CN106522914B - 用于煤炭地下气化工艺的地下气化炉停车及燃空区复原处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种地下气化炉停车及燃空区复原处理方法，该方法包括：a）切断氧化剂的注入；b）氮气吹扫；c）氧化剂注入设备移除；d）定点注入冷却剂进行停车灭火；e）终止燃空区内化学反应等步骤，本发明的地下气化炉停车和后续处理方法有以下优点：采用少量空分副产品氮气对整个系统进行吹扫，防止停车阶段氧化剂的泄漏造成复燃以及回烧造成设备损毁问题；注入少量冷却剂或空分副产品氮气对气化炉燃烧区进行定点快速灭火，无需大量气体连续循环注入，有效地降低了运营成本；综合考虑了煤层顶/底板和上覆/下伏岩层的地质结构和条件，避免了停车阶段的各种地质灾害和二次污染问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于煤炭地下气化工艺的地下气化炉停车及燃空区复原处理方法，属于煤炭地下气化工艺设备技术领域。
背景技术
煤炭地下气化（ISC）是一种通过对地下煤层的可控燃烧（不完全燃烧）和气化反应，把煤直接转化为气体产品的工艺过程。产品气通常被称为合成气，可以作为燃料生产、化工生产、发电等下游工艺的原料。该工艺过程集合了建井完井、地下采煤和煤气化工艺技术，具有安全性好、投资小、效益高、污染少等优点。
通过地面钻井直通煤层，给氧化剂注入和产品气输出提供了有效通道。一个用于氧化剂注入的钻井称为“注入井”，另外一个用于生产产品气的钻井称为“产品井”。定向水平钻井和垂直钻井都可作为注入井或产品井。
当煤层中有注入井、产品井和水平通道将二者连接起来时，此构造被称为一个煤炭地下气化（ISC）单元或井对。ISC单元包括燃烧区，气化区和热解区。通过煤炭地下气化生成的产品气（粗合成气）通常含有合成气（CO, CO2, H2, CH4等）以及其他杂质成分（固体颗粒，水，煤焦油，H2S, NH4, COS等）。粗合成气由经产品井输送至地面，再通过地面管线输送到下游装置进行处理和应用。
当地下气化过程随着注入井内衬管后退到达预定位置，标志着地下气化炉的寿命结束，需要对其进行有效地停车熄火，以防止煤层不可控燃烧造成的资源浪费和井完整性的破坏。同时需要对地下气化炉的燃空区进行有效地后续处理，以防止煤层在高温下持续热解析出污染物以及气化过程中残留污染物造成的环境问题。
现有技术通常采用注入水、水蒸气或氮气（CN101581211B, CN101581213A,CN101581210A）等方法对气化炉燃空区进行熄火处理，这样往往需要大量的气体循环注入，成本较高。近期，公开号为CN102587883B的中国发明专利申请书公开了一种煤炭地下气化炉熄炉方法。其利用负压提高地下水或煤层水向气化炉燃空区的渗透率，进而使水进入燃空区，通过水的蒸发吸热和水蒸气与高温煤层反应吸热达到熄炉的目的。其主要技术缺点在于，其一，该方法未考虑煤层顶/底板和上覆/下伏岩层的地质条件而直接通过抽负压快速降低气化炉燃空区（0kPa或40kPa）与静水压的压差来提高地下水进入煤层的渗透率。这种情况极易破坏煤层顶/底板和上覆/下伏岩层的相对密闭性，形成较大的孔隙和裂纹，造成涌入水不可控。严重情况容易形成煤层和含水层的直接贯穿，造成突水、顶板和上覆岩层的直接垮塌甚至地层下沉等地质问题。其二，该方法在熄炉过程中未实施任何污染物处理以及燃空区复原处理，容易造成污染物直接快速冷凝并持续驻留在燃空区内，最终给污染物处理造成较大困难。如果一旦发生上述煤层与含水层贯穿的情况，则容易出现污染物扩散的问题。其三，该方法需要通过抽风机持续抽气直至气体温度降低至90℃，导致整个熄炉过程能耗较高。公开号CN101381149B的中国发明专利申请书公开了一种煤炭地下气化污染的复原方法。