CN103758500A - 地下气化装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明一方面提供了一种地下气化装置，包括：钻孔套管（4），钻孔套管（4）的第一端为封闭端，第二端为敞开的自由端；注气管（1），注气管（1）由上述第一端伸入钻孔套管（4）并由第二端延伸而出；以及动力驱动装置，动力驱动装置驱动注气管（1）沿钻孔套管（4）的延伸方向移动。本发明另一方面还提供了一种地下气化方法。本发明的目的在于提供一种地下气化装置及方法，以至少能够实现通过注气管的移动，保证气化剂与地下气化区中有机质始终保持反应。

Description

地下气化装置及方法

技术领域

本发明涉及一种地下气化装置，以及一种地下气化方法。

背景技术

传统的在实体有机质中的气化工艺需要提前通过机械方法加工好通道，或者通过物理或化学等方法构建通道，在已经形成的通道中进一步加工通道或气化，同时气化剂和高温煤气不能有效换热。即使有的气化工艺没有气化通道，因注气点不能移动也只能在注气点附近气化，因气化剂不会完全达到气化工作面，该气化工艺也不会长时间维持高热值煤气。

公开号为102486085A的中国发明专利公开了一种用于含碳有机质地下气化的气化剂输配系统及工艺。其包括：与进气钻孔的孔壁接合且延伸至含碳有机质中预定位置的进气钻孔套管；以及在进气钻孔套管中延伸的氧气/富氧气体输送管；氧气/富氧气体输送管用于输送氧气/富氧气体，且进气钻孔套管与氧气/富氧气体输送管之间的环空用于输送空气、水蒸气、水、富氧气体和/或二氧化碳。此外该专利还提供了与之对应的气化剂输配工艺。现有技术中，其缺陷在于虽然实现了多种气化剂混合的输送，但不能保证气化剂达到有效气化工作面，而且预热效果有限。

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装置及方法，以至少能够实现通过注气管的移动，保证气化剂与地下气化区中有机质始终保持反应。

为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种地下气化装置，包括：钻孔套管，钻孔套管的第一端为封闭端，第二端为敞开的自由端；注气管，注气管由第一端伸入钻孔套管并由第二端延伸而出；以及动力驱动装置，动力驱动装置驱动注气管沿钻孔套管的延伸方向移动。

根据本发明，注气管位于钻孔套管中的管段与钻孔套管相间布置，其中，由第二端延伸而出的注气管的端部设置有导向装置。

根据本发明，地下气化装置还包括：产物输出管，产物输出管连接在钻孔套管的封闭端的侧壁和/或顶部。

根据本发明，动力驱动装置为机械式卡紧轮、气动驱动装置、液压驱动装置或燃料燃烧反向推进式驱动装置中的任一种。

根据本发明，导向装置为地磁导向器、温度感测器、压力感测器或含碳有机质检测器中的任一种。

另一方面，本发明还提供了一种地下气化方法，该方法应用于上述任一的地下气化装置。

根据本发明，该方法包括如下步骤：将钻孔套管的自由端通入地下气化区；将注气管从钻孔套管内部延伸至地下气化区，并从注气管向地下气化区注入气化剂；以及通过动力驱动装置驱动注气管随地下气化区的气化工作面的移动而移动。

根据本发明，该方法还包括：将地下气化区的气化反应的反应产物由注气管的外壁和钻孔套管的内壁之间形成的环空通道排出。

根据本发明，利用反应产物的温度对注气管的气化剂进行预热，同时利用气化剂的温度对反应产物进行降温。

根据本发明，该方法还包括：通过设置在注气管端部的导向装置，控制注气管朝向气化工作面的位置移动。

本发明的有益技术效果在于：

在本发明的地下气化装置中，注气管从钻孔套管封闭端伸入，并从自由端伸出，同时利用动力驱动装置可以驱动注气管沿钻孔套管的延伸方向移动。换句话说，在本发明的地下气化装置实际应用时，气化剂可以从注气管通入并由其伸出自由端的端头喷出。随着地下气化的进行，气化工作面会发生移动，而此时利用动力驱动装置则可以实现注气管与气化工作面的随动，即，可以实现注气点的移动。通过这种结构，可以保证气化剂始终与地下气化区中有机质保持反应，提高了气化剂与有机质的有效接触，同时充分利用了输出物的潜热，预热了气化剂，增强了气化反应效率。

附图说明

图1是本发明地下气化装置一个实施例的结构示意图；

图2是本发明地下气化装置另一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

现参照附图描述本发明的地下气化装置及地下气化方法。

如图1所示，是本发明地下气化装置的一个实施例，该装置包括钻孔套管4、注气管1以及动力驱动装置。其中，钻孔套管4的第一端为封闭端，第二端为敞开的自由端。进一步，注气管1从钻孔套管4的第一端伸入其中并从第二端延伸而出，注气管1用于向地下气化区中通入气化剂。

