一種氣化劑輸送管及其地下燃料氣化系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種輸送管及其燃料氣化系統(tǒng)，尤其涉及一種氣化劑輸送管及其地下燃料氣化系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)中國煤田地質(zhì)總局(1999)統(tǒng)計，我國埋深2000m以淺的煤炭資源量共計45521.04億噸。其中:埋深100m以淺的煤炭資源量為18440.48億噸，其中可靠級9169.10億噸，占預(yù)測總量的40.5% ;埋深1000-1500m的為13403.75億噸，其中可靠級6676.91億噸，占預(yù)測總量的29.4%;埋深1500-2000m的為13676.81億噸，其中可靠級3292.29億噸，占30.1%。深部資源(1000m以深)占我國煤炭資源儲量的59.5%，其中大部分分布在新疆和內(nèi)蒙古自治區(qū)。深部煤炭資源由于受地溫和沖擊地壓等因素的影響，開采技術(shù)、安全性、經(jīng)濟(jì)性難以保證。利用煤炭地下氣化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)深部煤炭資源的開發(fā)，將為深部煤炭資源的開采利用開創(chuàng)一條新的途徑。
[0003]煤炭地下氣化是一種高效清潔利用低品質(zhì)煤炭資源的能源轉(zhuǎn)化技術(shù)，就是將處于地下的煤炭直接進(jìn)行有控制地燃燒，通過對煤(油或油巖層)的熱作用及化學(xué)作用而產(chǎn)生可燃?xì)怏w的過程。
[0004]煤炭地下氣化燃料層不能移動，而是要依靠氣化工作面的移動而保持氣化過程的連續(xù)，同時，要將含碳較高的固態(tài)煤轉(zhuǎn)化成含氫高的氣態(tài)能源，通常是添加水蒸氣，但煤層在地下百米甚至千米以下，地面水蒸氣到達(dá)地下后又冷凝成水，難以參加氣化反應(yīng)；在地下氣化爐出口煤氣中含有大量的水蒸氣，在地面冷凝后成為污染廢水，同時在地下氣化燃空區(qū)抽提處理時也會產(chǎn)生大量的污染廢水。
[0005]現(xiàn)有技術(shù):美國CRIP (Controlled Retract1n Inject1n Point)工藝，參見圖1。該工藝中，生產(chǎn)井為直井，注入井為連通了生產(chǎn)井的定向井，一旦井之間的通道建立起來后，單通道的氣化劑輸送管直接將高溫蒸汽狀的氣化劑送到氣化工作面，注入到井末端在煤層內(nèi)的水平段處開始進(jìn)行氣化反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)腔附近的煤燃燒用盡后(通過煤氣組分測量儀確認(rèn))，注入點(diǎn)就被收回，新的氣化反應(yīng)區(qū)就又形成(此時需要重新點(diǎn)火)。通過該方法，就可以實(shí)現(xiàn)控制注氣點(diǎn)隨著氣化工作面的后退而向后移動。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)中，由于必須將水加熱成高溫水蒸汽(溫度高于100攝氏度)，再將高溫水蒸汽與氧氣混合生成高溫蒸汽狀的氣化劑，然后，將高溫蒸汽狀的氣化劑從地面輸送到地下進(jìn)行氣化反應(yīng)生產(chǎn)合成氣，所以，需要消耗大量的熱能，同時還消耗很大的外部壓力能將高溫蒸汽狀的氣化劑壓入地下，大大增加了生產(chǎn)成本。由于煤層中氣化爐的地下煤層氣化反應(yīng)區(qū)在距離地表300米以深的地方，任何氣化劑的輸送必須借助深埋于地層的管道，然而管道處于地層中，無法對管道實(shí)施保溫措施，且管道在伸入到煤層的行程中，還需經(jīng)過若干含水層，所以，管道的管壁與高溫蒸汽狀的氣化劑之間的溫差極大。綜合上述原因，高溫蒸汽狀的氣化劑在經(jīng)過管道流動到地下煤層氣化反應(yīng)區(qū)的過程中，必然會損失大量的熱量，這些熱量通過管壁擴(kuò)散到地層白白地浪費(fèi)掉。