具体是从地面向燃空区注入一定浓度的双氧水，将地下废水中的酚类有机污染物氧化分解。该方法仅针对于酚类污染物，相对单一。同时，燃空区体积较大，双氧水价格较高，较大程度的提高了项目的成本。综上所述，现有的地下气化炉停车及燃空区复原处理技术还是需要进一步改进和提高，以满足煤炭地下气化工业化项目的相关要求。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种用于煤炭地下气化工艺的地下气化炉停车及燃空区复原处理方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供了一种用于煤炭地下气化工艺的地下气化炉停车及燃空区复原处理方法，所述地下气化炉包括至少一个注入井、一个产品井和燃空区，该气化炉建设在经过详细选址流程论证满足煤炭地下气化工艺要求的现场，所述方法包括如下步骤：
a）当地下仪表监控系统显示地下气化过程已达到设计位置时，控制系统自动切断氧化剂的注入；
b）采用高压氮气吹扫整个氧化剂注入设备，将残留在氧化剂注入设备内的氧化剂全部移除；
c）通过连续油管卷轴和井口控制设备将氧化剂注入设备拉回并移出注入井，回撤过程中保持冷却剂的注入，防止燃烧区的高温回烧损坏氧化剂注入设备；
d）移出氧化剂注入设备后，继续通过注入井注入冷却剂或/和氮气对靠近注入井底部位置的气化炉高温燃烧区进行停车灭火；
e）当高温燃烧区温度降低到500℃以下，且产品井出口处产品气组分中一氧化碳的含量低于0.1mol%时，燃空区内燃烧和气化反应停止；
f）对于煤层顶/底板或/和上覆/下伏岩层内含水层充足的情况，停止注入冷却剂或/和氮气，并关闭注入井；或者对于煤层顶/底板或/和上覆/下伏岩层内含水层缺乏的情况，继续通过注入井注入冷却剂或/和氮气；
g）通过产品井出口处的控制阀逐渐降低气化炉操作压力，降低气化炉操作压力过程中确保产品井内的气流速率大于最小夹带速率，以将蒸汽吹扫和抽提后的污染物输送至地表处理；
h）当高温燃烧区温度降低到350℃以下，地下煤层的热解反应停止，整个气化炉停车完成；
i）连续重复步骤g，直至产品井温度低于100℃，结束蒸汽吹扫和抽提过程；
j）蒸汽吹扫和抽提结束后，对燃空区抽水，进行水浸出处理，至产品井出口的工艺水各项指标符合工业排放标准或达到地下水初始基线标准；
k）根据燃空区的地质情况，通过注入井注入固体废物对燃空区进行回填，或者通过将填充材料与经处理的工艺水混合成浆料注入燃空区；
l）移除注入井和产品井内的所有可回收地下设备；
m）通过注入井注入高压空气或氮气直至燃空区压力达到静水压；
n）移除注入井和产品井的井口设备，并对其进行封井弃井处理；
o）连续对项目现场所有监测井内的地下水质量进行检测和监控，预防和及时处理任何可能出现的环境问题。
优选的，所述注入井和产品井内部安装有完整性良好的完井设施和地下仪表设备，包括高温井口设备、通过高温水泥固定在地层内的套管以及地下仪表监控系统，套管将注入井和产品井与地下各含水层完全隔离，地下仪表监控系统用于监测和控制注入井和产品井的操作以确保其完整性，燃空区沿着注入井内衬管方向延伸至产品井。
优选的，步骤d）中进行停车熄火时，保持产品井的正常操作工艺参数，防止由于停车熄火过程中产生大量过热饱和蒸汽造成气化炉压力过高。
优选的，步骤h）结束后，如果目标煤层的煤层气含量较高，保持燃空区的操作压力低于静水压，采集燃空区周边煤层内的煤层气，通过连续重复步骤g），直至产品气内的甲烷含量达90%以上。
优选的，步骤g）中降低气化炉操作压力0-0.5MPa/次。
优选的，步骤j）中抽水采用螺杆抽油泵、有杆泵或深水泵。
为了使本发明更简单易懂，便于实际操作，一个或多个首选的具体实施方式将参照附图，仅以举例的形式进行描述。
