富油煤原位热解固体热载体的制备及利用方法与流程

本发明属于煤化工利用和固体废弃物资源化领域，具体涉及一种富油煤原位热解固体热载体的制备及利用方法。

背景技术：

煤炭的转化利用是一种补充油气资源很重要的途径，煤炭的转化利用主要有煤气化、煤液化和煤干馏(热解)。煤气化和煤液化虽然产物单一并且纯度较高，但是相应带来的能耗却很高。煤的干馏技术是一种工艺成熟并且能耗较低的技术，在缺氧或者绝氧的氛围下受热分解为焦炭、煤焦油、煤气三相产物。常规的方式是在一定的反应器中热解，如固定床反应器、流化床反应器等，均需在一定的容器中发生反应才能产生煤焦油。因此为了提高热解效率及产率，提出从地下原位热解富油煤抽取油气资源。然而富油煤的原位热解技术尚不成熟，存在常规的热解工艺中煤热解热量分布均匀，煤的热传导性较差，煤焦油的热解产率低以及热解过程会产生一定的污染物气体等问题。

技术实现要素：

为此，本发明针对现有技术所存在的焦油量少、品质低，热解温度分布不均匀，热解过程产生的污染物需要去除的问题提出了一种用于富油煤原位热解固体热载体的制备及利用方法，该热载体及利用方法能够增加富油煤原位热解过程中热量传递的稳定性和传导性，使过热水蒸气带来的热量均匀分散到煤层中，提高煤的热解效果；该热载体及利用方法能够对煤热解起到催化作用，增加煤热解过程中焦油的产率；该热载体及利用方法能够对于热解产生的煤焦油具有调质的作用，利于煤焦油的轻质化及增加轻油比例；该热载体能够起到催化性能和酸性污染物固定作用，对于富油煤热解过程产生的nox、so2和h2s等酸性污染气体有催化转化和固定中和的作用，避免其随着焦油上升到地面污染大气。

本发明采用以下方案来解决上述问题：

一种用于富油煤原位热解的固体热载体，包括以下份数的组分：

cao，1份；

铁矿石，3-4份；

高炉矿渣，5-7份。

优选的，上述的一种用于富油煤原位热解的固体热载体，所述cao是粒度为3-10mm的颗粒。

优选的，上述的一种用于富油煤原位热解的固体热载体，所述铁矿石是粒度为2-10mm的颗粒。

优选的，上述的一种用于富油煤原位热解的固体热载体，所述高炉矿渣是粒度为2-10mm的颗粒。

一种富油煤原位热解固体热载体的制备方法，包括：

取cao进行破碎处理得到粒化cao；取铁矿石进行破碎处理得到粒化铁矿石；取粒化的高炉矿渣备用；

取1份粒化后的cao、3-4份的铁矿石，5-7份的高炉矿渣进行混合制备得到固体热载体。

一种采用上述任一固体热载体进行富油煤原位热解的方法。

优选的，上述的行富油煤原位热解的方法，在已压裂的煤层的水平井中注入所述固体热载体。

因此，本发明相对于现有技术具备以下优点：(1)本发明在富油煤原位热解时提供了一种高效的热载体，能够提高煤层受热的均匀性，确保热解反应的进行；(2)本发明通过金属氧化物的催化特性使富油煤热解产生更多的焦油；使焦油在二次裂解时轻质化程度提高，增加轻油的比例；(3)本发明对于热解过程产生的nox、so2和h2s等气体污染物有催化和固定的作用，防止其污染大气环境。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中，

图1为本发明实施例1固体热载体的混合示意图；

图2为分别以实施例1中混合的固体热载体在预压裂富油煤煤层中的布排位置。

图中，1-cao，2-高炉矿渣，3-铁矿石，4-生产井，5-注热井，6-固体热载体。

具体实施方式

针对地面干馏技术中存在的焦油量少、品质低，热解温度分布均匀，热解过程产生的污染物需要去除的问题。实施例的方案采用地下原位热解技术，可以最大程度的减少煤炭开采带来的人力财力投入和环境问题。富油煤的地下热解技术可以减少后期煤化工的前端处理工艺和后端的气体污染物处理设备，并且可以减少占地，保护环境。

