CN112412430B - 一种煤炭地下原位热解的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种煤炭地下原位热解的系统及方法，包括：地面燃烧加热模块和地下原位热解模块；地面燃烧加热模块包括燃烧加热装置；燃烧加热装置用于向地下原位热解模块通入热载体；地下原位热解模块包括至少一个注入井和一个生产井；注入井为L型，由竖直段和连通生产井的水平段构成；燃烧加热装置的气体出口与注入井竖直段相连。煤炭地下原位热解作为一种安全环保、加热效率高、经济效益好的开采方式不仅能够显著提升煤炭开采效率以及利用率，还有利于煤炭开采和煤炭深加工一体化发展。

Description

一种煤炭地下原位热解的系统及方法

技术领域

本发明属于煤化工技术领域，具体涉及一种煤炭地下原位热解的系统及方法。

背景技术

煤炭清洁高效利用将是未来煤化工发展的首要任务。如何推进煤炭有序开发、绿色开采，将成为限制煤炭清洁高效利用的首要因素。

目前国内外煤炭开采的主流技术包括综采技术、普采技术、连采技术以及壁式体系采煤技术。这些技术都是通过自动化机械设备对煤层中的煤炭进行分割开采，开采后的煤炭通过地面干馏技术进行低温干馏，从而产生煤气、焦油以及半焦等化工产品。传统的煤炭开采技术的挑战在于煤炭开采地质条件复杂，同一矿区不同矿井甚至需要不同的技术装备进行开采。其次，还需要大量的煤矿从业人员进行人工操作，导致开采过程中劳动强度大、安全风险高、人工费用高等问题表现突出。此外，对煤炭进行地面干馏时主要挑战在于干馏炉自动化程度不高、设备投资高、设备占地面积大，而且现有的干馏炉大多只能对块煤进行处理，而现有的机械化采煤的块煤率约为20～30％，导致大量的粉煤无法有效利用。

在煤炭地下气化技术发展过程中，苏联等国家已经开发了若干方法，针对不同煤层不同的地质条件和物化特性，研究出了若干种地下煤炭气化通道的贯通方法，其中研究和应用最广泛的方法主要有：空气火力渗透法、水力压裂法、电力贯通法等。但受制于地质条件的多样性和煤层自身结构的非均质性，国内外理论研究和实践结果表明，上述方法在具体应用中存在一定的缺陷，受煤层和地层条件影响严重。其次，由于地质条件复杂，煤炭地下气化时煤炭表面与气化剂不能充分有效的接触，煤炭转化不充分。而且气化剂中含有氧气，氧气与煤气化产生的可燃气体在高温条件下可能发生爆炸。

因此，亟需一种新型的煤炭绿色开采技术。

发明内容

本发明目的在于提供一种煤炭地下原位热解的系统及方法，支持煤炭开采和煤炭深加工一体化发展，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：

一种煤炭地下原位热解的系统，包括：地面燃烧加热模块和地下原位热解模块；

地面燃烧加热模块包括燃烧加热装置；燃烧加热装置用于向地下原位热解模块通入热载体；

地下原位热解模块包括至少一个注入井和一个生产井；注入井和生产井连通；

燃烧加热装置的气体出口与注入井竖直段相连。

本发明进一步的改进在于：注入井为L型，由竖直段和水平段构成，注入井和生产井通过水平井连通。

本发明进一步的改进在于：注入井和生产井通过煤层裂隙连通。

本发明进一步的改进在于：地面燃烧加热模块还包括加压装置；加压装置的出口与燃烧加热装置的进口相连。

本发明进一步的改进在于：还包括地面分离模块；所述地面分离模块包括依次连接的分级冷凝装置、第一分离装置、第二分离装置和第三分离装置；分级冷凝装置的入口连接生产井的出口。

本发明进一步的改进在于：还包括产物收集模块；产物收集模块包括重焦油储罐、轻焦油储罐和气体储罐；第二分离装置的两个物料出口一个连接重焦油储罐的物料进口，另一个与第三分离装置相连，第三分离装置的两个物料出口一个连接轻焦油储罐的物料进口，另一个连接气体储罐的物料进口；气体储罐的物料出口与燃烧加热装置的气体进口相连。

本发明进一步的改进在于：还包括产物检测模块；所述产物检测模块包括温度检测装置、产物检测装置；温度检测装置和产物检测装置连接生产井，温度检测装置用于检测井下温度；产物检测装置用于检测生产井排出产物是否符合要求。