附图说明
图1是气化炉停车灭火及饱和蒸汽吹扫和抽提过程示意图。
图2是气化炉（含水层充足）饱和蒸汽吹扫和抽提过程示意图。
图3是气化炉水浸出过程示意图。
图4 是处理结束后封井弃井示意图。
1.上覆岩层；2.含水层；3.煤层顶板；4.煤层；5.煤层底板；6.燃空区；7.注入井；8.产品井；9.混合气（包含粗合成气，饱和蒸汽，煤层气，污染物等）；10.涌入水；11. 注入的冷却剂或氮气；12.注入水（定期循环注入）；13.工艺水；14.水泵；15.气相隔离层；16.填充层；17.水泥；18.煤灰和煤焦层；19.煤焦层。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于煤炭地下气化工艺的地下气化炉停车及燃空区复原处理方法，所述地下气化炉包括至少一个注入井、一个产品井和燃空区，该气化炉建设在经过详细选址流程论证满足煤炭地下气化工艺要求的现场，所述方法包括如下步骤：
a)当地下仪表监控系统显示地下气化过程已达到设计位置时，标志着气化炉寿命即将结束，此时，控制系统自动切断氧化剂的注入；
b)采用高压氮气（采用空分装置的副产品）吹扫整个氧化剂注入设备，将残留在氧化剂注入设备内的氧化剂全部移除；
c)通过连续油管卷轴和井口控制设备将氧化剂注入设备拉回并移出注入井，回撤过程中保持冷却剂（水、蒸汽或二氧化碳）的注入，防止燃烧区的高温回烧损坏氧化剂注入设备；
d)移出氧化剂注入设备后，继续通过注入井注入冷却剂（水、蒸汽或二氧化碳）或/和氮气（空分装置的副产品）对靠近注入井底部位置的气化炉高温燃烧区进行停车灭火；
e)当高温燃烧区温度降低到500℃以下，且产品井出口处产品气组分中一氧化碳的含量低于0.1mol%时（其他组分如氢气和二氧化碳也相应降低），标志着燃空区内燃烧和气化反应停止，该阶段整个过程需要约2-5天;
f)对于煤层顶/底板或/和上覆/下伏岩层内含水层充足的情况，停止注入冷却剂或/和氮气，并关闭注入井；或者对于煤层顶/底板或/和上覆/下伏岩层内含水层缺乏的情况，继续通过注入井注入冷却剂或/和氮气；
g)通过产品井出口处的控制阀逐渐降低气化炉操作压力（每次0-0.5MPa），当降低气化炉操作压力后需确保产品井内的气流速率大于最小夹带速率，确保将蒸汽吹扫和抽提后的污染物输送至地表处理；
h)当高温燃烧区温度降低到350℃以下，标志着地下煤层的热解反应停止，整个气化炉停车完成，该阶段整个过程需要约1-3天；
i)连续重复步骤g），直至产品井温度低于100℃，结束蒸汽吹扫和抽提过程，整个蒸汽吹扫和抽提过程历时约2-6个月；
j)蒸汽吹扫和抽提结束后，利用水泵（如螺杆抽油泵，有杆泵或深水泵等）对燃空区抽水，进行水浸出处理，直至产品井出口的工艺水的各项指标符合工业排放标准或达到地下水初始基线标准，水浸出过程历时约2-6个月；
k)根据燃空区的地质情况，通过注入井注入矸石、煤灰等固体废物对燃空区进行回填，或者可以通过将填充材料与经处理的工艺水混合成浆料注入燃空区；
l)移除注入井和产品井内的所有可回收地下设备；
m)通过注入井注入高压空气或氮气直至燃空区压力达到静水压；
n)移除注入井和产品井的井口设备，并对其进行封井弃井处理；
o)连续对项目现场所有监测井内的地下水质量进行检测和监控，预防和及时处理任何可能出现的环境问题。
上面是本发明的一种实现方式，根据需要，可以进一步优化该技术方案：如果目标煤层的煤层气（甲烷）含量较高，保持燃空区的操作压力低于静水压，采集燃空区周边煤层内（如预留煤柱）的煤层气，通过连续重复步骤g），直至产品气内的甲烷含量达90%以上。
下面对本发明的方法各步骤进一步的细致阐述：