煤热解是煤气化、煤液化以及煤干馏工艺中共存在的一种反应过程，是煤的大分子结构从煤的结构中析出并重组成小分子的过程。煤热解工艺受到热解温度、热解时间等因素的影响，煤热解产生焦油的最佳温度是在500～600℃，因此保证恒定的温度是热解产油的核心问题。本实施例采用过热水蒸气为热源，能均匀分散到压裂煤层中，使煤层均匀受热热解。添加的固体热载体主要是为了催化热解富油煤产生更多的焦油，提高富油煤的焦油产量。

煤焦油是煤低温热解过程中产生的重要产物，但由于煤焦油中含有大量重质组分，不能直接被利用，而且重质组分容易在遇冷时凝结堵塞管道。本发明采用的cao、铁矿石、高炉矿渣均具有良好的催化裂解效果，使重质组分轻质化。在提高焦油利用的同时可以减少重质组分带来的危害。

由于煤中存在s、n等污染元素，因此在热解过程中产生的气体污染物需要在热解工艺之后设置脱硫脱硝工艺，增加处理的经济成本和环境成本。实施例方案采用的cao是一种碱性物质，可以对热解过程产生的酸性气体进行中和并固定在地下煤层中，避免随着热解焦油和热解气体上升至地面，腐蚀设备的同时增加成本。铁矿石和高炉矿渣是具有一定催化性能的物质，可以将产生的酸性污染物转化为低毒或无毒的物质。

下面具体介绍实施例的方案。

实施例1

本实施例基于一种用于富油煤原位热解的固体热载体的混合配比及使用方法和作用的体现，包括如下步骤：

(1)取上述热载体cao100kg，在鄂式破碎机下进行破碎，后经过筛选分离出粒度为5～10mm的颗粒，备用；

(2)取上述热载体铁矿石300kg，在鄂式破碎机下进行破碎，后经过筛选分离出粒度为5～10mm的颗粒，备用；

(3)取上述热载体高炉矿渣700kg，备用；

(4)将上述的三种固体热载体以1：3：7的质量比例混合，通过高压泵将混合后的干料经过竖井泵入到已压裂的煤层的水平井中。

通入过热水蒸气对富油煤煤层进行加热，固体热载体开始发挥作用，cao与水反应放出热量保持水蒸气的温度；铁矿石吸热后可以长时间将温度稳定在一定范围内，确保热解的温度和时间；高炉矿渣中的金属氧化物也起到稳定热解温度和提高富油煤产油的效果。热解完成之后产生的焦油在固体热载体的作用下开始发生催化裂解，重质组分经过轻质化作用，可利用的轻油比例增加。最后固体热载体对热解过程煤中污染元素产生的酸性气体进行固定脱除，减少后续的环境危害并节约设备处理的成本。

本实施例中固体热载体的混合示意图如图1所示。

以本实施例图2中混合的固体热载体在预压裂富油煤煤层中的布排位置对固体热载体进行灌浆布排，使其分布在水平井的煤层中，以发挥其热载体和催化剂的作用。

实施例2

本实施例基于一种用于富油煤原位热解的固体热载体的混合配比及使用方法和作用的体现，包括如下步骤：

(1)取上述热载体cao100kg，在鄂式破碎机下进行破碎，后经过筛选分离出粒度为5～8mm的颗粒，备用；

(2)取上述热载体铁矿石400kg，在鄂式破碎机下进行破碎，后经过筛选分离出粒度为3～6mm的颗粒，备用；

(3)取上述热载体高炉矿渣500kg，备用；

(4)将上述的三种固体热载体以1：4：5的比例混合，通过高压泵将混合后的干料经过竖井泵入到已压裂的煤层的水平井中。

实施例3

本实施例基于一种用于富油煤原位热解的固体热载体的混合配比及使用方法和作用的体现，包括如下步骤：

(1)取上述热载体cao100kg，在鄂式破碎机下进行破碎，后经过筛选分离出粒度为3～6mm的颗粒，备用；

(2)取上述热载体铁矿石300kg，在鄂式破碎机下进行破碎，后经过筛选分离出粒度为2～5mm的颗粒，备用；

(3)取上述热载体高炉矿渣700kg，在鄂式破碎机下进行破碎，后经过筛选分离出粒度为1～3mm的颗粒，备用；

(4)将上述的三种固体热载体以1：3：7的比例混合加入1000kg水搅拌均匀，通过高压泵将混合后的浆料经过竖井泵入到已压裂的煤层的水平井中。

实施例1-3均采取原位热解富油煤提取油气资源，增加富油煤在热解过程焦油的产量以及焦油在二次裂解中的轻油的比例，并使热解之后的焦炭依旧保留在地下煤层中。既可以达到油气资源的充分利用，也可以使留存的焦炭起到支撑煤层上下顶板的效果。

实施例1-3是在富油煤原位热解的前提下，添加一定含量和配比的cao、铁矿石和高炉矿渣作为固体热载体，弥补以水蒸气为热源时热传导的不均匀性，提高富油煤的导热性，使煤层均匀受热分解增加焦油产率。并且固体热载体同时具有催化裂解的效果，使焦油中的重质组分可以轻质化。除此之外，cao对于煤热解过程中产生的酸性污染物具有固定的作用，铁矿石对于催化转化气体污染物有一定的效果，而且高炉矿渣自身存在的金属氧化物也决定了其作为催化剂的可行性。

氧化钙与水反应生成ca(oh)2，热解过程中的水汽变换反应、甲烷化反应均为放热反应，放出的热量可被煤热解过程利用，在热解的过程中注入浆液，可降低热解所需能耗。氧化钙能激发活化位的产生，具有一定的催化作用，可以降低煤样的表观活化能和热解各段的温度范围，使煤的热解反应更加容易进行。cao的催化活性，能够催化热解产物焦油大分子中烷基侧链的断裂，能显著增加煤中芳香化合物的热解速率和程度，对脂肪结构发生脱氢有催化作用，能使焦油中轻质组分的含量上升，焦油的品质也得以提升。在整个热解过程中，氧化钙会吸收热解煤气中的二氧化碳、硫化氢生成碳酸钙、硫化钙，减少酸性污染物的排放，同时，生成的碳酸钙会与热解焦炭凝固，提高焦炭的力学性能。铁矿石的加入可以在一定程度上降低富油煤热解的活化能和热解各段的温度范围，使煤的热解反应更加容易进行。同时，铁矿石为金属氧化物，具有良好的导热性，能够提高固体热载体的热传导性，增加铁矿石固体热载体对焦油的产率在500℃～600℃的温度范围内比较多，铁矿石颗粒与浆液中氧化钙为粗骨料与热解焦炭凝固，提高焦炭的力学性能。煤在热解过程中会产生酸性污染气体nox、so2和h2s等，高炉矿渣中含有al2o3、fe2o3、cao、mgo、mno等物质是有利于脱硝的金属氧化物，因此可以将酸性污染气体固定，使其达到去除的目的。

下面对实施例1-3的效果进行验证。通过减小三种不同热载体的粒级及改变不同的配比，使热载体的传热系数达到最大。对于不同的实施例中的热载体配比，可以得出在热载体的作用下，富油煤热解产油率有所增加，主要原因在于热载体的导热性优于气体，使煤层能处于最佳的热解温度范围内。三种实施例对于富油煤产率的影响如下：

对比以上三种实施例可知，实施例1中热载体的粒级和配比对煤热解产油和热解过程污染物的去除更加有效果，因此使用实施例1中的方案。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。