CN102619499B - 监测煤炭地下气化温度带分布的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种监测煤炭地下气化温度带分布的方法，该方法通过模型试验建立煤气中污染物的析出量与不同温度带的体积比的定量关系，然后通过现场对煤气中污染物的监测，计算煤炭地下气化温度带的分布状态，从而，实现对煤炭地下气化运行状态的监测。本发明提出的监测煤炭地下气化温度带分布的方法简单易行、不需要复杂的设备，周期短、成本低。

Description

监测煤炭地下气化温度带分布的方法

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温度带分布的方法。

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，煤炭气化温度是影响煤气品质的主要因素之一。气化温度不同，发生的化学反应也就不同，从而决定了产品煤气的优劣，所以对气化炉内温度场的监测尤为重要。典型地，在煤炭地下气化过程中，根据煤炭气化温度将气化温度场大致分成三个温度带(简称三带)，温度在900℃以上的区域叫氧化带，温度在600℃～900℃之间的区域为还原带，温度在300℃～600℃之间的区域称之为干馏干燥带。

图1示出了一种典型的煤炭地下气化温度三带分布的示意图。如图1所示，在地下气化炉20中，随着煤炭燃烧气化过程的进行，沿着气化通道(煤炭地下气化工艺过程中，首先需要在煤层中构建或者贯通一条可以用来输送气化剂如空气、氧气等的连通通道，称为“气化通道”)形成三个温度带(三带)，即干馏干燥带、还原带和氧化带。注意，这里的温度带应当理解为气化温度场中的按气化温度划分的立体空间的概念。

已知在各个温度带中发生的气化反应不同，因此产出的煤气的成份也不同。具体而言，在氧化带中，主要是气化剂中的氧与煤层中的碳发生多相化学反应，产生大量的热，使附近煤层炽热。在还原带中，主要反应为CO₂、H₂O(g)和炽热的碳相遇，在足够高的温度下，CO₂还原成CO，H₂O(g)分解为H₂和CO。还原反应为吸热反应，该吸热反应使气化通道温度降低，当温度降低到不能再进行上述还原反应时，还原带结束。但此时气流温度还相当高，这一热作用使煤热分解，而析出干馏煤气，这一区域则称为干馏干燥带。经过这三个反应区后，就形成了含有可燃组分主要是CO、H₂、CH₄的煤气。

因此，监测煤炭地下气化温度场中各个温度带的分布状态，即，监测各个温度带的体积占整个气化温度场的体积的比例(以下称为各温度带的体积比)，对于了解气化反应的整体状况，实现对生产过程的动态调控，进而控制产出煤气的成份具有重要意义。目前，已知各种监测煤炭地下气化温度的方法，例如，热电偶法、测氡法、物探法、热重法等。这些方法，基本上都是对地下气化温度的直接监测，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、监测数据模糊等特点。另一方面，这些方法都只实现了对煤层中离散点的温度监测，而不能够实现对气化温度带分布的监测，从而不利于了解气化反应的整体状况。

因此，需要一种行之有效的对煤炭地下气化温度带的分布进行监测的方法。

发明内容

发明人在研究中发现，在煤炭地下气化过程的不同温度带中的煤炭所发生的化学反应不同，产出的煤气的成份也不同，煤气中所包含的污染物成份和含量也不同。因此，本发明提出了一种监测煤炭地下气化温度带分布的方法，该方法通过模型试验平台建立煤气中污染物的析出量与各温度带的体积比的定量关系，然后，通过现场对煤气中污染物的监测，计算煤炭地下气化温度带的分布状态，从而，实现对煤炭地下气化运行状态的监测和预测。煤气中污染物的析出量可在地面监测，其监测方法简单易行，不需要复杂的设备。因此，本发明通过对煤气中污染物的监测，间接监测煤炭地下气化温度带的分布的方法简单易行，监测周期短、成本低。

在本发明中，术语“温度带”应当理解为气化温度场中的按气化温度划分的立体空间的概念。“温度带的体积比”应当理解为各个温度带的体积占整个气化温度场的体积的比例。另外，需要说明的是，在本发明中，“温度带的体积比”同时对应于在各温度带中发生气化反应的“煤的体积比”。