地下气化炉包括至少一个注入井、一个产品井和燃空区。其中注入井、产品井内部安装有完整性良好的完井设施和地下仪表设备，包括高温井口设备、高温水泥固定在地层内的套管以及地下仪表监控系统；气化炉建设在经过详细选址流程论证满足煤炭地下气化工艺要求的现场，其中，套管将井与地下各含水层完全隔离，地下仪表监控系统用于监测和控制井的操作以确保其完整性。燃空区沿着注入井内衬管方向延伸至产品井。通过周边预留隔离煤柱、煤顶板及其上覆岩层，煤底板及其下伏岩层形成一个相对密闭的空间。
当地下仪表监控系统显示地下气化过程已达到设计位置，如注入井底部，标志着气化炉寿命即将结束。地下仪表监控系统数据直接反馈给控制系统，自动停止注入氧化剂。
采用空分装置的副产品，高压氮气，吹扫整个氧化剂注入设备，将残留在氧化剂注入设备内的氧化剂全部移除并吹扫入燃空区。以确保实施后续操作前已完全切断所有氧化剂的来源，防止在后续氧化剂注入设备回撤过程中出现残留氧化剂泄漏造成气化炉复燃的问题。
通过连续油管卷轴和井口控制设备将氧化剂注入设备拉回并移出注入井。回撤过程中保持正常工艺的冷却剂（水，蒸汽或二氧化碳）的注入，防止燃烧区的高温回烧损坏氧化剂注入设备。
移出氧化剂注入设备后，继续通过注入井注入冷却剂（水，蒸汽或二氧化碳）或/和氮气（空分装置的副产品）对气化炉靠近注入井位置的高温燃烧区进行停车熄火。地下气化工艺通常采用“回退法”，当气化炉寿命即将结束时，其高温燃烧区位于靠近注入井的位置。通过注入井注入的冷却剂或/和氮气直接喷射至高温燃烧区，可以在较短时间灭火并置换出燃空区内残留的氧化剂，防止燃空区复燃。
停车熄火时需保持产品井的正常操作工艺参数（如压力、温度和流量），防止由于熄火过程中产生大量过热饱和蒸汽造成气化炉压力过高的问题。气化炉压力过高容易破坏煤层顶/底板或/和上覆/下伏岩层的相对密闭结构，使得燃空区内的产品气沿着煤层顶/底板或/和上覆/下伏岩层的孔隙和裂纹向外扩散，最终造成污染物的扩散和迁徙。另外，当气化炉过度加压时，饱和蒸汽分压随之增加，容易发生冷凝。这将导致产品井生产流量和相应流速减少，液相和固相杂质无法被夹带到地表，最终导致产品井堵塞。
当地下仪表监控系统显示高温燃烧区温度降低到500℃以下，且产品井出口处产品气组分中一氧化碳的含量低于0.1mol%时（其他组分如氢气和二氧化碳也相应降低），标志着燃空区内燃烧和气化反应停止，该阶段整个过程需要约2-5天。
对于煤层顶/底板或/和上覆/下伏岩层内含水层充足的情况，停止注入冷却剂或/和氮气，并关闭注入井。对于煤层顶/底板或/和上覆/下伏岩层内含水层缺乏的情况，继续通过注入井注入冷却剂或/和氮气。
通过产品井出口处的控制阀逐渐降低气化炉操作压力（每次0-0.5MPa）。在相应产品井温度下的饱和蒸汽分压随着气化炉操作压力的降低而同步降低，以确保所有的水处于气相并获得最大的蒸汽吹扫和抽提效率。当降低气化炉操作压力后需确保产品井内的气流速率大于其最小夹带速率，防止由于固体杂质、液栓和煤焦油造成的产品井堵塞问题，确保将蒸汽吹扫和抽提后的污染物输送至地表处理。
通过降低气化炉操作压力，使得含水层与燃空区之间形成一个压力梯度且指向燃空区（操作压力<静水压）。确保含水层内的地下水沿着该压力梯度涌入燃空区。该压力梯度随着气化炉操作压力的降低而增大，从而可增加涌入水流量并对可能附着在原位孔隙和裂纹内的污染物进行冲洗和抽提。同时，缓慢渐进的降低气化炉压力可以保障煤层顶/底板或/和上覆/下伏岩层的相对密闭结构，防止由于压力梯度瞬时增大造成的煤层顶/底板结构破坏、垮塌、突水以及污染物扩散等问题。
由于燃空区内聚集的热量以及逐渐降低的气化炉压力，使得涌入燃空区的水转化为过热饱和蒸汽。利用该过热饱和蒸汽对燃空区进行吹扫和抽提，并将污染物通过高温产品井输送到地表处理。由于降低了气化炉压力，使得燃空区内注入水和/或涌入水的饱和蒸气压降低，导致其沸点降低且始终处于气相。在蒸汽吹扫和抽提过程中，可确保轻质碳氢化合物以气态的形式随着蒸汽输送到地表。同时，由于产品井控制的气流速率大于最小夹带速率，可保证在蒸汽吹扫和抽提过程中冷凝的重质碳氢化合物也被气流夹带至地表。
