CN111236920A - 煤炭地下气化伺服混合实验系统及其气化方法 - Google Patents

Abstract

煤炭地下气化伺服混合实验系统，包括智能制氧机、气体混合箱、气化反应炉、气相色谱仪、气化产物收集装置、压缩空气输入管道和压缩蒸汽输入管道。本发明通过控制煤炭地下气化过程的反应温度和气化剂组成混合比例，从而有效控制气化过程中相关物理化学反应，确保实现气化过程的动态平衡，以及出口煤气在组成、产量和热值方面的稳定，获得最大化经济效益；同时，本发明也能确保气化过程在遭遇环境突变时能够及时恢复至正常气化反应状态；本发明操作简单，自动化程度高，成本低，适应性强，安全可靠。

Description

煤炭地下气化伺服混合实验系统及其气化方法

技术领域

本发明属于煤炭地下气化技术领域，具体涉及一种煤炭地下气化伺服混合实验系统及其气化方法。

背景技术

煤炭地下气化是一种通过对地下煤层的可控燃烧和气化反应，把煤直接转化为可燃性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。

目前传统煤炭开采方法的资源回收率低（约30%）、普通煤矿开采中，会遗留大量地下的保护煤柱、边角煤，“三下压煤”，等，而且对于一些地质条件复杂，开采成本较高煤炭资源，则不能开采。由于人工作业而且地下环境复杂，导致事故频繁造成人员的伤亡。但普通的煤炭地下气化方法要求精准的地下气化通道贯通技术，并对煤层厚度和地理、地质赋存条件也有一定的要求。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种煤炭地下气化伺服混合实验系统及其气化方法, 简化了实际操作中繁琐的步骤以及-现有技术上的不足，保证煤炭地下气化反应过程运行稳定，保障气化产物目标气的稳定性。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：煤炭地下气化伺服混合实验系统，包括智能制氧机、气体混合箱、气化反应炉、气相色谱仪、气化产物收集装置、压缩空气输入管道和压缩蒸汽输入管道，智能制氧机的氧气出口通过氧气输入管道与气体混合箱的氧气进口连接，压缩空气输入管道的出口与气体混合箱的空气进口连接，压缩蒸汽输入管道的出口与气体混合箱的蒸汽进口连接，气体混合箱的出气口通过气化剂输入管道与气化反应炉的进气口连接，气化反应炉的出气口通过气化产物输出管道与气化产物收集装置的进气口连接，气相色谱仪的信号输入端通过第一信号线与气化产物输出管道连接，气相色谱仪的信号输出端通过第二信号线与智能制氧机的信号输入端连接。

气化反应炉上设有压力传感器，压力传感器通过第三信号线与智能制氧机的信号输入端连接；气化产物输出管道上在临近气化反应炉的出气口出设有温度传感器，温度传感器通过第四信号线与智能制氧机的信号输入端连接，压缩空气输入管道上设有第一流量计，第一流量计通过第五信号线与智能制氧机的信号输入端连接；压缩蒸汽输入管道上设有第二流量计，第二流量计通过第六信号线与智能制氧机的信号输入端连接；氧气输入管道上设有第三流量计，第三流量计通过第七信号线与智能制氧机的信号输入端连接，气化剂输入管道上设有第四流量计，第四流量计通过第八信号线与智能制氧机的信号输入端连接。

压缩空气输入管道、压缩蒸汽输入管道、氧气输入管道和气化剂输入管道上分别设有第一流量调节阀，第二流量调节阀、第三流量调节阀和第四流量调节阀，第一流量调节阀，第二流量调节阀、第三流量调节阀和第四流量调节阀分别通过第七信号线、第八信号线、第九信号线、第十信号线与智能制氧机的信号输入端连接。

