CN103696752B - 地下气化污染物的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种地下气化污染物的控制方法，包括如下步骤：（S1）确定地下气化区的污染物的分配系数、地下气化区的气化压力、通过设置观测井监测获得的地下气化区的污染物的浓度差以及观测井距地下气化区的距离；（S2）根据上述确定的所有物理量，建立地下气化污染物迁移速率与地下气化压力的函数关系；（S3）以污染物临界迁移速率作为函数的输入值，获得临界气化压力；（S4）通过使地下气化区的气化压力不超过临界气化压力，以将污染物的扩散范围保持在地下气化区外的规定范围内。本发明的目的在于提供一种地下气化污染物的控制方法，以实现对地下气化污染物迁移速率进行监控，同时通过调节气化压力对污染物的迁移速率进行控制。

Description

地下气化污染物的控制方法

技术领域

本发明涉及地下气化领域，更具体地，涉及一种地下气化污染物的控制方法。

背景技术

煤炭地下气化技术工艺过程中，在地下燃空区会产生气化残留物，其中所含有害物质如：有机物、金属离子等易与随地下水迁移，对地下水产生污染危害，因此需要对气化过程中产生的残留物污染物的特性进行准确描述，包括污染物的影响范围和迁移变化浓度进行监测和控制处理。

气化后的残留物一般深埋于地下，目前常规的监测和控制方法有：（1）观测井监测水质变化。即以地下气化燃空区为核心，在其周围不同距离的位置设置观测井，通过观测井定期采集水样检测其不同指标，通过指标变化来反映地下残留污染物的迁移变化规律。（2）气化工艺调控。即通过气化工艺过程中调控工艺参数来实现控制地下残留污染物产生的量。但是这两种方法均有局限性，方法（1）只能实现对地下污染物监测点的浓度和范围的预测，并且根据监测频率，不能实时反映污染物的迁移变化情况，如果提高监测频率相应就会加大劳动量；方法（2）只能改变所产生的地下残留污染物的量，对污染物的迁移变化规律无法进行描述。

发明内容

针对相关技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种地下气化污染物的控制方法，以实现对地下气化污染物迁移速率进行监控，同时通过调节气化压力对污染物的迁移速率进行控制。

为实现上述目的，本发明提供了一种地下气化污染物的控制方法，包括如下步骤：（S1）确定地下气化区的污染物的分配系数、地下气化区的气化压力、通过设置观测井监测获得的地下气化区的污染物的体积浓度差以及观测井底端距地下气化区边界的距离；（S2）根据上述确定的所有物理量，建立地下气化污染物迁移速率与地下气化压力的函数关系；（S3）以污染物临界迁移速率作为函数的输入值，获得临界气化压力；（S4）通过使地下气化区的气化压力不超过临界气化压力，以将污染物的扩散范围保持在地下气化区外的规定范围内。

根据本发明，地下气化污染物的控制方法包括如下步骤：确定地下气化区的地层条件测定值；根据地层条件测定值，确定地下气化区的污染物，以获得污染物的分配系数；根据分配系数以及地下气化区的气化压力，建立所染物的迁移模型，并计算污染物的理论迁移速率；根据地下气化区中地下水径流方向，设置至少两个观测井以获得相邻两个观测井之间的地下气化区的污染物的体积浓度差；根据体积浓度差以及上述距离，计算污染物的测量迁移速率；调整分配系数以及气化压力，以使得理论迁移速率与测量迁移速率相等；根据调整后的理论迁移速率与气化压力获得上述函数关系。

根据本发明，地层条件测定值包括：渗透系数、弥散度、初始水头、初始浓度和存贮系数。

根据本发明，上述的确定地下气化区的污染物种类，以获得污染物的分配系数的步骤包括：确定地下气化区中所有污染物；确定所有污染物中溶于水的污染物；确定溶于水的污染物中的有害污染物，作为的地下气化区的污染物；取地下气化区中未经燃烧的反应物研磨过筛；取地下气化区中废水，将过筛后的反应物溶于废水中，制成混合液；对混合液震荡并静置后取上层清液；分别检测上层清液中和废水中的污染物的体积浓度；重复上述步骤，以获得污染物的分配系数。