由于气化煤焦的多孔性，残留在燃空区内的煤焦可对燃空区形成一个天然的吸附屏障。通过逐渐降低气化炉压力，实际上相当于实施了减压脱附过程，将气化炉正常生产过程中吸附的污染物从煤焦孔隙中脱除并通过饱和蒸汽夹带至地表。同时，通过过热饱和蒸汽可进一步活化脱附后的煤焦，提高其吸附性能，有助于吸附残留的污染物，防止其扩散和迁徙。
当地下仪表监控系统显示地下高温区温度降低到350℃以下，标志着地下煤层的热解反应停止，整个气化炉停车完成，该阶段整个过程需要约1-3天。采用快速降温，将燃空区温度降低至热解反应温度以下，可有效地减少降温过程中周边预留煤柱发生热解反应而生成的污染物，提高蒸汽吹扫和抽提过程的效率。
当目标煤层的煤层气（甲烷）含量较高时，在蒸汽吹扫和抽提过程中，可保持燃空区的操作压力（低于静水压），采集燃空区周边煤层内（如预留煤柱）的煤层气。由于整个燃空区内较大的空腔体积以及低于静水压的压力，使得周边煤层内的煤层气随着压力梯度自动涌入燃空区，并通过产品井输送至地面。通过连续重复气化炉降压过程，使得压力梯度逐渐加大，煤层气的涌入量逐渐增大，最终产品气内的甲烷含量可高达90%以上。
连续重复气化炉降压过程直至产品井温度低于100℃，结束蒸汽吹扫和抽提过程，整个蒸汽吹扫和抽提过程历时约2-6个月。期间需要定期对产品井出口的工艺水进行分析。结束蒸汽吹扫和抽提过程后，工艺水的各项指标符合工业排放标准或达到地下水初始基线标准，可直接进行后续回填，封井及弃井处理。否则，需进行水浸出处理。
利用水泵（如螺杆抽油泵，有杆泵或深水泵等）对燃空区抽水，对燃空区进行水浸出处理，直至产品井出口的工艺水的各项指标符合工业排放标准或达到地下水初始基线标准。通常情况，水浸出过程历时约2-6个月。通过水泵抽出的工艺水经下游污水处理后可循环注入至燃空区进行水浸出处理（对于煤层顶/底板或/和上覆/下伏岩层内含水层缺乏的情况），或可用于项目现场其他正常生产的气化炉用水（对于煤层顶/底板或/和上覆/下伏岩层内含水层充足的情况）。通过水浸出处理，可有效将吸附/残留于煤焦或灰渣内的水溶性污染物脱除并输送至地表处理，防止封井弃井后由于地下水浸泡导致污染物从煤焦或灰渣中析出或迁徙问题。
水浸出处理后，根据燃空区的地质情况，可通过注入井对燃空区进行回填。例如利用周边开采煤矿剩余的矸石、煤灰等固体废物或下游分离出来的二氧化碳进行回填（碳收集及储存，CCS），降低整个项目的固体废物排放和碳排放。可以通过将填充材料与经处理的工艺水混合成浆料注入燃空区。
移除注入井和产品井内的所有可回收地下设备，如地下监测系统，内衬管等。
通过注入井注入高压空气或氮气直至燃空区压力达到静水压。注入的高压空气或氮气可在燃空区顶部形成一个高压气相隔离区，进一步防止封井弃井后可能出现的污染物迁徙问题。高压空气来源于现场已配备的空气压缩机，高压氮气来源于现场已配备的空分装置，无需增加任何额外运营费用。
移除注入井和产品井的井口设备，并对其进行水泥封井及弃井处理。
项目运行周期内，连续对项目现场所有监测井内的地下水质量进行检测和监控，预防和及时处理任何可能出现的环境问题。
在附图，数字编号相同的部件为同一部件。