智能制氧机内部设置有数据采集模块、响应分析模块和调控指示模块，数据采集模块与所有的信号线连接，调控指示模块与智能制氧机的制氧装置控制连接。

煤炭地下气化伺服混合实验系统的气化方法，包括以下步骤，

（1）将汽化炉内装上煤炭，密封严实；将压缩空气输入管道的进口连接空气压缩机，压缩蒸汽输入管道的进口连接蒸汽制备压缩装置；

（2）开启智能制氧机、空气压缩机和蒸汽制备压缩装置，智能制氧机制备的氧气由氧气输入管道输送到气体混合箱内，空气由压缩空气输入管道输送到气体混合箱内，蒸汽由压缩空气输入管道输送到气体混合箱内，氧气、蒸汽和空气在气体混合箱内充分混合后形成气化剂，气化剂通过气化剂输入管道进入到气化反应炉内；

（3）气化反应炉开始点火，煤炭在在气化反应炉内燃烧，燃烧后的气化产物通过气化产物输出管道排入到气化产物收集装置内，气相色谱仪实时分析气化反应炉出口煤气的组分、流量和热值信号，同时温度传感器、压力传感器采集到气化反应炉内气化的温度和压力，第一流量计、第二流量计、第三流量计和第四流量计分别采集到空气、蒸汽、氧气和气化剂的流量信号，这些信号均被传输到智能制氧机的数据采集模块，响应分析模块对这些数据进行分析，待这些信号趋于稳定后，通过调控指示模块第一流量调节阀，第二流量调节阀、第三流量调节阀和第四流量调节阀发出指令，第一流量调节阀，第二流量调节阀、第三流量调节阀和第四流量调节阀分别调节空气、蒸汽、氧气和气化剂的流量，从而使气化剂通入气化反应炉内的流量慢慢稳定状态，使气化反应逐渐趋于理想正常状态；当气化反应进行一段时间后，气化炉内气化腔体延伸，气化反应状态开始趋于变化，此时气化反应相关信息反馈到氧气自动调控系统，自动调节气化剂混合比例与流量、压力，从而调控气化反应状态，确保气化反应有序正常进行。

采用上述技术方案，本发明具有以下技术效果：

1）温度传感器设置在气化反应炉的出气口处，损坏后便于更换，用于实时监测气化反应产物的瞬时温度及气化反应炉内部燃烧区反应温度，并将信息反馈给智能制氧机；

2）气相色谱仪用于监测分析经冷却后的气化气体产物热值，产物组成，产物含量，并将信息与温度传感器关联反馈给智能制氧机。

3）智能制氧机调节氧气的输出量比例与压力，以及调整蒸汽和空气的流量，来实现实际反应与既定反应的平衡。

4）智能制氧机在获得反馈信息后，经响应分析模块的分析后，根据既定实验需要，控制氧气的收放，进而调整输送氧气的流量，压力，进而调整气化剂各组分占比，进而调整气化反应炉内异常反应，从而使实际反应达到既定反应的平衡效果。

综上所述，与现有技术相比，本发明的突出优点是 ：本发明为了解决由气化剂组分比例变化而导致的气化反应程度不稳定问题，本发明通过控制煤炭地下气化过程的反应温度和气化剂组成混合比例，从而有效控制气化过程中相关物理化学反应，确保实现气化过程的动态平衡，以及出口煤气在组成、产量和热值方面的稳定，获得最大化经济效益；同时，本发明也能确保气化过程在遭遇环境突变时能够及时恢复至正常气化反应状态；本发明操作简单，自动化程度高，成本低，适应性强，安全可靠。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的煤炭地下气化伺服混合实验系统，包括智能制氧机1、气体混合箱2、气化反应炉3、气相色谱仪4、气化产物收集装置5、压缩空气输入管道6和压缩蒸汽输入管道7，智能制氧机1的氧气出口通过氧气输入管道8与气体混合箱2的氧气进口连接，压缩空气输入管道6的出口与气体混合箱2的空气进口连接，压缩蒸汽输入管道7的出口与气体混合箱2的蒸汽进口连接，气体混合箱2的出气口通过气化剂输入管道9与气化反应炉3的进气口连接，气化反应炉3的出气口通过气化产物输出管道10与气化产物收集装置5的进气口连接，气相色谱仪4的信号输入端通过第一信号线与气化产物输出管道10连接，气相色谱仪4的信号输出端通过第二信号线与智能制氧机1的信号输入端连接。