本发明进一步的改进在于：每个煤炭待开采层布署一个、两个或两个以上布井模块；每个布井模块包括一个位于中心的生产井和若干均布在生产井周围的注入井；如果为两个注入井，两个注入井和生产井构成双U型布署；如果为三个注入井，三个注入井呈三角形；如果为四个注入井，四个注入井呈四边形排布；如果为六个注入井，六个注入井呈六边形排布。

本发明进一步的改进在于：上下两层煤炭待开采层中间为砂岩层；在砂岩层中通过连接管贯通不同深度的布井模块。

一种煤炭地下原位热解的方法，包括：

步骤一：通过注入井对煤炭待开采层进行压裂，形成裂隙；

步骤二：通过注入井对煤炭待开采层中的裂隙注入支撑剂；

步骤三：通过注入井向煤层及裂隙中注入热载体并在支撑剂的作用下使煤炭储层发生原位热解；

步骤四：煤炭待开采层的热解产物由生产井布置的催化剂模块调质后采出至地面进行检测和分离。

本发明进一步的改进在于：所述催化模块由以下方法制备获得：

1)、将赤泥、载体材料破碎，然后烘干并研磨；

2)、将研磨好的赤泥、载体材料、碳酸钾进行混合，获得混合料；

3)、制备好的混合料中加入粘合剂、胶溶剂、助挤剂、扩孔剂和水，混合均匀获得泥状坯；

4)、泥状坯造粒或者3D打印，获得地下煤炭原位热解的催化模块；

或者，由以下方法制备获得：

1)、将赤泥破碎，然后烘干并研磨；

2)、将研磨好的赤泥中加入粘合剂、胶溶剂、助挤剂、扩孔剂和水，混合均匀获得泥状坯；

3)、泥状坯均匀涂抹在堇青石表面，干燥后获得地下煤炭原位热解的催化模块；

混合料中赤泥、载体材料和碳酸钾的质量比为100：(100～150)：(5～10)；粘合剂为薄水铝石、蒙脱石、水玻璃、水滑石、纤维素、淀粉、聚乙烯醇、酚醛树脂中一种或多种；胶溶剂为硫酸、硝酸、醋酸、有机酸中一种或多种；助挤剂使用田菁粉；扩孔剂使用均三甲苯；粘结剂的用量为泥状坯料重量的10％～50％；胶溶剂添加质量为泥状坯料重量的5％～10％；田助挤剂的添加质量为泥状坯料重量的0.5％～2.5％，扩孔剂的添加质量为泥状坯料重量的0.5％～2.5％，水的质量占泥状胚料的20％；所述载体材料为共热解焦、煤炭热解粉焦中一种或者两种。

本发明进一步的改进在于：所述支撑剂通过以下方法制备获得：

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.％；步骤2)中混合粉料与酚醛树脂水溶液的质量比为1:1；

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：所述的一个煤炭待开采层厚度为0.5～5m。

本发明进一步的改进在于：注入井和生产井为套管式，其中的分支通道中设有整体式催化剂模块或催化剂填充床，所述注入井催化剂作用是进行高压催化活化，所述生产井催化剂作用是对产物进行催化调质。

本发明进一步的改进在于：根据注入井和生产井的位置以及煤炭待开采层的具体区域构建煤炭原位热解的封闭体系。所述封闭体系是由底板封闭帷幕和顶板封闭帷幕以及开采区域周围竖直封闭帷幕组成，封闭帷幕的厚度在0.5～1.5m之间。

本发明进一步的改进在于：压裂技术可采用含氧化铁纳米颗粒的新型泡沫液进行压裂或采用超临界CO₂进行压裂或采用水力压裂技术。压裂介质通过注入井中的孔道对煤炭待开采层进行压裂。

本发明进一步的改进在于：热载体部分为外部补充的惰性气体N₂、CO₂，过热蒸汽，或其混合物，另一部分为煤炭原位热解油生产井的油气产物重分离的可燃气体。热载体通过燃烧加热装置温度保持在400～900℃之间。

本发明进一步的改进在于：热载体在煤炭储层中由注入井以及生产井中的电加热元件继续供热。

本发明进一步的改进在于：注入井向煤炭待开采层通入热载体后，封闭注入井和生产井，煤炭热解3～5天或更长时间后，通过向注入井中送入热载体将煤炭待开采层裂隙以及生产井中的油气产物进行采出。

相比于现有技术，本发明的有益效果如下：

1、相比与传统的煤炭开采技术，使用模块化布井方式对煤炭进行原位热解可以对地质条件复杂的煤炭储层进行开采利用，其次，煤炭地下原位热解可以有效解决传统煤炭开采技术中劳动强度大、安全风险高、人工费用高等问题。