根据本发明的一个方面，提出了一种监测煤炭地下气化温度带分布的方法，包括以下步骤：

a)通过模型试验确定不同温度带的体积比与煤气中污染物的析出量的定量关系；

b)现场测量煤气中的污染物的析出量；

c)根据污染物的析出量与所述定量关系，计算各个温度带的体积比。

根据本发明的一个实施例的监测煤炭地下气化温度带分布的方法，其中，所述步骤a)包括：

a1)通过煤炭地下气化模型试验，建立煤气中污染物的析出量与不同温度带的体积比的模型方程组，

a2)求解所述模型方程组，得到不同温度带的体积比与煤气中污染物的析出量的定量关系。

根据本发明的一个实施例的监测煤炭地下气化温度带分布的方法，其中，所述步骤a1)包括以下步骤：

a11)在模型试验炉中将温度监测装置均匀布置在煤层中的不同位置处；

a12)在模型气化试验过程中，利用所述温度监测装置实时监测煤层中不同位置处的温度，并分别计算处于各个温度带中的温度监测数据的个数占全部温度监测数据的个数的比例，作为各温度带的体积比，同时实时监测煤气冷凝液中的各污染物的析出量；

a13)获得不同时刻各温度带的体积比的统计数据和对应的各污染物析出量的统计数据，采用统计分析软件，建立污染物的析出量与各温度带体积比的模型方程组。

根据本发明的一个实施例的监测煤炭地下气化温度带分布的方法，其中，所述不同温度带包括干馏干燥带、还原带、氧化带，所述干馏干燥带的温度区间定义为300℃～600℃，所述还原带的温度区间定义为600℃～900℃，所述氧化带的温度区间定义为＞900℃。

根据本发明的一个实施例的监测煤炭地下气化温度带分布的方法，其中，所述污染物析出量的指标包括COD、氨氮、挥发酚和油，所述模型方程组包括COD、氨氮、挥发酚、油分别与干馏干燥带、还原带、氧化带的体积比(三带体积比)的模型方程。

根据本发明的一个实施例的监测煤炭地下气化温度带分布的方法，其中，通过统计分析软件建立的煤气中的污染物的析出量与与干馏干燥带、还原带、氧化带的体积比的模型方程组为：

Y_COD＝-2.154r₁-0.833r₂-2.2r₃+6.353

Y_油＝0.786r₁-2.032r₂+0.532r₃+2.251    公式(1)

求解所述模型方程组，得到干馏干燥带、还原带、氧化带的体积比与COD、氨氮、挥发酚和油的定量关系的计算公式为：

公式(2)

其中，Y_COD、Y_氨氮、Y_挥发酚、Y_油分别是指气化每千克煤析出的COD、氨氮、挥发酚和油等污染物的质量，单位为g；r₁、r₂、r₃分别是指干馏干燥带、还原带、氧化带所占的体积比，单位为％。

根据本发明的第二方面，提出一种建立煤气中污染物的析出量与不同温度带的体积比的模型方程组的方法，包括以下步骤：

a11)在模型试验炉中将温度监测装置均匀布置在煤层中的不同位置处；

a12)在气化试验过程中，利用所述温度监测装置实时监测煤层中不同位置处的温度，并分别计算处于各个温度带中的温度监测数据的个数占全部温度监测数据的个数的比例，作为各温度带的体积比，同时实时监测煤气冷凝液中的各污染物的析出量；

a13)获得不同时刻各温度带的体积比的统计数据和对应的各污染物析出量的统计数据，采用统计分析软件，建立污染物的析出量与各温度带体积比的模型方程组。

根据本发明的第三方面，提出一种确定在煤炭地下气化过程中在不同温度带中发生反应的煤的体积的方法，包括以下步骤：

d)将煤炭地下气化温度按温度区间划分为不同的温度带；

e)根据权利要求1所述方法计算各个温度带的体积比，并以所述各温度带的体积比作为在不同温度带中发生反应的煤的体积占进行反应的煤的总体积的体积比；

f)根据实际燃煤量的体积和不同温度带的体积比计算在不同温度带中发生反应的煤的体积。

根据本发明的一个实施例，其中，在步骤d)中，所述不同温度带包括干馏干燥带、还原带、氧化带，所述干馏干燥带的温度区间定义为300℃～600℃，所述还原带的温度区间定义为600℃～900℃，所述氧化带的温度区间定义为＞900℃。