气化反应炉3上设有压力传感器11，压力传感器11通过第三信号线与智能制氧机1的信号输入端连接；气化产物输出管道10上在临近气化反应炉3的出气口出设有温度传感器12，温度传感器12通过第四信号线与智能制氧机1的信号输入端连接，压缩空气输入管道6上设有第一流量计13，第一流量计13通过第五信号线与智能制氧机1的信号输入端连接；压缩蒸汽输入管道7上设有第二流量计14，第二流量计14通过第六信号线与智能制氧机1的信号输入端连接；氧气输入管道8上设有第三流量计15，第三流量计15通过第七信号线与智能制氧机1的信号输入端连接，气化剂输入管道9上设有第四流量计20，第四流量计20通过第八信号线与智能制氧机1的信号输入端连接。

压缩空气输入管道6、压缩蒸汽输入管道7、氧气输入管道8和气化剂输入管道9上分别设有第一流量调节阀16，第二流量调节阀17、第三流量调节阀18和第四流量调节阀19，第一流量调节阀16，第二流量调节阀17、第三流量调节阀18和第四流量调节阀19分别通过第七信号线、第八信号线、第九信号线、第十信号线与智能制氧机1的信号输入端连接。

智能制氧机1内部设置有数据采集模块、响应分析模块和调控指示模块，数据采集模块与所有的信号线连接，调控指示模块与智能制氧机1的制氧装置控制连接。

煤炭地下气化伺服混合实验系统的气化方法，包括以下步骤，

（1）将汽化炉内装上煤炭，密封严实；将压缩空气输入管道6的进口连接空气压缩机，压缩蒸汽输入管道7的进口连接蒸汽制备压缩装置；

（2）开启智能制氧机1、空气压缩机和蒸汽制备压缩装置，智能制氧机1制备的氧气由氧气输入管道8输送到气体混合箱2内，空气由压缩空气输入管道6输送到气体混合箱2内，蒸汽由压缩空气输入管道6输送到气体混合箱2内，氧气、蒸汽和空气在气体混合箱2内充分混合后形成气化剂，气化剂通过气化剂输入管道9进入到气化反应炉3内；

（3）气化反应炉3开始点火，煤炭在在气化反应炉3内燃烧，燃烧后的气化产物通过气化产物输出管道10排入到气化产物收集装置5内，气相色谱仪4实时分析气化反应炉3出口煤气的组分、流量和热值信号，同时温度传感器12、压力传感器11采集到气化反应炉3内气化的温度和压力，第一流量计13、第二流量计14、第三流量计15和第四流量计20分别采集到空气、蒸汽、氧气和气化剂的流量信号，这些信号均被传输到智能制氧机1的数据采集模块，响应分析模块对这些数据进行分析，待这些信号趋于稳定后，通过调控指示模块第一流量调节阀16，第二流量调节阀17、第三流量调节阀18和第四流量调节阀19发出指令，第一流量调节阀16，第二流量调节阀17、第三流量调节阀18和第四流量调节阀19分别调节空气、蒸汽、氧气和气化剂的流量，从而使气化剂通入气化反应炉3内的流量慢慢稳定状态，使气化反应逐渐趋于理想正常状态；当气化反应进行一段时间后，气化炉内气化腔体延伸，气化反应状态开始趋于变化，此时气化反应相关信息反馈到氧气自动调控系统，自动调节气化剂混合比例与流量、压力，从而调控气化反应状态，确保气化反应有序正常进行。

本发明中的智能制氧机1、气体混合箱2、气化反应炉3、气相色谱仪4、气化产物收集装置5、、温度传感器12、压力传感器11、流量调节阀、流量计、数据采集模块、响应分析模块和调控指示模块均为现有成熟技术，具体构造及型号不再叙述。本发明中的自动控制也不需要新的计算机程序。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.煤炭地下气化伺服混合实验系统，其特征在于：包括智能制氧机、气体混合箱、气化反应炉、气相色谱仪、气化产物收集装置、压缩空气输入管道和压缩蒸汽输入管道，智能制氧机的氧气出口通过氧气输入管道与气体混合箱的氧气进口连接，压缩空气输入管道的出口与气体混合箱的空气进口连接，压缩蒸汽输入管道的出口与气体混合箱的蒸汽进口连接，气体混合箱的出气口通过气化剂输入管道与气化反应炉的进气口连接，气化反应炉的出气口通过气化产物输出管道与气化产物收集装置的进气口连接，气相色谱仪的信号输入端通过第一信号线与气化产物输出管道连接，气相色谱仪的信号输出端通过第二信号线与智能制氧机的信号输入端连接。