本发明中一个实施方案，气化炉停车灭火及饱和蒸汽吹扫和抽提过程如图1所示。移出氧化剂注入设备后，通过注入井7注入冷却剂（水、蒸汽或二氧化碳）或/和氮气（空分装置的副产品）11对气化炉燃空区6的高温燃烧区进行停车灭火。继续通过注入井7注入冷却剂或/和氮气11，并通过产品井8出口处的控制阀逐渐降低气化炉操作压力（每次0-0.5MPa），即燃空区6的压力。当地下高温区温度降低到350℃以下，标志着地下煤层的热解反应停止。持续注入冷却剂或/和氮气11并降低产品井8出口处的压力，实施饱和蒸汽吹扫和抽提过程。通过降低气化炉操作压力，使得含水层2与燃空区6之间形成一个压力梯度且指向燃空区6。确保处于高压的含水层2内的地下水10沿着该压力梯度涌入处于低压的燃空区6。燃空区6内聚集的热量以及逐渐降低的气化炉压力，使得涌入燃空区的水转化为过热饱和蒸汽9。利用该过热饱和蒸汽9对燃空区进行吹扫和抽提，并将污染物通过高温产品井8输送到地表处理。连续重复气化炉降压过程直至产品井温度低于100℃，结束蒸汽吹扫和抽提过程。结束蒸汽吹扫和抽提过程后，工艺水的各项指标符合工业排放标准或达到地下水初始基线标准，可直接进行后续回填，封井及弃井处理。
本发明另一个实施方案，如图2所示。针对于煤层顶/底板或/和上覆/下伏岩层内含水层充足的情况，其处理方法与图1所示类似。不同之处在于，当移除氧化剂注入设备以及停止燃空区6内的燃烧和气化反应后，停止注入冷却剂或/和氮气11，并关闭注入井7。直接通过可控渐进的降低气化炉操作压力，使得含水层2内的地下水10涌入燃空区6进行饱和蒸汽吹扫和抽提过程。
本发明另一个实施方案，如图3所示。当结束蒸汽吹扫和抽提过程后，工艺水的各项指标未达到工业排放标准或地下水初始基线标准，需要利用水泵14对燃空区6抽水，对燃空区6进行水浸出处理。通过水泵14抽出的工艺水13经下游污水处理后，可作为循环注入水12注入至燃空区6进行水浸出处理。当产品井8出口的工艺水13的各项指标符合工业排放标准或达到地下水初始基线标准后停止水浸出处理并实施续回填，封井及弃井处理。
本发明另一个实施方案，如图4所示。水浸出处理后，可通过注入井7注入矸石、煤灰等固体废物对燃空区进行回填。添加的回填材料在燃空区6内的煤灰和煤焦层18上方形成填充层16。移除注入井7和产品井8内的所有可回收地下设备。通过注入井7注入高压空气或氮气直至燃空区6的压力达到静水压。注入的高压空气或氮气可在燃空区6顶部形成一个高压气相隔离区15，进一步防止封井弃井后可能出现的污染物迁徙问题。移除注入井7和产品井8的井口设备，并对其进行水泥17封井及弃井处理。
综上所述，本发明的地下气化炉炉停车和后续处理方法有以下优点：1.采用少量空分副产品氮气对整个系统进行吹扫，防止停车阶段氧化剂的泄漏造成复燃以及回烧造成设备损毁问题；2.注入少量冷却剂或空分副产品氮气对气化炉燃烧区进行定点快速灭火，无需大量气体连续循环注入，有效地降低了运营成本；3.综合考虑了煤层顶/底板和上覆/下伏岩层的地质结构和条件，在不破坏煤层顶/底板和上覆/下伏岩层的基础上利用涌入水降低气化炉温度，避免了停车阶段的各种地质灾害和二次污染问题；4.快速将气化炉温度降低至350℃以下，减少热解过程生成的污染物；5.利用气化炉内部大量集聚的热量进行饱和蒸汽吹扫和抽提，在不增加外部能耗的情况下对气化炉燃空区进行有效地清理；6.采用水浸出处理工艺（处理后的工艺水）对燃空区进行多次清理，确保实施全面有效地清理过程，防止环境污染问题；7.燃空区清理的工艺水地面处理后可循环利用，无需增加整个工艺的耗水量；8.采用固体废物回填，注气保护层，碳捕获和存储，长期监控和预警等多重手段，避免和防止地面沉降、污染物迁徙等环境问题。
以上所述提及的“一个实施方案”包括在实施方案中描述的相关特性、结构、特征都与本发明的其中至少一个实施方案相关。因此，以上所述多次提及“一个实施方案中”的地方并非都特指同一个实施方案。此外，在实施方案中描述的相关特性、结构、特征可以以任何合适的方式一个或多个组合。