根据本发明的一个实施例，其中，在步骤e)中，采用如下公式计算各个温度带的体积比：

公式(2)

其中，r₁、r₂、r₃分别是指干馏干燥带、还原带、氧化带所占的体积比，单位为％，Y_COD、Y_油分别是指气化每千克煤产生的煤气中的污染物COD和油的质量，单位为g。

根据本发明的一个实施例，其中，所述步骤f)包括：

f1)根据以下公式(3)，计算实际燃煤量：

$M=\frac{Q\×12\×({\mathrm{CH}}_4+{\mathrm{CO}}_2+\mathrm{Co})\%}{22.4\×37.73\%}$ 公式(3)

其中，M：燃煤量，单位：kg；Q：出口煤气量，单位：升；(CH₄+CO₂+CO)％表示煤气中三种成分CH₄、CO₂和CO的体积含量百分比；

f2)把燃煤量带入公式(4)，输出燃煤量体积：

$V=\frac{M}{\mathrm{\ρ}}$ 公式(4)

其中，V：体积，单位：m³；ρ：煤层密度，单位：kg/m³；

f3)利用公式(5)解出在干馏干燥带、还原带、氧化带中发生气化反应的煤的体积V₁、V₂、V₃：

V₁＝r₁×V

V₂＝r₂×V

V₃＝r₃×V    公式(5)

其中，V₁、V₂、V₃分别是指在干馏干燥带、还原带、氧化带中发生气化反应的煤的体积，单位：m³。

本发明的第三方面，获得干馏干燥带、还原带、氧化带中发生气化反应的煤的体积，可以获得参与气化反应的煤的质量等情况，用以判断煤层的气化率等状况，并可以获得气化后燃空区的大小，以利于气化后燃空区的处理及污染物的控制方案的制定。(所谓燃空区是指：在煤炭地下气化过程中或者结束以后，地下煤层中的煤被气化以后，形成了地下空腔，称之为燃空区。又叫气化炉区。)

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是煤炭地下气化三带温度分布的示意图；

图2是根据本发明的煤炭气化模型试验炉的结构的示意图；

图3是根据本发明的监测煤炭地下气化温度带分布的方法应用于煤炭地下气化现场监测得到的不同温度带的体积比的曲线图；

图4是煤炭地下气化现场监测得到的燃煤量的质量的曲线图；

图5是煤炭地下气化现场监测得到的燃煤量的体积的曲线图；以及

图6是根据本发明的确定在煤炭地下气化过程中在不同温度带中发生反应的煤的体积的方法应用于煤炭地下气化现场监测得到的在各个温度带发生气化反应的煤的体积的曲线图。

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。

根据本发明，预先通过煤炭地下气化模型试验，确定煤炭地下气化温度场中不同温度带的体积比与煤气中污染物的析出量的定量关系；然后，在现场气化生产中，只需实时测量煤气中的污染物的析出量，即可利用确定的不同温度带的体积比与煤气中污染物的析出量的定量关系，计算煤炭地下气化温度场中各个温度带的体积比。

可采用各种已知的方法测量煤气中的污染物的析出量，因此，省略对其说明。以下主要描述通过煤炭地下气化模型试验，确定煤炭地下气化温度场中不同温度带的体积比与煤气中污染物的析出量的定量关系的过程。

图2是根据本发明的煤炭气化模型试验炉1的结构的示意图。如图2所示，模型气化炉1是一个长7.4m，直径为3.5m的圆柱形特种压力设备，设计压力1.6MPa。该气化炉可以在1800℃的高温下长期工作。模型气化炉的炉膛为长方体形状，炉膛设有隔热层7。炉膛内部铺设煤层6。煤层6中设有气化通道9。炉体上设5个进(出)气管2、36个温度压力/组分测量孔、4个燃空区或者燃烧状态观测孔8和2个安全阀。模型气化炉1还设置有给水系统3、排水系统10等。试验中在线测出的数据通过Honeywell(一套软件的品牌)分布式控制系统(DCS)采集后实时存储，并可以实时绘出相关数据的变化曲线。

如图2所示，在距煤层顶部100mm、300mm和500mm深处均匀布置三层测温热电偶4，插入热电偶后用水泥煤粉密封，每层8列4行32个测温点，共计96个测温点。在距煤层顶部500mm居中沿长度方向设置有20mm×20mm的水平孔作为气化通道9，两端与进/出气孔2相连，煤层四周用水泥密封后，填满黄土夯实；煤层上部覆盖2cm厚的沙层。为了更真实地模拟煤层含水，在煤层上的沙层中预埋涌水管作为给水系统3。

以下说明在上述模型气化试验炉中进行的气化试验的操作过程。

1)装炉

将煤块堆砌成600mm×600mm×4000mm长方体。预置气化通道为20mm×20mm。将热电偶(温度监测装置)均匀布置在整个煤层中的不同位置处，以在煤层中设置96个测温点。预置电点火棒。见图2所示。

试验选用大块状大雁褐煤，其工业分析和元素分析结果见表1。

表1试验煤样煤质分析

2)点火升温

向炉内通入氧浓度为35％的富氧空气，炉内压力达到0.2MPa时，点燃预埋在进气孔和气化通道连接处的电点火棒引燃煤层，不断降低炉内压力使其保持在50kPa左右。经过4h的燃烧后，炉内煤层形成明显的三带温度场分布。为气化试验做准备。

3)气化试验

持续保持进气(富氧空气)量10～20Nm³/h，氧气浓度35％，同时，为了更加真实的模拟地层环境，向炉内通入水蒸气，流量为10L/h。实验过程中，每隔1h进行一次煤气组分取样，持续气化直至气化状况恶化，整个气化过程进行了109h。

4)取样及数据记录

试验过程中，出口高温煤气通过环管热交换器冷却后，再经汽水分离器分离出煤气中的水汽，即得到煤气冷凝液，每隔1h取一次冷凝液，取样体积为1000mL，并对冷凝液编号记录待测；并且，在试验过程中，热电偶会记录所有采样时刻的温度，并上传至电脑保存。

5)停炉

试验结束之后，首先停止鼓入富氧空气，然后继续送入水蒸气降温，待炉内平均温度降到100℃左右后，送入氮气进行循环，保持48小时以上停炉。

以下说明根据在上述模型气化试验中采集的数据建立在煤炭地下气化过程中产生的煤气中的污染物的析出量与在不同温度带中发生反应的煤的体积比的模型方程组的过程：

1)根据热电偶温度的数据统计，把不同时刻的温度场分为3部分：300℃～600℃(干馏干燥带)、600℃～900℃(还原带)、＞900℃(氧化带)。将干馏干燥带、还原带和氧化带的体积比分别定义为r₁、r₂、r₃。计算不同时刻的各个温度带的体积比r₁、r₂、r₃。这里，由于大量热电偶均匀布置在整个煤层中，因此，各个温度带的监测数据的个数占全部温度监测数据的个数的比例对应各个温度带的体积占整个气化温度场的体积的体积比。因此，将处于干馏干燥带的温度监测数据的个数占全部温度监测数据的个数的比例作为r₁、将处于还原带的温度监测数据的个数占全部温度监测数据的个数的比例作为r₂、将处于氧化带的温度监测数据的个数占全部温度监测数据的个数作为为r₃。

2)采用“国家标准分析方法”分析对应的不同时刻下的冷凝液中污染物的析出量。所分析的污染物有：COD、氨氮、挥发酚、油。污染物指标分别表示为：Y_COD、Y_氨氮、Y_挥发酚、Y_油，其中，Y_COD、Y_氨氮、Y_挥发酚、Y_油分别是指气化每千克煤析出的污染物的质量，单位为g。

“国家标准分析方法”包括：COD：重铬酸钾法GB 11914-89；挥发酚：4-氨基安替比林分光光度法HJ 503-2009；氨氮的测定：纳氏试剂分光光度法HJ 535-2009；油的测定：红外光度法GB/T16488-1996)。

3)采用SPSS统计分析软件，输入不同时刻下的污染物析出量Y_COD、Y_氨氮、Y_挥发酚、Y_油及其对应的三带体积比r₁、r₂、r₃的数据，建立形如：Y_COD＝f(r₁，r₂，r₃)、Y_氨氮＝f(r₁，r₂，r₃)、Y_挥发酚＝f(r₁，r₂，r₃)、Y_油＝f(r₁，r₂，r₃)的方程。通过软件分析得到如下4个模型方程：

Y_COD＝-2.154r₁-0.833r₂-2.2r₃+6.353

公式(1)

Y_油＝0.786r₁-2.032r₂+0.532r₃+2.251

求解方程组(1)，得到煤炭地下气化过程中三个温度带的体积比与污染物析出量的定量关系的公式(2)：

公式(2)

(其中，Y_COD、Y_氨氮、Y_挥发酚、Y_油分别是指气化每千克煤析出的污染物质量，单位g；r₁、r₂、r₃分别是指干馏干燥带、还原带、氧化带所占的体积比，单位％)

如上所述得到的三个温度带的体积比与污染物析出量的定量关系的公式可以用于现场煤炭气化生产中，用于根据污染物的析出量监测在现场煤炭气化生产中各个温度带的体积比。即，在现场煤炭气化生产中，实时监测产出煤气中的污染物的析出量，根据三个温度带的体积比与污染物析出量的定量关系，计算出现场煤炭气化生产中各个温度带的体积比，从而对煤炭地下气化温度带的分布进行实时监测。

进而，由于各个温度带的体积比也对应于在各个温度带中实际发生反应的煤的体积比，因此，在得到上述各个温度带的体积比后，可以将其作为在各个温度带中实际发生反应的煤的体积比，从而根据所述体积比，确定在各个温度带中发生反应的煤的体积。

具体过程如下：

首先，在现场煤炭地下气化过程中，监测污染物析出量的指标Y_COD、Y_氨氮、Y_挥发酚、Y_油，把测得的污染物析出量指标Y_COD、Y_氨氮、Y_挥发酚、Y_油代入公式(2)，解出三个温度带的体积比r₁、r₂、r₃。

接着，采用以下公式(3)，输出燃煤量。

$M=\frac{Q\×12\×({\mathrm{CH}}_4+{\mathrm{CO}}_2+\mathrm{Co})\%}{22.4\×37.73\%}$ 公式(3)

其中，M：燃煤量单位：kg；Q：产出煤气量，单位：升；(CH₄+CO₂+CO)％表示煤气中三种成分的含量百分比。

然后，把燃煤量带入公式(4)，输出燃煤量体积。

$V=\frac{M}{\mathrm{\ρ}}$ 公式(4)

(其中，V：体积，单位：m³；ρ：煤层密度，单位：kg/m³)

最后，利用公式(5)求解出在三带中发生气化反应的煤的体积V₁、V₂、V₃。

V₁＝r₁×V

V₂＝r₂×V

V₃＝r₃×V    公式(5)

(其中，V₁、V₂、V₃分别是指在三个温度带中发生气化反应的煤的体积，单位：m³。)

以下说明煤炭地下气化现场监测的一个具体例子。

图3-图6是根据煤炭地下气化现场监测数据绘制的曲线图。其中，图3是根据本发明的监测煤炭地下气化温度带分布的方法应用于煤炭地下气化现场监测得到的不同温度带的体积比的曲线图。图4是煤炭地下气化现场监测得到的燃煤量的曲线图。图5是煤炭地下气化现场监测得到的燃煤体积的曲线图。图6是根据本发明的方法应用于煤炭地下气化现场监测得到的在各个温度带发生气化反应的煤的体积的曲线图。

现场监测过程如下：

1)根据公式(2)

公式(2)

(其中，YCOD、Y氨氮、Y挥发酚、Y油分别是指气化每千克煤析出的污染物质量，单位g；r₁、r₂、r₃分别是指干馏干燥带、还原带、氧化带所占的体积比，单位％)

将现场污染物析出量的监测数据代入公式(2)，得到各温度带0-300℃、300-600℃、600-900℃、＞900℃的体积比如图3所示(其中，0-300℃温度带体积比的计算方法为：100％减去其余三带的体积比)。

2)采用以下公式(3)，输出燃煤量。

$M=\frac{Q\×12\×({\mathrm{CH}}_4+{\mathrm{CO}}_2+\mathrm{Co})\%}{22.4\×37.73\%}$ 公式(3)

其中，M：燃煤量单位：kg；Q：产出煤气量，单位：升；

(CH4+CO2+CO)％表示煤气中三种成分的含量百分比。

输入现场的煤气监测数据得到，燃煤量如图4所示。

3)把燃煤量带入公式(4)，输出燃煤量体积。

$V=\frac{M}{\mathrm{\ρ}}$ 公式(4)

(其中，V：体积，单位：m³；ρ：煤层密度，单位：kg/m³)

输入现场煤层的密度，得到煤的体积如图5所示。

4)利用公式(5)求解出在三带中发生气化反应的煤的体积V₁、V₂、V₃。

V₁＝r₁×V

V₂＝r₂×V

V₃＝r₃×V    公式(5)

(其中，V₁、V₂、V₃分别是指在三个温度带中发生气化反应的煤的体积，单位：m³。)

根据各温度带体积比和煤层的体积，得到各温度带参加反应的煤的体积，如图6所示。

如上所述，本发明通过搭建模型试验台，模拟煤炭地下气化工况，建立污染物与三带温度分布的模型方程组，求解该模型方程组，得到不同温度带的体积比与煤气中污染物的析出量的定量关系。煤炭气化现场只需要监测析出的污染物量，根据污染物的析出量与所述定量关系即可求解在三个温度带中发生反应的煤的体积比，然后根据燃煤量可计算出在三个温度带中发生反应的煤的体积。其中，污染物的析出量可通过在地面煤气管道中，测量管道中煤气冷凝液中的污染物来得到，其监测方法简单便捷，监测周期短，监测结果对气化炉内实际温度的反应更加准确。因此，本发明提供了一种实现煤炭地下气化温度场的简便有效的监测方法。

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。例如，以上说明中将煤炭地下气化反应的温度划分为干馏干燥带、还原带、氧化带三个温度带，但是根据需要，可以划分不同的温度带，本发明的构思也可以应用于对温度带进行其它划分的场合，用于建立在煤炭地下气化过程中产生的煤气中的污染物的析出量与不同温度带的体积比的模型方程组，得到不同温度带的体积比与煤气中污染物的析出量的定量关系，然后可以确定煤炭地下气化过程中在不同温度带中发生反应的煤的体积。虽然本发明采用地面模型试验平台，建立模型方程组，但是，也可以用于现场的煤层建立模型试验，例如，在有井式煤炭地下气化炉中的实体煤层中建立。

Claims (5)

1.一种监测煤炭地下气化温度带分布的方法，包括以下步骤：

a)通过模型试验，确定不同温度带的体积比与煤气中污染物的析出量的定量关系；

b)现场测量煤气中的污染物的析出量；

c)根据污染物的析出量与所述定量关系，计算各个温度带的体积比；

其中，所述不同温度带包括干馏干燥带、还原带、氧化带，所述干馏干燥带的温度区间定义为300℃～600℃，所述还原带的温度区间定义为600℃～900℃，所述氧化带的温度区间定义为＞900℃；