2.根据权利要求1所述的煤炭地下气化伺服混合实验系统，其特征在于：气化反应炉上设有压力传感器，压力传感器通过第三信号线与智能制氧机的信号输入端连接；气化产物输出管道上在临近气化反应炉的出气口出设有温度传感器，温度传感器通过第四信号线与智能制氧机的信号输入端连接，压缩空气输入管道上设有第一流量计，第一流量计通过第五信号线与智能制氧机的信号输入端连接；压缩蒸汽输入管道上设有第二流量计，第二流量计通过第六信号线与智能制氧机的信号输入端连接；氧气输入管道上设有第三流量计，第三流量计通过第七信号线与智能制氧机的信号输入端连接，气化剂输入管道上设有第四流量计，第四流量计通过第八信号线与智能制氧机的信号输入端连接。

3.根据权利要求2所述的煤炭地下气化伺服混合实验系统，其特征在于：压缩空气输入管道、压缩蒸汽输入管道、氧气输入管道和气化剂输入管道上分别设有第一流量调节阀，第二流量调节阀、第三流量调节阀和第四流量调节阀，第一流量调节阀，第二流量调节阀、第三流量调节阀和第四流量调节阀分别通过第七信号线、第八信号线、第九信号线、第十信号线与智能制氧机的信号输入端连接。

4.根据权利要求3所述的煤炭地下气化伺服混合实验系统，其特征在于：智能制氧机内部设置有数据采集模块、响应分析模块和调控指示模块，数据采集模块与所有的信号线连接，调控指示模块与智能制氧机的制氧装置控制连接。

5.采用权利要求2所述的煤炭地下气化伺服混合实验系统的气化方法，其特征在于以下步骤，

（1）将汽化炉内装上煤炭，密封严实；将压缩空气输入管道的进口连接空气压缩机，压缩蒸汽输入管道的进口连接蒸汽制备压缩装置；

（2）开启智能制氧机、空气压缩机和蒸汽制备压缩装置，智能制氧机制备的氧气由氧气输入管道输送到气体混合箱内，空气由压缩空气输入管道输送到气体混合箱内，蒸汽由压缩空气输入管道输送到气体混合箱内，氧气、蒸汽和空气在气体混合箱内充分混合后形成气化剂，气化剂通过气化剂输入管道进入到气化反应炉内；

（3）气化反应炉开始点火，煤炭在在气化反应炉内燃烧，燃烧后的气化产物通过气化产物输出管道排入到气化产物收集装置内，气相色谱仪实时分析气化反应炉出口煤气的组分、流量和热值信号，同时温度传感器、压力传感器采集到气化反应炉内气化的温度和压力，第一流量计、第二流量计、第三流量计和第四流量计分别采集到空气、蒸汽、氧气和气化剂的流量信号，这些信号均被传输到智能制氧机的数据采集模块，响应分析模块对这些数据进行分析，待这些信号趋于稳定后，通过调控指示模块第一流量调节阀，第二流量调节阀、第三流量调节阀和第四流量调节阀发出指令，第一流量调节阀，第二流量调节阀、第三流量调节阀和第四流量调节阀分别调节空气、蒸汽、氧气和气化剂的流量，从而使气化剂通入气化反应炉内的流量慢慢稳定状态，使气化反应逐渐趋于理想正常状态；当气化反应进行一段时间后，气化炉内气化腔体延伸，气化反应状态开始趋于变化，此时气化反应相关信息反馈到氧气自动调控系统，自动调节气化剂混合比例与流量、压力，从而调控气化反应状态，确保气化反应有序正常进行。

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