CN102536218B - 监测煤炭地下气化工作面温度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种监测煤炭地下气化工作面温度的方法，包括以下步骤：建立煤炭热解温度与污染物的定量关系的模型方程，所述污染物存在于煤炭热解气化所产生的煤气中；在煤炭地下气化过程中监测煤气中的污染物的量；根据煤气中的污染物的量和所述模型方程计算煤炭地下气化工作面的温度。从而，根据本发明，可以实现对煤炭地下气化工作面温度的间接监测。

Description

监测煤炭地下气化工作面温度的方法

技术领域

本发明涉及煤炭地下气化技术，尤其涉及一种监测煤炭地下气化工作面温度的方法。

背景技术

煤炭地下气化技术是一种将埋藏在地下的煤炭进行直接的、有控制的燃烧，通过煤的热作用及化学作用，产生可燃气体的过程。煤炭地下气化变传统的物理采煤为化学采煤，代替传统的建井、采煤、地面气化过程，具有安全性好、投资少、效益高、污染少等优点。

在煤炭地下气化工艺过程中，气化工作面的温度是影响煤气关品质的主要因素之一。目前，国内外对煤炭地下气化工艺过程相关参数的监测手段主要有：(1)热电偶法，该法主要用来监测煤炭地下气化过程中井底温度；(2)测氡法，该法主要应用于对煤炭地下气化过程中燃空区变化的监测；(3)其他方法，如物探法、热重法等。这些方法，基本上都是对地下气化工作面的直接监测，这在一定程度上可为实现地下气化的控制提供依据，然而由于底层地质的复杂性等特点，这些监测方法存在监测周期长、监测设备安装复杂、监测数据模糊等缺点。

经有关研究发现，在煤炭地下气化过程中，会因气化工作面温度不同而产生不同的污染物，这些污染物与气化燃空区内涌水会随煤气排出地面，以冷凝水的形式出现。并且，冷凝水中污染物的监测方法是已知的。

发明内容

本发明提供了一种监测煤炭地下气化工作面温度的方法，是通过监测煤炭地下气化产生的煤气中的污染物的量来间接监测煤炭地下气化工作面的温度，从而实现对煤炭地下气化运行状态的监测。本专利提出的监测煤炭地下气化工作面温度的方法简单易行、所获得的数据准确可靠、不需要复杂的设备，成本低。

本发明所述的监测煤炭地下气化工作面温度的方法，包括以下步骤：建立煤炭热解温度与污染物的定量关系的模型方程，所述污染物存在于煤炭热解气化所产生的煤气中；在煤炭地下气化过程中监测煤气中的污染物的量；根据煤气中的污染物的量和所述模型方程计算煤炭地下气化工作面的温度。

根据本发明的一个实施例，在煤炭地下气化过程中监测煤气中的污染物的量包括：用国家标准分析方法分析污染物指标。

根据本发明的一个实施例，所述污染物指标包括：氨氮指标、硫化物指标、化学需氧量指标。

根据本发明的一个实施例，建立煤炭热解温度与污染物的定量关系的模型方程的步骤包括：通过煤炭气化模型试验获得煤炭在一系列热解温度下气化所产生的污染物的污染物指标的数据；利用统计软件对温度数据和污染物指标的数据进行分析，建立煤炭热解温度与污染物的定量关系的模型方程。

根据本发明的一个实施例，所述煤炭气化模型试验包括以下步骤：

a)选定使煤炭热解气化的一系列热解温度；

b)分别在选定的一系列热解温度下进行实体煤的热解气化，同时收集热解气化产生的煤气中的污染物；

c)测定污染物指标，获得在一系列热解温度下的污染物指标的数据。

根据本发明的一个实施例，所述统计软件为SPSS软件。

根据本发明的一个实施例，通过所述SPSS软件建立的煤炭热解温度与污染物的定量关系的模型方程为：

其中：T_热解、C_氨氮、C_硫化物、C_COD分别是指热解温度(℃)、氨氮质量(mg)、硫化物质量(mg)、COD(化学需氧量)质量(mg)。

为了使本发明的目的、特征及优点能更加明显易懂，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1是根据本发明的煤炭气化模型试验设备的组成的示意图。

具体实施方式

以下仅通过例子说明本发明的具体实施方式。本发明亦可通过其它不同的方式加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可在不背离本发明的总体构思的情况下进行各种调整与变更。再者，附图仅以示意方式说明本发明的基本构想，而非用于限制本发明。

