CN112159153B - 用于煤炭地下原位热解的支撑剂、制备方法和填充方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于煤炭地下原位热解的支撑剂、制备方法和填充方法；制备方法包括以下步骤：1)、将载体材料以及赤泥混合研磨，然后进行均化细化处理得到混合粉料，混合粉料粒径范围在0.1～2.0mm；2)、将混合粉料与酚醛树脂水溶液一起送入造粒机中进行造粒，获得球粒；3)、将球粒进行干燥，得到用于煤炭地下原位热解的支撑剂。本发明中，载体材料在煤炭热解过程中能和煤炭形成协同作用/导热，促进挥发分的生成/加快煤炭热解；含有的活化组分赤泥可以对热解产物进行催化调制，改善煤炭热解的产物组成。
Description
技术领域
本发明属于煤炭地下原位气化技术领域，具体涉及一种地下煤炭原位热解的支撑剂、制备 方法和填充方法。
背景技术
煤炭地下原位热解技术是指煤炭不经过开采，直接在地层通过载体进行热解反应，将热解 后的油气产物导出地面并进行化学分离以及深加工。相比于传统的开采技术，煤炭原位热解技 术据有占地面积小、开采环境安全、人力成本低等优势，而且，煤炭原位热解也是一种煤炭利 用率高可持续发展的环境友好型开采方式。在开采过程中，为提产量，延长使用寿命，开采过 程中广泛采用压裂工艺。为避免地下压裂缝的闭合，保留产气通道畅通，必须使用支撑剂填充 裂缝。用于压裂工艺的支撑剂主要分为天然支撑剂和人造支撑剂两大类型，天然支撑剂主要以 石英砂为代表，人造支撑剂以陶粒为代表。但是这两类支撑剂在使用过程中均存在功能单一的 缺点，填充裂缝之后并不能对煤炭热解提供更多促进作用，例如导热、催化调控等功能无法实 现。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于煤炭地下原位热解的支撑剂、制备方法和填充方法，以解 决上述技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
用于煤炭地下原位热解的支撑剂的制备方法，包括以下步骤：
1)、将载体材料以及赤泥混合研磨，然后进行均化细化处理得到混合粉料，混合粉料粒径 范围在0.1～2.0mm；
2)、将混合粉料与酚醛树脂水溶液一起送入造粒机中进行造粒，获得球粒；
3)、将球粒进行干燥，得到用于煤炭地下原位热解的支撑剂。
本发明进一步的改进在于：步骤1)中载体材料占混合粉料质量的20％～70wt.％；赤泥占 混合粉料质量的30％～80wt.％。
本发明进一步的改进在于：步骤2)中混合粉料与酚醛树脂水溶液的质量比为1：1。
本发明进一步的改进在于：步骤2)中所述球粒的粒径为0.1～4.0mm。
本发明进一步的改进在于：所述载体材料为核桃壳、陶粒或石英砂。
本发明进一步的改进在于：所述载体材料为核桃壳；步骤3)所述干燥具体为：球粒于室 温下以20℃/min的升温速率一直升温至500℃，并保持1小时；冷却至常温后获得用于煤炭地 下原位热解的支撑剂。
本发明进一步的改进在于：所述载体材料为陶粒或石英砂；步骤3将球粒进行干燥后进行 1200～1400℃烧结3-5h，得到用于煤炭地下原位热解的支撑剂。
用于煤炭地下原位热解的支撑剂，由所述的用于煤炭地下原位热解的支撑剂的制备方法制 备获得。
用于煤炭地下原位热解的支撑剂的填充方法，包括：
1)、先从地表向目标煤层钻注入井和生产井，在生产井中采用水力压裂的方式进行人工造 缝，在注入井和生产井中间的煤层部分形成压裂裂缝；
2)、在压裂造缝的同时将用于煤炭地下原位热解的支撑剂通过气体吹扫一起压入压裂裂缝 中，使用于煤炭地下原位热解的支撑剂充满整个压裂区；完成支撑剂的填充。
本发明进一步的改进在于：所述气体为氮气或二氧化碳。
本发明进一步的改进在于：所述气体还包括煤热解所的含烃类组分气体的回用。
相比于现有技术，本发明的有益效果如下：
1、以陶粒和石英砂为主要成分的无机多功能支撑剂，不仅起到支持煤层的作用；而且热 量随支撑剂快速在煤层中扩散，支撑剂有着良好的导热作用，能够加快煤炭热解；此外，支撑 剂中含有的活化组分还可以对热解产物进行催化调质，改善煤炭热解的产物组成。
2、以核桃壳为主要成分的生物质基多功能支撑剂，核桃壳作为一种生物质在煤炭热解过 程中与和煤炭存在协同作用，促进挥发分的生成；支撑剂中含有的活化组分可以对热解产物进 行催化调制，改善煤炭热解的产物组成。
通过核桃壳制备的有机支撑剂具有三个方面作用，首先可以将支撑剂通过气体送入煤层压 裂缝隙中，起到支持煤层的作用；其次，以核桃壳为原料的支撑剂在煤炭热解过程中能和煤炭 形成协同作用，促进挥发分的生成；支撑剂中含有的活化组分可以对热解产物进行催化调制， 改善煤炭热解的产物组成。
通过陶粒或石英砂制备的无机支撑剂具有三个方面作用，首先可以将支撑剂通过气体送入 煤层压裂缝隙中，起到支持煤层的作用；其次，以陶瓷粒或石英砂为原料的支撑剂在煤炭热解 过程中起导热作用，热量随支撑剂快速在煤层中扩散，加快煤炭热解；支撑剂中含有的活化组 分可以对热解产物进行催化调制，改善煤炭热解的产物组成。