根据本发明，上述的建立污染物的迁移模型，并计算污染物的理论迁移速率的步骤包括：建立三维饱和地下水流模型，将地下气化区的气化压力、分配系数、以及地层条件测定值输入三维饱和地下水流模型中，以获得理论迁移速率。

根据本发明，上述的计算污染物的测量迁移速率按如下公式计算：

其中，C₁-C₀为上述的体积浓度差；L为观测井底端距地下气化区边界的距离；d为测得体积浓度差时的天数。

根据本发明，地下气化污染物迁移速率与地下气化压力的函数关系为：

V=f(P)=0.0025P+0.0008。

根据本发明，临界气化压力按如下步骤获得：确定地下气化区的气化时间，确定污染物与地下气化区外的规定范围的边界的距离；按如下公式计算污染物的临界迁移速率：

根据该函数关系，按如下公式确定临界气化压力：

本发明的有益技术效果在于：

在本发明的控制方法中，通过确定分配系数、气化压力、污染物的体积浓度以及观测井底端距地下气化区边界的距离，可以建立出地下气化污染物迁移速率与地下气化压力的函数关系，从而可以将地下气化过程中产生的污染物的迁移速率定量化，并可以更加直观地获得该速率与地下气化压力之间的定量关系。

进一步，将污染物临界迁移速率输入该函数后，可以得出相对应的临界气化压力。地下气化的实际生产期间，在反应过程中会产生大量污染物，而这些污染物中包括对环境有害的污染物，而进行地下气化操作时需要划分出地下气化区外的规定范围，并保证污染物的扩散不能超出该规定范围。通过本发明的控制方法可以将地下气化区的气化压力控制在临界气化压力之下，从而通过这种定量的控制方法将污染物的扩散范围保持在该规定范围内，以消除污染物对地下气化区周围环境的影响。

附图说明

图1是本发明的地下气化污染物控制方法的控制流程简图。

具体实施方式

现参照图1描述本发明的控制方法，该方法包括如下步骤：S1：确定地下气化区的污染物的分配系数、地下气化区的气化压力、通过设置观测井监测获得的地下气化区的污染物的体积浓度差以及观测井底端距地下气化区边界的距离；S2：根据上述确定的所有物理量，建立地下气化污染物迁移速率与地下气化压力的函数关系；S3：以污染物临界迁移速率作为函数的输入值，获得临界气化压力；S4：通过使地下气化区的气化压力不超过临界气化压力，以将污染物的扩散范围保持在地下气化区外的规定范围内。应当理解，该规定范围可根据地下气化的实际进行情况人为进行界定，换句话说，该设定范围为污染物扩散所允许的最大范围。其中，气化压力为测得的煤层在燃烧气化时的压力，可由设置在地面上的压力表直接读取。

具体来说，首先确定地下气化区的地层条件测定值。其中，上述的地层条件测定值包括：渗透系数、弥散度、初始水头、初始浓度和存贮系数。其中，初始水头指的是地下含水层未受人类活动影响的静水压水头高度；初始浓度指的是在地下气化开始前测定的地下含水层中的水质浓度背景值，即，未受人类活动影响的地下水背景值；存贮系数是用来表征地层特性的参数，包括贮水率、重力给水度、有效空隙度和总空隙度。

然后，根据以上所测得的地层条件测定值，确定地下气化区中污染物的种类，从而获得污染物的分配系数。具体来说，确定地下气化区中污染物种类按如下过程进行：首先确定地下气化区中的所有污染物，进一步确定所有污染物中溶于水的污染物，然后确定溶于水的污染物中的有害污染物，由于在地下气化过程产生的所有污染物中，溶于水的污染物中的有害污染物扩散速度最快并且对环境危害最大，因此选取有害污染物作为上述的地下气化区的污染物，以用于后续的分析操作。应当理解，此处所指的有害污染物为会对地下气化区周围环境及人类生产生活造成危害的污染物，此时完成对地下气化区中污染物种类的确定。