图1是本发明的煤炭气化模型试验设备的组成的示意图。如图1所示，煤炭气化模型试验设备包括：载气装置1、多功能热解气化炉2、牛角洗气瓶4、冷凝槽5、流量计6以及连接上述各部件的气体管道。载气装置1中装入作为载气的氮气。实体褐煤3在多功能热解气化炉2中进行热解气化。多功能热解气化炉2内置控制程序，以控制热解过程自动进行。并且，多功能热解气化炉具有显示面板和控制面板，在显示面板上显示各种控制信号，控制面板上设置有各种操作键，以便操作人员进行设定试验参数，启动热解程序等操作。

牛角洗气瓶4和多功能热解气化炉2的煤气出口管道用橡胶管连接，煤气先进入牛角洗气瓶然后出来。在牛角洗气瓶4中装入去离子水，用于吸收试验中褐煤所热解出的污染物以备检测。冷凝槽5中装入冰水，以促进煤气中的污染物在去离子水中的冷凝，从而有利于污染物的吸收。为了充分吸收污染物，一般采用三个串联的牛角洗气瓶4。流量计6用来观测从牛角洗气瓶4出来的气体的流量变化。

本发明的总体构思是，在不同热解温度下进行煤炭热解气化试验，通过试验分析各温度下污染物的析出规律，建立污染物的量与热解温度的模型方程；根据该方程，并利用在煤炭地下气化工艺现场监测的煤气出口处的污染物的析出量，计算煤炭地下气化工作面的温度。

煤炭热解气化试验的操作步骤如下：

a)选定使煤炭热解气化的一系列热解温度；

b)分别在选定的一系列热解温度下进行实体煤的热解气化，同时收集热解气化产生的煤气中的污染物；

c)测定污染物指标，获得在一系列热解温度下的污染物指标的数据。

以下结合附图1说明根据本发明的煤炭热解气化试验的具体例子：

(1)在热解气化炉2内装入实体褐煤100g，各牛角洗气瓶4中装入去离子水1000mL，冷凝槽5内放入冰水混合物，按图1所示，依次连接好氮气载气装置1(例如氮气钢瓶)、气化炉3、牛角洗气瓶4、流量计6等。

(2)打开氮气钢瓶，调节气化炉载气控制阀7，将氮气流量控制在300mL/min，检验整个试验设备的气密性。氮气流量稳定后设定气化炉升温速率及热解温度：如图1中所示，首先按下多功能热解气化炉2上的a键，显示C01，设定热解温度400。℃，然后按下b键，显示T01，设定升温速率为10℃/min，设定完毕，按d键启动热解程序；

(3)持续观察流量计6的流量，记录流量变化，每5分钟记录一次，至流量稳定在300mL/min时，认为不再有热解气析出，热解试验完成，继续通氮气冷却20min。收集牛角洗气瓶4内的吸收液，4℃保存待测。

(4)待热解气化炉2冷却至室温后，取出炉体内煤焦，重复操作步骤(1)、(2)、(3)八次，每次设定热解温度分别为：450℃、500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃。

(5))取各次试验中吸收液，用国家标准分析方法测定其pH值、COD(化学需氧量)、氨氮、硫化物等含量，获得在一系列热解温度下的污染物指标的数据。

这里，分析COD指标、硫化物指标和氨氮指标的国家标准分析方法分别包括：

COD指标：重铬酸钾法GB 11914-89；

硫化物指标：亚甲基蓝分光光度法GB/T 16489-1996；

氨氮指标：纳氏试剂分光光度法HJ 535-2009。

可以理解，根据具体应用，可以选择其它污染物指标和其它分析方法。

在上述试验取得的数据的基础上，通过相关统计软件分析温度与污染物的定量关系，建立温度与污染物的定量关系的模型方程。

建立温度与污染物的定量关系的模型方程的例子如下：

(a)选择SPSS(统计产品与服务解决方案)软件，在SPSS软件中输入温度与其对应的污染物(氨氮、硫化物、COD)的量，以温度450、500、550、600、650、700、750、800为自变量，分别以对应的氨氮、硫化物、COD的监测指标为因变量，进行非线性回归，得到最优化的公式：

$y_1=a_1\·x_1^2+b_1\·x_1+c_1---\left(1\right)$

$y_2=a_2\·x_2^2+b_2\·x_2+c_2---\left(2\right)$

$y_3=a_3\·x_3^2+b_3\·x_3+c_3---\left(3\right)$

公式(1)表示氨氮指标与温度的关系，其中，y₁表示温度，x₁表示氨氮指标，a₁，b₁，c₁为常数；

公式(2)表示硫化物指标与温度的关系，其中，y₂表示温度，x₂表示硫化物指标，a₂，b₂，c₂为常数；

公式(3)表示COD指标与温度的关系，其中，y₃表示温度，x₃表示COD指标，a₃，b₃，c₃为常数；

(b)根据公式(1)(2)(3)的表达形式，按Y＝公式(1)+公式(2)+公式(3)的模式，输入温度与三个污染物指标之间的模型表达式，即

$y=a\·x_1^2+b\·x_1+c\·x_2^2+d\·x_2+e\·x_3^2+f\·x_3+g---\left(4\right)$

其中x₁、x₂、x₃分别指氨氮指标、硫化物指标、COD指标，a、b、c、d、e、f、g是常数；

(c)输入模型表达式(4)后，为参数a、b、c、d、e、f、g赋值，其中a＝a₁，b＝b₁，c＝a₂，d＝b₂，e＝a₃，f＝b₃，g＝c₁+c₂＝c₃；

(d)运行软件SPSS，输出a、b、c、d、e、f、g的结果，得到最终的温度与污染物的定量关系的模型方程为：

其中：T_热解、C_氨氮、C_硫化物、C_COD分别是指热解温度(℃)、氨氮质量(mg)、硫化物质量(mg)、COD质量(mg)。

将上述公式(5)应用于煤炭地下气化现场，通过监测煤炭地下气化现场污染物的析出量，同样用国家标准分析方法分析污染物指标，将上述指标应用于公式(5)，即可获得煤炭地下气化工作面温度的值，为该煤炭地下气化过程的调控提供依据。

应当理解，虽然上述建立温度与污染物的定量关系的模型方程采了SPSS软件，但也可以采用其它合适的统计软件。

如上所述，根据本发明，通过对煤气出口冷凝水进行监测分析，建立温度与污染物析出量的定量关系，在气化现场只需监测污染物的析出量，便可推导气化工作面温度，为实现监测控制煤炭地下气化中气化炉运行状态提供依据。

以上描述仅示例性地说明了本发明的实施例，而非用于限制本发明，熟知本领域的技术人员应明白，在不偏离本发明的实质的情况下，对本发明所作的任何变形都在本发明的范围内。各个附图只是对本发明的示意性说明，并且各个附图可以相互参照或组合。

Claims (2)

1.一种监测煤炭地下气化工作面温度的方法，包括以下步骤：

建立煤炭热解温度与污染物的定量关系的模型方程，所述污染物存在于煤炭热解气化所产生的煤气中；

在煤炭地下气化过程中监测煤气中的污染物的量；

根据煤气中的污染物的量和所述模型方程计算煤炭地下气化工作面的温度；

在煤炭地下气化过程中监测煤气中的污染物的量包括：用国家标准分析方法分析污染物指标；

所述污染物指标包括：氨氮指标、硫化物指标、化学需氧量指标；

建立煤炭热解温度与污染物的定量关系的模型方程的步骤包括：

通过煤炭气化模型试验获得煤炭在一系列热解温度下气化所产生的污染物指标的数据；

利用统计软件对温度数据和污染物指标的数据进行分析，建立煤炭热解温度与污染物的定量关系的模型方程；

所述统计软件为SPSS软件；

其中通过所述SPSS软件建立的煤炭热解温度与污染物的定量关系的模型方程为：

T_热解＝0.517×C_氨氮-2.497×10^-6×C² _硫化物+0.605×C_硫化物+6.675×10^-7×C² _COD+0.001×C_COD+347.83

其中：T_热解是指以℃计的热解温度，C_氨氮是指以mg计的氨氮质量，C_硫化物是指以mg计的硫化物质量，C_COD是指以mg计的COD质量。

2.根据权利要求1所述的监测煤炭地下气化工作面温度的方法，其特征在于，所述煤炭气化模型试验包括以下步骤：

a)选定使煤炭热解气化的一系列热解温度；

b)分别在选定的一系列热解温度下进行实体煤的热解气化，同时收集热解气化产生的煤气中的污染物；

c)测定污染物指标，获得在一系列热解温度下的污染物指标的数据。