所述赤泥作为活性负载组分可以解决尾矿废弃物的问题，使用之后的赤泥可以直接作为催 化剂放到地下。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
图1为煤炭地下原位热解的布井方式示意图；
1.注入井；2.地下水平管道一；3.地下水平管道二；4.生产井。
图2为本发明所涉及的有机多功能支撑剂的制备流程图。
图3为本发明所涉及的无机多功能支撑剂的制备流程图。
具体实施方式
为使本发明更加容易理解，下面将结合实施例来进一步详细说明本发明，这些实施例仅起 说明性作用，并不局限于本发明的应用范围。本发明中所使用的原料或组分若无特殊说明均可 以通过商业途径或常规方法制。
实施例1：
请参阅图2所示，本发明提供一种用于煤炭地下原位热解的支撑剂的制备方法，包括：
1)、将20％wt.％的核桃壳以及80wt.％的赤泥和混合研磨，进行均化细化处理得到混合粉 料。
2)、将混合粉料与酚醛树脂水溶液一起送入造粒机中进行造粒，并筛选出粒径为0.1～4.0mm的合格球粒。
3)、将球粒送入干燥机进行干燥，即可得到用于煤炭地下原位热解的支撑剂。
请参阅图1所示，煤炭开采过程中设置多个注入井1和位于注入井1之间的生产井4；注 入井1和生产井4通过地下水平管道一2和地下水平管道二3连通。
支撑剂注入步骤：
步骤一、先从地表向目标煤层钻注入井1和生产井4，在生产井1中采用水力压裂的方式 进行人工造缝，在注入井和生产井(图1所示注入井和生产井)中间的煤层部分形成压裂裂缝；
步骤二、在压裂造缝的同时将有机多功能支撑剂通过氮气吹扫一起压入压裂裂缝中，使其 充满整个压裂区；至此支撑剂填充工作完毕。
实施例2：
实施例2与实施例1步骤1)、2)相同，步骤3)不同之处在于：球粒于于箱式电炉内，室温下以20℃/min的升温速率一直升温至500℃，并保持1小时；冷却至常温后获得用于煤炭 地下原位热解的支撑剂。
实施例3：
请参阅图3所示，本发明提供一种用于煤炭地下原位热解的支撑剂的制备方法，包括：
1)、将70wt.％的陶粒或石英砂以及30％1)、wt.％的赤泥混合研磨，进行均化细化处理得 到混合粉料。
2)、将混合粉料与酚醛树脂水溶液一起送入造粒机中进行造粒，并筛选出粒径为0.1～4.0mm的合格球粒。
3)、将球粒送入干燥机进行干燥，得到半成品。
4)、将半成品球粒送入马弗炉内进行高温烧结，烧结温度维持在1200～1400℃之间。烧结 时间为3～5h,得到多功能支撑剂成品。
5)、将多功能支撑剂成品进行冷却筛分，即可得到无机多功能支撑剂。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。 因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明 范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
Claims (4)
1.用于煤炭地下原位热解的支撑剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)、将载体材料以及赤泥混合研磨，然后进行均化细化处理得到混合粉料，混合粉料粒径范围在0.1～2.0mm；
2)、将混合粉料与酚醛树脂水溶液一起送入造粒机中进行造粒，获得球粒；
3)、将球粒进行干燥，得到用于煤炭地下原位热解的支撑剂；
步骤1)中载体材料占混合粉料质量的20％～70wt.％；赤泥占混合粉料质量的30％～80wt.％；
所述载体材料为核桃壳、陶粒或石英砂；
所述载体材料为核桃壳时；步骤3)所述干燥具体为：球粒于室温下以20℃/min的升温速率一直升温至500℃，并保持1小时；冷却至常温后获得用于煤炭地下原位热解的支撑剂；所述载体材料为陶粒或石英砂时；步骤3)将球粒进行干燥后进行1200～1400℃烧结3-5h，得到用于煤炭地下原位热解的支撑剂；所述用于煤炭地下原位热解的支撑剂具备支撑、催化功能；所述载体材料为核桃壳时，所述用于煤炭地下原位热解的支撑剂还具有在煤炭热解过程中与和煤炭发生协同作用的功能；所述载体材料为陶粒或石英砂时，所述用于煤炭地下原位热解的支撑剂还具有导热功能；
步骤2)中混合粉料与酚醛树脂水溶液的质量比为1：1；
步骤2)中所述球粒的粒径为0.1～4.0mm。
2.用于煤炭地下原位热解的支撑剂，其特征在于，由权利要求1所述的用于煤炭地下原位热解的支撑剂的制备方法制备获得。
3.用于煤炭地下原位热解的支撑剂的填充方法，其特征在于，包括：
1)、先从地表向目标煤层钻注入井和生产井，在生产井中采用水力压裂的方式进行人工造缝，在注入井和生产井中间的煤层部分形成压裂裂缝；
2)、在压裂造缝的同时将权利要求1所述的用于煤炭地下原位热解的支撑剂通过气体吹扫一起压入压裂裂缝中，使用于煤炭地下原位热解的支撑剂充满整个压裂区；完成支撑剂的填充。
4.根据权利要求3所述的用于煤炭地下原位热解的支撑剂的填充方法，其特征在于，所述气体为氮气、二氧化碳或会用的煤热解所的含烃类组分气体。
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