具体来说，在本发明的地下气化装置实际应用时，气化剂可以从注气管1通入，并且从注气管1从钻孔套管4敞开端伸出的端头喷出。随着地下气化的进行，气化工作面会发生移动，而此时利用动力驱动装置则可以实现注气管1与气化工作面的随动，即，可以实现注气点的移动。通过这种结构，可以保证气化剂始终与地下气化区中有机质保持反应，从而提高了气化剂与有机质的有效接触，同时充分利用了输出物的潜热，预热了气化剂，增强了气化反应效率。

进一步参照图1，注气管1位于钻孔套管4中的管段与钻孔套管4相间布置，即，在注气管1的外壁和钻孔套管4的内壁之间形成环空通道。在地下气化装置实际应用时，气化反应所产生的反应产物气体（例如，煤气）可以从上述形成的通道中排出。通过这种方式，可以使得在进行气化剂注入地下气化区进行反应的同时，将反应产物气体排出，从而利用这种环空套管的形式可以有效地实现热量的回收和利用。

继续参照图1，地下气化装置还包括产物输出管2，产物输出管2连接在钻孔套管4的封闭端的侧壁和/顶部上，即，产物输出管2可以如图1所示的设置在钻孔套管4封闭端的侧壁；或者在其他实施例中，设置在封闭端的顶部；或者在封闭端的侧壁和顶部均设置有产物输出管2亦可，这可以根据具体使用情况而定。在反应产物气体从注气管1和钻孔套管4之间环空形成的通道排出时，可以从产物输出管2引至地下气化装置之外的煤气管网中。另外，在由钻孔套管4的第二端延伸而出的注气管1的端部可以设置导向装置，该导向装置可用于引导注气管1的端部始终朝向地下气化区中的气化工作面。在地下气化进行过程中，有机质会由注气点首先开始燃烧气化，然后注气点附近的气化工作面的有机质燃烧会带动附近有机质逐渐燃烧，从而形成地下气化区的气化通道，而气化工作面会随着有机质逐渐燃烧而移动。这种情况下，设置在注气管1端部的导向装置8会感测气化工作面的移动，而控制注气管1端部的移动轨迹，以保证注气管1的注气端始终朝向气化工作面，从而保证气化剂可以始终流通至气化工作面，以生产出高热值的煤气。

在可选的实施例中，本发明的地下气化装置中的动力驱动装置可以为机械式卡紧轮、气动驱动装置、液压驱动装置或燃料燃烧反向推进式驱动装置中的任一种。即，动力驱动装置可以选取任何适当的结构，例如，机械式驱动结构、气动式驱动结构、液压驱动结构等。这可以根据具体使用情况而定，本发明并不局限于此。

此外优选的，导向装置8可以选择地磁导向器。而在其他实施例中，导向装置8也可以为设置在注气管1端部的温度感测器、压力感测器等，或者导向装置8还可以为用于检测含碳有机质的检测器。导向装置8的选取可根据具体使用情况而定，本发明并不局限于此。

如图2所示，示出的是本发明地下气化装置的另一实施例。与图1所示实施例不同的是，图2所示实施例的钻孔套管4为垂直伸入地下气化燃煤层的垂直套管。图2所示实施例的其他结构均与图1所示实施例相同。

结合图1和图2，本发明还提供了一种地下气化方法，该方法应用于上述的地下气化装置中。在本发明的地下气化方法中，包括如下步骤：将钻孔套管4的自由端通入地下气化区中；然后将注气管1从钻孔套管4内部延伸至地下气化区，并通过注气管1向地下气化区中注入气化剂；通过动力驱动装置驱动注气管1随着地下气化区的气化工作面的移动而移动，以保证气化剂始终与地下气化区中的新鲜有机质接触反应。

进一步，本发明的方法还包括将地下气化区的气化反应的反应产物由注气管1外壁和钻孔套管4内壁之间形成的环空通道排出，然后通过产物输出管2将反应产物排出至煤气管网中。

在反应产物流经上述通道时，由于气化剂和反应产物之间存在温度差。即，气化剂温度低于反应产物的温度。从而利用反应产物的温度可以对注气管1中的气化剂进行预热，同时利用气化剂的温度可以对反应产物进行降温，即，实现二者间的热交换，从而达到能源充分利用的效果，进而提高了地下气化过程中的能源利用率。