以上所述仅为本发明的优选实施方案而已，并不用于限制本发明。对于本领域的技术人员，本发明可以有各种变化和更改。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种用于煤炭地下气化工艺的地下气化炉停车及燃空区复原处理方法，所述地下气化炉包括至少一个注入井、一个产品井和燃空区，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
a）当地下仪表监控系统显示地下气化过程已达到设计位置时，控制系统自动切断氧化剂的注入；
b）采用高压氮气吹扫整个氧化剂注入设备，将残留在氧化剂注入设备内的氧化剂全部移除；
c）通过连续油管卷轴和井口控制设备将氧化剂注入设备拉回并移出注入井，回撤过程中保持冷却剂的注入，防止燃烧区的高温回烧损坏氧化剂注入设备；
d）移出氧化剂注入设备后，继续通过注入井注入冷却剂或/和氮气对靠近注入井底部位置的气化炉高温燃烧区进行停车灭火；
e）当高温燃烧区温度降低到500℃以下，且产品井出口处产品气组分中一氧化碳的含量低于0.1mol%时，燃空区内燃烧和气化反应停止；
f）对于煤层顶/底板或/和上覆/下伏岩层内含水层充足的情况，停止注入冷却剂或/和氮气，并关闭注入井；或者对于煤层顶/底板或/和上覆/下伏岩层内含水层缺乏的情况，继续通过注入井注入冷却剂或/和氮气；
g）通过产品井出口处的控制阀逐渐降低气化炉操作压力，降低气化炉操作压力过程中确保产品井内的气流速率大于最小夹带速率，以将蒸汽吹扫和抽提后的污染物输送至地表处理；
h）当高温燃烧区温度降低到350℃以下，地下煤层的热解反应停止，整个气化炉停车完成；
i）连续重复步骤g，直至产品井温度低于100℃，结束蒸汽吹扫和抽提过程；
j）蒸汽吹扫和抽提结束后，对燃空区抽水，进行水浸出处理，至产品井出口的工艺水各项指标符合工业排放标准或达到地下水初始基线标准；
k）根据燃空区的地质情况，通过注入井注入固体废物对燃空区进行回填，或者通过将填充材料与经处理的工艺水混合成浆料注入燃空区；
l）移除注入井和产品井内的所有可回收地下设备；
m）通过注入井注入高压空气或氮气直至燃空区压力达到静水压；
n）移除注入井和产品井的井口设备，并对其进行封井弃井处理；
o）连续对项目现场所有监测井内的地下水质量进行检测和监控，预防和及时处理任何可能出现的环境问题。
2.根据权利要求1所述一种用于煤炭地下气化工艺的地下气化炉停车及燃空区复原处理方法，其特征在于，所述注入井和产品井内部安装有完整性良好的完井设施和地下仪表设备，包括高温井口设备、通过高温水泥固定在地层内的套管以及地下仪表监控系统，套管将注入井和产品井与地下各含水层完全隔离，地下仪表监控系统用于监测和控制注入井和产品井的操作以确保其完整性，燃空区沿着注入井内衬管方向延伸至产品井。
3.根据权利要求1所述一种用于煤炭地下气化工艺的地下气化炉停车及燃空区复原处理方法，其特征在于，步骤d）中进行停车熄火时，保持产品井的正常操作工艺参数，防止由于停车熄火过程中产生大量过热饱和蒸汽造成气化炉压力过高。
4.根据权利要求1所述一种用于煤炭地下气化工艺的地下气化炉停车及燃空区复原处理方法，其特征在于，步骤h）结束后，如果目标煤层的煤层气含量较高，保持燃空区的操作压力低于静水压，采集燃空区周边煤层内的煤层气，通过连续重复步骤g），直至产品气内的甲烷含量达90%以上。
5.根据权利要求1所述一种用于煤炭地下气化工艺的地下气化炉停车及燃空区复原处理方法，其特征在于，步骤g）中降低气化炉操作压力0-0.5MPa/次。
6.根据权利要求1所述一种用于煤炭地下气化工艺的地下气化炉停车及燃空区复原处理方法，其特征在于，步骤j）中抽水采用螺杆抽油泵、有杆泵或深水泵。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |