地下煤气化方法及地下煤气化系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及煤炭开采技术领域，特别涉及一种地下煤气化方法及一种地下煤气化系统。
【背景技术】
[0002]地下煤炭气化是一种融多学科为一体的综合性能源生产新技术，属第二代采煤炭方法，其任务是将地下煤炭资源原地转化为荒煤气，荒煤气的主要组份为氢气、一氧化碳、甲烷。
[0003]现有的一种煤层地下气化方法，包括步骤:在欲气化煤层中建立气化通道；在所述欲气化煤层中布置多个爆炸装置，且所述多个爆炸装置分别对应所述欲气化煤层的多个煤层段；在所述气化通道中点火或引火以开始气化工艺；以及利用火焰移动加热方式逐一引爆所述多个爆炸装置以在对应的煤层段气化前对所述煤层段进行松动。本发明通过预先在欲气化煤层中安装爆破装置，一边通过爆破在煤层中增加裂隙一边气化，在每段煤层气化前完成对该段煤层的预松动，提高了气化效率。
[0004]由于地下煤炭气化的气化单元所处的环境的压力、地下水等各种不可预知条件的存在，地下煤炭气化在规模化生产过程中荒煤气产量和荒煤气品质都会有波动，这种波动能够满足在正常生产阶段以及位于地面的荒煤气的净化系统和合成系统的生产要求且能够达到一定的经济效益，但是在地下气化单元点火初期(气化地下煤炭层初期)、生产末期(气化地下煤炭层末期)以及地下气化单元维修时煤炭气组分和产气量都会降低很多，这就会导致荒煤气的净化系统和合成系统过低负荷运行，甚至会导致后系统的停运，在地下气化单元点火初期、生产末期以及地下气化单元维修时荒煤气的净化系统和合成系统由于负荷较低，产率低会增大荒煤气的净化和合成的成本，甚至出现亏损。具体的荒煤气的净化系统和合成系统的一次启停可能会造成几十万或者上百万的损失。
【发明内容】
[0005]本发明目的在于提供一种地下煤气化方法及一种地下煤气化系统在气化单元生产的荒煤气中可燃气体积百分比与预定值不一致或荒煤气产量不足时能够补入备用气以保证荒煤气处理系统产业化的需求。
[0006]为达上述优点，本发明提供一种地下煤气化方法，在气化完毕的燃空单元内存储备用气，在当前气化单元产生的荒煤气产量不足或荒煤气中可燃气体积百分比与所述预定值不一致时，将当前气化单元气化的荒煤气与所述备用气混合，用以持续的向荒煤气处理系统输送可燃气体积百分比符合所述预定值的荒煤气。
[0007]在本发明的地下煤气化方法的一个实施例中，所述预定值为所述荒煤气处理系统生产需求的可燃气体积百分比上下浮动2%。
[0008]在本发明的地下煤气化方法的一个实施例中，所述备用气来自气化完毕的气化单元、当前气化单元、地上气化单元中的任一或任意组合所生产的荒煤气。
[0009]在本发明的地下煤气化方法的一个实施例中，所述备用气在所述燃空单元中集中存储或者根据不同可燃气体积百分比分单元存储。
[0010]在本发明的地下煤气化方法的一个实施例中，所述备用气的气体压力略低于所述燃空单元处的地下水的静水压力。
[0011]在本发明的地下煤气化方法的一个实施例中，所述燃空单元内的备用气的温度为200°C以上。
[0012]在本发明的地下煤气化方法的一个实施例中，所述可燃气包括氢气、一氧化碳及甲烷。
[0013]为达上述优点，本发明还提供一种地下煤气化系统，其用于气化后续地下煤层为荒煤气，并将荒煤气供给荒煤气处理系统，所述地下煤气化系统包括气化单元，所述地下煤气化系统还包括与所述气化单元连通的燃空单元，所述燃空单元内储存有备用气。
[0014]在本发明的地下煤气化系统的一个实施例中，所述气化单元和所述燃空单元之间设有用于增加所述备用气气压的加压单元。
[0015]在本发明的地下煤气化系统的一个实施例中，所述燃空单元包括多个用于储存不同可燃气体积百分比的备用气的燃空区。
[0016]本发明的一种地下煤气化方法及一种地下煤气化系统中，在气化单元生产的荒煤气中可燃气体积与预定值不一致或荒煤气产量不足时能够补入备用气以保证荒煤气处理系统产业化的需求。
【附图说明】
[0017]图1所示为本发明第一实施例的地下煤气化系统的示意图。
[0018]图2所示为本发明第二实施例的地下煤气化系统的示意图。
【具体实施方式】
[0019]为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出【具体实施方式】、结构、特征及其功效，详细说明如后。
[0020]本发明提供一种地下煤气化方法，在气化完毕的燃空单元11内存储备用气，在当前气化单元13产生的荒煤气产量不足或荒煤气中可燃气体积百分比与所述预定值不一致时，将当前气化单元13气化的荒煤气与所述备用气混合，用以持续的向荒煤气处理系统输送可燃气体积百分比符合所述预定值的荒煤气。
[0021]本发明还提供一种地下煤气化系统10，其用于气化后续地下煤层300为荒煤气，并将荒煤气供给荒煤气处理系统20，所述地下煤气化系统10包括气化单元13，其特征在于，所述地下煤气化系统10还包括与所述气化单元13连通的燃空单元11，所述燃空单元11内储存有备用气。
[0022]在燃空单元11中存储的备用气，其中可燃气体积百分比可以高于预定值，也可等于预定值，也可小于预定值。在当前气化单元13气化的荒煤气产量不足时，可将燃空单元11中可燃气体积百分比等于预定值的备用气与当前气化单元13产生的荒煤气混合送入荒煤气处理系统20 ;在当前气化单元13气化的荒煤气中可燃气体积百分比大于预定值时，可将燃空单元11中可燃气体积百分比小于预定值的备用气与当前气化单元13产生的荒煤气混合送入荒煤气处理系统20 ;在当前气化单元13气化的荒煤气中可燃气体积百分比小于预定值时，可将燃空单元11中可燃气体积百分比大于预定值的备用气与当前气化单元13产生的荒煤气混合送入荒煤气处理系统20。总体使得送入荒煤气处理系统20的荒煤气中可燃气体积百分比能持续保持预定值，以方便后续利用生产的连续性。
[0023]图1所示为本发明第一实施例的地下煤气化系统的示意图。请参见图1，本实施例的地下煤气化系统10用于气化后续地下煤层300为荒煤气，并将荒煤气供给荒煤气处理系统20 ;地下煤气化系统10包括燃空单元11、气化单元13、加压单元15、地上煤气化单元17 ;其中燃空单元11和气化单元13位于地下煤层中，加压单元15和地上煤气化单元17位于地上；燃空单元11、气化单元13、地上煤气化单元17之间通过管道或井孔相互连通，燃空单元11、气化单元13、地上煤气化单元17之间连通的管路通过荒煤气加压单元15。
[0024]燃空单元11用于储存荒煤气为备用气，备用气用于当气化单元13制造的荒煤气数量不足或气化单元13制造的荒煤气中可燃气体积百分比与预定值不一致时，如在气化单元13气化初期、气化末期、气化单元13维修或气化单元13故障时将备用气补入到荒煤气处理系统20中以满足荒煤气处理系统20的产业化需求，防止荒煤气处理系统20因缺乏原料气荒煤气而停产。燃空单元11由前期地下煤层燃空单元11包括由早期地下煤层100气化后形成的第一燃空区111、第二燃空区112、第三燃空区113、第四燃空区114。第一燃空区111、第二燃空区112、第三燃空区113、第四燃空区114与加压单元15和荒煤气处理系统20连通，燃空单元11和荒煤气处理系统20之间设有燃空单元控制阀；第一燃空区111、第二燃空区112、第三燃空区113、第四燃空区之间相互独立，第一燃空区111、第二燃空区112、第三燃空区113、第四燃空区114均安装有用于控制与加压单元15连通状态的燃空区控制阀。
[0025]燃空单元11的内部具有巨大的空间可以到达数万立方米以上，甚至可以达到数百万立方米。燃空单元11是早期地下煤层100气化后形成的，因此燃空单元11具有与地面连通的管路，燃空单元11通常位于地下煤层中，距离地面的距离通常为几百米，最深的可以达到上千米。燃空单元11还可以设置更多的燃空区来储存不同品种的荒煤气为备用气，如分别储存可燃气体积百分比为35 %、40 %、45 %、55 %、60 %、65 %、70 %的荒煤气为备用气。荒煤气的可燃气主要为氢气、一氧化碳、甲烷。燃空单元11还可以放入甲烷化反应的催化剂，如镍基催化剂、贵金属催化剂。当然燃空单元11内残留的荒煤气也可以作为备用气使用。
[0026]气化单元13用于气化后续气化煤层300为荒煤气，气化单元13气化的荒煤气作为荒煤气处理系统20的原料气的主要来源。气化单元13与加压单元15和荒煤气处理系统20连通，气化单元13和荒煤气处理系统20之间设有气化单元控制阀；气化单元13包括第一气化炉131、第二气化炉132、第三气化炉133、第四气化炉134，第一气化炉131、第二气化炉132、第三气化炉133、第四气化炉134之间相互独立，第一气化炉131、第二气化炉132、第三气化炉133、第四气化炉134均安装有用于控制与加压单元15连通状态的气化炉控制阀。气化单元13在气化生产的初期制造的荒煤气的可燃气体积百分比和荒煤气的产量都非常低，难以满足荒煤气处理系统20启动或产业化的要求，即无法启动或无法取得经济效益。气化单元13气化的荒煤气的温度较高通常为200°C以上，有时可以达到300°C以上。燃空单元11内残留的煤在此温度下与荒煤气中的水、一氧化碳、二氧化碳将会合成一部分的甲烷，以提高荒煤气的能源清洁程度。
[0027]加压单元15位于地面以上，加压单元15用于将荒煤气进行压缩储存到燃空单元11内作为备用气，同时加压单元15可以保证备用气具有一定的压力来防止处于地下的燃空区坍塌或收缩变形；备用气的压力最好略低于燃空单元11附近的地下水的静水压力，如地下水的静水压力为1.6Mpa，备用气的压力最好为1.45Mpa?1.55Mpa，因为如果备用气的压力大于或者接近地下水的静水压力除容易造成备用气逸散，备用气中具有的硫化氢、羟基硫、焦油等有毒有害物质还容易引起地下水污染。
[0028]地上煤气化单元17用于在地面上将煤气化为可燃气体积百分比较高的荒煤气，如可燃气体积百分比达到50%?70%以上的荒煤气，地上煤气化工艺由于采用的煤原料的粒径非常理想，气化反应条件也容易控制，因此地上煤气化单元17气化的荒煤气的可燃气体积百分比通常均高于地下煤气化工艺所制造的荒煤气的可燃气体积百分比，但由于地上煤气化单元