此外，在地下气化的过程中，可以通过设置在注气管1端部的导向装置8控制注气管1朝向气化工作面的位置移动。以保证气化剂始终与地下气化区中的新鲜有机质接触反应。

具体来说，在本发明地下气化装置和方法的实际应用中，首先从钻孔套管4中下放由动力驱动装置驱动的注气管1，其中，动力驱动装置可以设置在注气管1位于钻孔套管4封闭端外部的管口上。然后，利用动力驱动装置驱动注气管1向气化工作面逐渐移动，在注气管1中可通过注气管1内通入气化剂时与钻孔套管4内部的压力差以输送气化剂7。在可选的实施例中，气化剂7可以是单一气化剂或者为混合气化剂。而对于混合气化剂而言，可以在通入注气管1之前将气化剂混合完成；或者将注气管1设置成具有内管和外管的多层注气管，然后将每种气化剂分别由一层管段通入注气管中，并在注气管的喷头处混合。

随着气化剂与煤层在地下气化区中的反应，气化工作面会不断向前推进。以动力驱动装置为机械式卡紧轮为例，通过调节卡紧轮的电机钻速来控制注气管1向前移动的速度，通过注气管1端头的导向装置8来控制注气管1的移动轨迹，实现注入的气化剂能够一直与新鲜有机质发生反应，产生高热值的煤气。气化完毕后，通过卡紧轮的反向旋转或结合大转盘的转动可以将注气管1抽出。

在地下气化反应过程中，高热值的煤气通过已经气化完的燃空区从注气管1与钻孔套管4的环空通道导出，高热值的煤气携带大量的潜热，通过与注气管1内的气化剂换热，可以实现煤气的降温和气化剂的预热，达到提高能量利用效率的目的。

综上所述，本发明的地下气化装置和方法，可以将可移动式的注气管1设置在钻孔套管4中，通过动力驱动装置驱动注气管1移动改变气化位置，并从进气环空通道将煤气回收。此外，通过动力驱动装置和导向装置的结合，注气管1可以向前移动也可以向其它方向移动，从而使得注气管1的气化剂始终保持与有机质接触反应。在其他可选实施例中，本发明上述的地下气化装置和方法不仅适用于煤层地下气化，还适用于一切含碳有机质的地下气化。优选地，在注气管1上还可以安装热电偶或摄像头等测量工具，以对地下气化过程的温度进行监测或对地下气化注气点位置进行监测。在其他实施例中，本发明的装置和方法也可以应用在含碳有机质的灭火过程中，即，只需向注气管1中通入用于灭火的气体、液体或物料即可。也就是说，在有关含碳有机质反应、生产、制备等应用中，均可以使用本发明的装置和方法。当然应当理解，这均可以根据具体使用情况而定，本发明并不局限于此。

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 (10)

1.一种地下气化装置，其特征在于，包括：

钻孔套管（4），所述钻孔套管（4）的第一端为封闭端，第二端为敞开的自由端；

注气管（1），所述注气管（1）由所述第一端伸入所述钻孔套管（4）并由所述第二端延伸而出；以及

动力驱动装置，所述动力驱动装置驱动所述注气管（1）沿所述钻孔套管（4）的延伸方向移动。

2.根据权利要求1所述的地下气化装置，其特征在于，

所述注气管（1）位于所述钻孔套管（4）中的管段与所述钻孔套管（4）相间布置，

其中，由所述第二端延伸而出的所述注气管（1）的端部设置有导向装置（8）。

3.根据权利要求1所述的地下气化装置，其特征在于，还包括：

产物输出管（2），所述产物输出管（2）连接在所述钻孔套管（4）的所述封闭端的侧壁和/或顶部。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的地下气化装置，其特征在于，

所述动力驱动装置为机械式卡紧轮、气动驱动装置、液压驱动装置或燃料燃烧反向推进式驱动装置中的任一种。

5.根据权利要求2或3所述的地下气化装置，其特征在于，

所述导向装置（8）为地磁导向器、温度感测器、压力感测器或含碳有机质检测器中的任一种。

6.一种地下气化方法，其特征在于，所述方法应用于前述任一权利要求所述的地下气化装置。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：

将所述钻孔套管（4）的所述自由端通入地下气化区；

将所述注气管（1）从所述钻孔套管（4）内部延伸至所述地下气化区，并从所述注气管（1）向所述地下气化区注入气化剂；以及

通过所述动力驱动装置驱动所述注气管（1）随所述地下气化区的气化工作面的移动而移动。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：

将所述地下气化区的气化反应的反应产物由所述注气管（1）的外壁和所述钻孔套管（4）的内壁之间形成的环空通道排出。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，

利用所述反应产物的温度对所述注气管（1）的所述气化剂进行预热，同时利用所述气化剂的温度对所述反应产物进行降温。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：

通过设置在所述注气管（1）端部的导向装置（8），控制所述注气管（1）朝向所述气化工作面的位置移动。

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