因此，當(dāng)高溫蒸汽狀的氣化劑通過氣化爐的進(jìn)氣口到達(dá)煤層氣化反應(yīng)區(qū)時，其中一部分高溫蒸汽狀的氣化劑散熱后溫度低于10攝氏度變?yōu)樗蛷乃蛛x出的氧氣，失去了高溫蒸汽狀的氣化劑的功能，當(dāng)這部分液態(tài)水在煤層氣化反應(yīng)區(qū)通過煤層燃燒重新加熱再與氧氣結(jié)合成氣化劑參與氣化反應(yīng)時，煤層氣化反應(yīng)區(qū)將消耗大量的能量，這樣，會導(dǎo)致氣化工作面溫度降低而使氣化反應(yīng)速率減小。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)中的CRIP工藝，由于后退注氣點(diǎn)建立新的煤層氣化反應(yīng)區(qū)的時刻確定在煤層氣化反應(yīng)區(qū)的煤層燃盡之后(僅根據(jù)煤氣組分測量儀測得的煤氣組分及含量進(jìn)行確認(rèn))，每后退一次注氣點(diǎn)建立新的煤層氣化反應(yīng)區(qū)都要重新點(diǎn)燃新的煤層氣化反應(yīng)區(qū)中的煤層，點(diǎn)火的過程占去了相當(dāng)長的生產(chǎn)燃?xì)獾臅r間，大大降低了燃?xì)馍a(chǎn)的效率。將煤層氣化反應(yīng)區(qū)的進(jìn)氣管道后退不是連續(xù)穩(wěn)定的過程，而是長距離(20米以上)，控制過程和指標(biāo)不明確。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)中，對煤氣冷凝析出的大量污水未經(jīng)任何處理直接通入氣化爐，將會對氣化爐產(chǎn)生一定的負(fù)面影響，影響氣化爐的正常燃燒和氣化，嚴(yán)重的時候?qū)?dǎo)致氣化爐熄滅。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0009]本實(shí)用新型要解決的第一個技術(shù)問題是提供一種地下燃料氣化方法，該方法不必消耗外部壓力能就可將水輸送到地下燃料氣化反應(yīng)區(qū)，僅消耗少量的外部壓力能就可將助燃?xì)廨斔偷降叵氯剂蠚饣磻?yīng)區(qū)，不需要熱量就可在地下燃料氣化反應(yīng)區(qū)中將水和助燃?xì)饣旌闲纬伸F狀氣化劑，實(shí)現(xiàn)地下氣化過程的正常和穩(wěn)定，大大降低生產(chǎn)成本。
[0010]本實(shí)用新型要解決的第二個技術(shù)問題是提供一種氣化劑輸送管，該氣化劑輸送管不必消耗外部壓力能就可將水輸送到地下燃料氣化反應(yīng)區(qū)，僅消耗少量的外部壓力能就可將助燃?xì)廨斔偷降叵氯剂蠚饣磻?yīng)區(qū)，不需要熱量就可在地下燃料氣化反應(yīng)區(qū)中將水和助燃?xì)饣旌闲纬伸F狀氣化劑，實(shí)現(xiàn)地下氣化過程的正常和穩(wěn)定，大大降低生產(chǎn)成本。
[0011]本實(shí)用新型要解決的第三個技術(shù)問題是提供一種地下燃料氣化系統(tǒng)，該系統(tǒng)不必消耗外部壓力能就可將水輸送到地下燃料氣化反應(yīng)區(qū)，僅消耗少量的外部壓力能就可將助燃?xì)廨斔偷降叵氯剂蠚饣磻?yīng)區(qū)，不需要熱量就可在地下燃料氣化反應(yīng)區(qū)中將水和助燃?xì)饣旌闲纬伸F狀氣化劑，實(shí)現(xiàn)地下氣化過程的正常和穩(wěn)定，大大降低生產(chǎn)成本。
[0012]就方法而言，為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的地下燃料氣化方法是，將水和助燃?xì)夥謩e連續(xù)地輸送到地下燃料氣化反應(yīng)區(qū)，利用水從地面到地下之間的壓力勢能將輸送到地下燃料氣化反應(yīng)區(qū)中的水進(jìn)行霧化，將霧化后生成的水汽與輸送到地下燃料氣化反應(yīng)區(qū)中的助燃?xì)饣旌闲纬伸F狀氣化劑，霧狀氣化劑在地下燃料氣化反應(yīng)區(qū)中與地下燃料通過燃燒加熱進(jìn)行氣化反應(yīng)生成燃?xì)?，將生成的燃?xì)馀懦觥?br>[0013]輸送到地下燃料氣化反應(yīng)區(qū)的水是凈水或污水或由凈水和污水混合后的水。所述污水是燃?xì)馀懦龊蠼?jīng)冷凝析出的冷凝水、在施工中產(chǎn)生的地面污水、煤氣凈化和燃空處理產(chǎn)生的污水、非飲用地下水和/或自然降水，所述自然降水是雨水和雪水，所述污水經(jīng)凈化處理后得到凈化水，所述凈化水輸送到地下燃料氣化反應(yīng)區(qū)。所述凈化處理是通過污水沉淀和/或過濾的方式進(jìn)行的。
[0014]以排出的燃?xì)饨M分和氣化反應(yīng)區(qū)的溫度為指標(biāo)，調(diào)整氣水比和氣化反應(yīng)區(qū)注氣點(diǎn)后退的時間和速度，實(shí)現(xiàn)連續(xù)后退和循環(huán)氣化，從而實(shí)現(xiàn)地下氣化過程的連續(xù)和穩(wěn)定。
[0015]本實(shí)用新型的地下燃料氣化方法與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果。
[0016]1、本技術(shù)方案由于采用了將水和助燃?xì)夥謩e連續(xù)地輸送到地下燃料氣化反應(yīng)區(qū)，利用水從地面到地下之間的壓力勢能將輸送到地下燃料氣化反應(yīng)區(qū)中的水進(jìn)行霧化，將霧化后生成的水汽與輸送到地下燃料氣化反應(yīng)區(qū)中的助燃?xì)饣旌闲纬伸F狀氣化劑，霧狀氣化劑在地下燃料氣化反應(yīng)區(qū)中與地下燃料通過燃燒加熱進(jìn)行氣化反應(yīng)生成燃?xì)?，將生成的燃?xì)馀懦龅募夹g(shù)手段，所以不必消耗外部壓力能就可將水輸送到地下燃料氣化反應(yīng)區(qū)，僅消耗少量的外部壓力能就可將助燃?xì)廨斔偷降叵氯剂蠚饣磻?yīng)區(qū)，不需要熱量就可在地下燃料氣化反應(yīng)區(qū)中將水和助燃?xì)饣旌闲纬伸F狀氣化劑，實(shí)現(xiàn)地下氣化過程的正常和穩(wěn)定，大大降低生產(chǎn)成本。
[0017]2、本技術(shù)方案由于采用了輸送到地下燃料氣化反應(yīng)區(qū)的水是凈水或污水或由凈水和污水混合后的水的技術(shù)手段，所以，不但可變廢為寶，節(jié)約大量的水資源，而且，有利于保護(hù)環(huán)境。又由于采用了所述污水經(jīng)凈化處理后得到凈化水，所述凈化水輸送到地下燃料氣化反應(yīng)區(qū)的技術(shù)手段，所以，可大大減小對氣化爐產(chǎn)生的負(fù)面影響，不影響氣化爐的正常燃燒和氣化，避免氣化爐熄滅。還由于采用了所述凈化處理是通過污水沉淀和/或過濾的方式進(jìn)行的技術(shù)手段，所以，可大大減小對污水進(jìn)行凈化處理的成本。
[0018]3、本技術(shù)方案由于采用了以排出的燃?xì)饨M分和氣化反應(yīng)區(qū)的溫度為指標(biāo)，調(diào)整氣水比和氣化反應(yīng)區(qū)注氣點(diǎn)后退的時間和速度的技術(shù)手段，所以，不但可根據(jù)排出的燃?xì)饨M分確定地下燃料氣化反應(yīng)區(qū)中的燃料是否燃盡，而且，還可以根據(jù)氣化反應(yīng)區(qū)的溫度判斷出地下燃料氣化反應(yīng)區(qū)中的燃料是否仍在燃燒，這樣，在地下燃料氣化反應(yīng)區(qū)中的燃料快燃盡時且仍處于燃燒狀態(tài)下，不用重復(fù)點(diǎn)火過程，可實(shí)現(xiàn)注氣點(diǎn)連續(xù)后退和連續(xù)氣化，從而實(shí)現(xiàn)地下氣化過程的連續(xù)和穩(wěn)定，在提高地下燃料氣化反應(yīng)區(qū)中的燃料利用率前提下，提高燃?xì)獾纳a(chǎn)效率。
[0019]就輸送管而言，為了解決上述第二個技術(shù)問題，本實(shí)用新型的氣化劑輸送管包括水輸送管和氣輸送管，所述水輸送管和氣輸送管組合在一起，所述水輸送管的管腔和