在污染物种类确定后，则进行获得该污染物分配系数的操作。具体来说，首先需要取地下气化区中未经燃烧的反应物研磨过筛，然后取地下气化区中的废水，即，地下气化反应中和反应后产生的反应废水，将过筛后的反应物溶于该废水中制成混合液，进一步对该混合液进行震荡并静置后取上层清液，然后分别检测上层清液中的上述污染物的体积浓度和废水中的上述污染物的体积浓度。进而重复上述的获得污染物分配系数操作的步骤，就可以获得该污染物的分配系数，分配系数即为多次测量后的上层清液中污染物体积浓度和废水中污染物体积浓度之比的平均值。

在上述操作完成后，根据所测得的分配系数和地下气化区中的气化压力，建立污染物的迁移模型以反映污染物的迁移状态，并在迁移模型中输入上述测量值以计算污染物的理论迁移速率。具体地，在优选的实施例中，可以建立三维饱和地下水流模型（Modflow），即，利用Modflow软件的水流模型和溶质运移模型，将地下气化区的气化压力、分配系数、以及上述地层条件测定值输入该三维饱和地下水流模型中，以建立出污染物的迁移模型，通过软件计算从而可以获得理论迁移速率，该理论迁移速率指的是污染物在上述条件中，无其他影响条件的理想情况下的迁移速率。当然应当理解，其他地下水仿真软件或模型也可以应用在本发明的控制方法中，这可以根据具体使用情况而定，本发明并不局限于此。

在理论迁移速率计算完成后，则需要确定污染物在实际的情况中的测量迁移速率。具体地，首先根据地下气化区中地下水径流方向，设置至少两个观测井，然后通过观测井对含有污染物的地下水进行检测，从而获得相邻的观测井之间的地下水中所含污染物的上述体积浓度差。根据所测得的体积浓度差以及观测井底端距地下气化区边界的距离，即可以获得污染物的测量迁移速率。该测量迁移速率可根据如下公式进行计算：

其中，C₁-C₀指的是上述的相邻观测井之间的体积浓度差；L为观测井底端距地下气化区边界的距离；d为测得所述体积浓度差时的天数。

进一步，通过调整分配系数以及气化压力，使得理论迁移速率与测量迁移速率相等，即，通过这种方式获得污染物在实际状态下的分配系数和气化压力。此时，可以得出一组测量迁移速率、及与之对应的一组气化压力。然后重复上述步骤即可以获得多组相对应的测量迁移速率和对应的气化压力，通过这种方式即可以获得二者间如上所述地下气化污染物迁移速率与地下气化压力之间的函数关系。具体地，该函数为：

V=f(P)=0.0025P+0.0008，

因此，在本发明的控制方法中，通过确定分配系数、气化压力、污染物的体积浓度以及观测井底端距地下气化区边界的距离，可以建立出地下气化污染物迁移速率与地下气化压力的函数关系，从而可以将地下气化过程中产生的污染物的迁移速率定量化，并可以更加直观地获得该速率与地下气化压力之间的定量关系。

进一步，在本发明的控制方法中，获得如上所述的函数后即可以通过该函数关系确定地下气化区在进行地下气化时的临界气化压力。具体地，首先确定地下气化区中进行地下气化所需的气化时间T_min，该气化时间为允许污染物迁移至规定区域边界的最短时间，并且该气化时间为地下气化区中的反应物储量与进行地下气化过程中的气化强度之比；同时确定污染物与地下气化区外的规定范围的边界的距离L，即，地下气化区中污染物产生位置距人工规定的、在地下气化区外的、污染物允许扩散的最大范围的边界的距离。然后按如下公式即可获得该污染物的临界迁移速率V_max：

