程為T熱解=0.517χ Csw _ 2.497 χ IO"6 χ C2·她 + 0.605 χ C硫化物 + 6.675 χ IO"7 χ C2cod + 0.001 χ Ccod + 347.83其中=Ta^Cia.Csm^Crai分別是指熱解溫度(。C )、氨氮質(zhì)量(mg)、硫化物質(zhì)量(mg)、 COD 質(zhì)量(mg)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種監(jiān)測煤炭地下氣化工作面溫度的方法，包括以下步驟建立煤炭熱解溫度與污染物的定量關(guān)系的模型方程，所述污染物存在于煤炭熱解氣化所產(chǎn)生的煤氣中；在煤炭地下氣化過程中監(jiān)測煤氣中的污染物的量；根據(jù)煤氣中的污染物的量和所述模型方程計(jì)算煤炭地下氣化工作面的溫度。從而，根據(jù)本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)煤炭地下氣化工作面溫度的間接監(jiān)測。
文檔編號(hào)E21B49/00GK102536218SQ201010623098
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月27日
發(fā)明者劉淑琴, 龐旭林, 李金剛, 陳 峰, 高寶平 申請人:烏蘭察布新奧氣化采煤技術(shù)有限公司, 新奧科技發(fā)展有限公司