其中，所述污染物析出量的指标包括COD、氨氮、挥发酚和油，所述模型方程组包括COD、氨氮、挥发酚、油分别与干馏干燥带、还原带、氧化带的体积比的模型方程；

其中，通过统计分析软件建立的煤气中的污染物的析出量与与干馏干燥带、还原带、氧化带的体积比的模型方程组为：

Y_COD＝-2.154r₁-0.833r₂-2.2r₃+6.353

Y_氨氮＝-0.019r₁-1.602r₂ ²+2.544r₂+1.194r₃+0.649 

Y_挥发酚＝-0.178r₁-0.936r₂-3.029r₃ ²+4.915r3+1.706 

Y_油＝0.786r₁-2.032r₂+0.532r₃+2.251  公式(1)

求解所述模型方程组，得到干馏干燥带、还原带、氧化带的体积 比与COD、氨氮、挥发酚和油的定量关系的计算公式为：

其中，Y_COD、Y_氨氮、Y_挥发酚、Y_油分别是指气化每千克煤析出的COD、氨氮、挥发酚和油的质量，单位为g；r₁、r₂、r₃分别是指干馏干燥带、还原带、氧化带所占的体积比，单位为％。

2.根据权利要求1所述的监测煤炭地下气化温度带分布的方法，其中，所述步骤a)包括：

a1)通过煤炭地下气化模型试验，建立煤气中污染物的析出量与不同温度带的体积比的模型方程组，

a2)求解所述模型方程组，得到不同温度带的体积比与煤气中污染物的析出量的定量关系。

3.根据权利要求2所述的监测煤炭地下气化温度带分布的方法，其中，所述步骤a1)包括以下步骤：

a11)在模型试验炉中将温度监测装置均匀布置在煤层中的不同位置处；

a12)在模型气化试验过程中，利用所述温度监测装置实时监测煤层中不同位置处的温度，并分别计算处于各个温度带中的温度监测数据的个数占全部温度监测数据的个数的比例，作为各温度带的体积比，同时实时监测煤气冷凝液中的各污染物的析出量；

a13)获得不同时刻各温度带的体积比的统计数据和对应的各污染物析出量的统计数据，采用统计分析软件，建立污染物的析出量与各温度带体积比的模型方程组。

4.一种确定在煤炭地下气化过程中在不同温度带中发生反应的煤的体积的方法，包括以下步骤：

d)将煤炭地下气化温度按温度区间划分为不同的温度带；

e)根据a)通过模型试验，确定不同温度带的体积比与煤气中污染物的析出量的定量关系；

b)现场测量煤气中的污染物的析出量；

c)根据污染物的析出量与所述定量关系，计算各个温度带的体积比，并以所述各温度带的体积比作为在不同温度带中发生反应的煤的体积占进行反应的煤的总体积的体积比；

f)根据实际燃煤量的体积和不同温度带的体积比计算在不同温度带中发生反应的煤的体积，

在步骤d)中，所述不同温度带包括干馏干燥带、还原带、氧化带，所述干馏干燥带的温度区间定义为300℃～600℃，所述还原带的温 度区间定义为600℃～900℃，所述氧化带的温度区间定义为＞900℃；

其中，在步骤e)中，采用如下公式计算各个温度带的体积比：

其中，r₁、r₂、r₃分别是指干馏干燥带、还原带、氧化带所占的体积比，单位为％，Y_COD、Y_油分别是指气化每千克煤产生的煤气中的污染物COD和油的质量，单位为g。

5.根据权利要求4所述的确定在煤炭地下气化过程中在不同温度带中发生反应的煤的体积的方法，其中，所述步骤f)包括：

f1)根据以下公式(3)，计算实际燃煤量：

公式(3)

其中，M：燃煤量，单位：kg；Q：出口煤气量，单位：升；(CH₄+CO₂+CO)％表示煤气中三种成分CH₄、CO₂和CO的体积含量百分比；

f2)把燃煤量带入公式(4)，输出燃煤量体积：

     公式(4)

其中，V：体积，单位：m³；ρ：煤层密度，单位：kg/m³；

f3)利用公式(5)解出在干馏干燥带、还原带、氧化带中发生气化反应的煤的体积V₁、V₂、V₃：

V₁＝r₁×V

V₂＝r₂×V

V₃＝r₃×V  公式(5)

其中，V₁、V₂、V₃分别是指在干馏干燥带、还原带、氧化带中发生气化反应的煤的体积，单位：m³。