根据以上获得的函数关系，可以得出临界气化压力P₀的计算公式为：

换句话说，将污染物临界迁移速率输入该函数后，即可以得出相对应的临界气化压力。地下气化的实际生产期间，在反应过程中会产生大量污染物，而这些污染物中包括对环境有害的污染物，而进行地下气化操作时需要划分出地下气化区外的规定范围，并保证污染物的扩散不能超出该规定范围。通过本发明的控制方法可以将地下气化区的气化压力控制在临界气化压力之下，从而通过这种定量的控制方法将污染物的扩散范围保持在该规定范围内，以消除污染物对地下气化区周围环境的影响。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种地下气化污染物的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(S1)确定地下气化区的污染物的分配系数、所述地下气化区的气化压力、通过设置观测井监测获得的所述地下气化区的污染物的体积浓度差以及所述观测井底端距所述地下气化区边界的距离；

(S2)根据上述确定的所有物理量，建立地下气化污染物迁移速率与所述地下气化区的气化压力的函数关系；

(S3)以污染物临界迁移速率作为所述函数的输入值，获得临界气化压力；

(S4)通过使所述地下气化区的气化压力不超过所述临界气化压力，以将所述污染物的扩散范围保持在所述地下气化区外的规定范围内。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

确定所述地下气化区的地层条件测定值；

根据所述地层条件测定值，确定所述地下气化区的污染物种类，以获得所述污染物的所述分配系数；

根据所述分配系数以及所述地下气化区的气化压力，建立所述污染物的迁移模型，并计算所述污染物的理论迁移速率；

根据所述地下气化区中地下水径流方向，设置至少两个所述观测井以获得相邻两个所述观测井之间的所述地下气化区的污染物的所述体积浓度差；

根据所述体积浓度差以及所述距离，计算所述污染物的测量迁移速率；调整所述分配系数以及所述地下气化区的气化压力，以使得所述理论迁移速率与所述测量迁移速率相等；

根据所述调整后的理论迁移速率与所述地下气化区的气化压力获得所述函数关系。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述地层条件测定值包括：

渗透系数、弥散度、初始水头、初始浓度和存贮系数。

4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述的确定所述地下气化区的污染物种类，以获得污染物的所述分配系数的步骤包括：

确定所述地下气化区中所有污染物；

确定所述所有污染物中溶于水的污染物；

确定所述溶于水的污染物中的有害污染物，作为地下气化区的污染物；

取所述地下气化区中未经燃烧的反应物研磨过筛；

取所述地下气化区中废水，将过筛后的所述反应物溶于所述废水中，制成混合液；

对所述混合液震荡并静置后取上层清液；

分别检测所述上层清液中和所述废水中的所述溶于水的污染物中的有害污染物的体积浓度；

重复上述步骤，以获得所述地下气化区的污染物的分配系数。

5.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述的建立所述污染物的迁移模型，并计算所述污染物的理论迁移速率的步骤包括：

建立三维饱和地下水流模型，将所述地下气化区的气化压力、所述分配系数、以及所述地层条件测定值输入所述三维饱和地下水流模型中，以获得所述理论迁移速率。

6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述地下气化污染物迁移速率与所述地下气化区的气化压力的所述函数关系为：

V＝f(P)＝0.0025P+0.0008。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述临界气化压力按如下步骤获得：

确定所述地下气化区的气化时间，确定所述污染物与所述地下气化区外的规定范围的边界的距离；

按如下公式计算所述污染物的所述临界迁移速率：

$V_{max}=\frac{L}{T_{min}};$

其中，T_min为地下气化区中进行地下气化所需的气化时间，L为污染物与地下气化区外的规定范围的边界的距离，V_max为所述污染物的临界迁移速率；根据所述函数关系，按如下公式确定所述临界气化压力：

$P_0=\frac{V_{max}-0.0008}{0.0025};$

其中，P₀为临界气化压力。