2、相比于传统的煤炭地面干馏技术，煤炭地下原位热解有效解决干馏炉自动化程度不高、设备投资高、设备占地面积大以及大多数干馏炉只能处理块煤等问题。煤炭原位热解技术具有占地面积少、地面植被破坏程度小、煤炭利用率高等优点。

作为一种环境友好型的开采方式，煤炭地下原位热解技术使煤炭不经过开采，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，煤炭原位热解技术具有占地面积小、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、可持续发展的开采方法，有助于实现煤炭开采和煤炭深加工一体化发展。

附图说明

图1是本发明一种煤炭地下原位热解的系统的结构示意图；

图2是本发明一种煤炭地下原位热解的方法的流程示意图；

图3是本发明所涉及的煤炭带开采层连续时多个布井模块连接布署方式示意图。

图4是本发明所涉及的煤炭带开采层不连续时多个布井模块连接布署方式示意图。

附图标记说明：

1、加压装置；2、燃烧加热装置；3、煤层顶板；4、第一注入井竖直段；5、封闭体系；6、煤层；7、第一注入井水平段；8、煤层底板；9、第二注入井水平段；10、裂隙；11、生产井；12、第二注入井竖直段；13、分级冷凝装置；14、产物检测装置；15、温度检测装置；16、第一分离装置；17、第二分离装置；18、重焦油储罐；19、第三分离装置；20、轻焦油储罐；21、气体储罐；22、砂岩层；23、连接管井。

具体实施方式

实施例1

请参阅图1所示，本发明一种煤炭地下原位热解的系统，包括地面燃烧加热模块、地下原位热解模块、地面分离模块、产物收集模块和产物检测模块。

地面燃烧加热模块包括加压装置1、燃烧加热装置2；地面分离模块包括分级冷凝装置13、第一分离装置16、第二分离装置17和第三分离装置19；产物收集模块包括重焦油储罐18、轻焦油储罐20和气体储罐21；产物检测模块包括温度检测装置15、产物检测装置14。

加压装置1的出口与燃烧加热装置2的进口相连；加压装置1利用高压水泵对水(液体) 进行加压，然后在燃烧加热装置2中产生高压蒸汽；燃烧加热装置2的气体出口与第一注入井竖直段4、第二注入井竖直段12相连，温度检测装置15以及产物检测装置14与生产井11的出口相连。分级冷凝装置13的物料进口与生产井11相连，分级冷凝装置13的物料出口与第一分离装置16的物料进口相连，第一分离装置16的两个物料出口一个排出废水，另一个连接第二分离装置17，第二分离装置17的两个物料出口一个连接重焦油储罐18的物料进口，另一个与第三分离装置19相连，第三分离装置19的两个物料出口一个连接轻焦油储罐20的物料进口，另一个连接气体储罐21的物料进口。气体储罐21的物料出口与燃烧加热装置2的气体进口相连。

生产井11中的产物经过检测合格后送入油气分离系统，先送入分级冷凝装置13进行冷凝，冷凝后的产物送入第一分离装置16分离其中的废水，第一分离装置16的产物进入第二分离装置17分离出其中的重焦油物质，重焦油物质送入重焦油储罐18进行储存，第二分离装置17 的产物进入第三分离装置19分离出其中的轻焦油物质和气体产物，轻焦油物质送入轻焦油储罐20，气体产物送入气体储罐21，气体储罐21中的部分气体通过燃烧加热装置2与热载体混合送入煤炭待开采层和煤层进行反应。

实施例2

根据煤炭储层的待开采层的数量进行注入井及生产井布署，其中，在每个煤炭待开采层布署一个、两个或两个以上布井模块，布井模块的数量和形式根据煤层的深度及储层厚度确定。

注入井为L型，由竖直段和两个及两个以上水平段构成。请参阅图1所示，一个布井模块一般由两个注入井和一个生产井呈双U型布署，也可以按照以下方式进行布置：以生产井为中心，两个及两个以上注入井竖直段围绕在生产井周围，且通过注入井水平段与生产井相连。

如果煤炭储层可划分为多个煤炭待开采层，则可根据每个煤炭待开采层的型式布置如三角形、四边形、六边形等不同型式的布井模块。

实施例3：

请参阅图2所示，本发明提供一种煤炭地下原位热解的方法，包括：

(1)将煤炭储层划分为一个煤炭待开采层，煤炭待开采层的厚度为0.5～5m。

(2)在煤炭待开采层中进行布井，在煤炭待开采层布署一个布井模块：包括两个注入井以及一个生产井呈双U型布署，以生产井为中心，两个注入井竖直段围绕在生产井周围，且通过注入井水平段(7、9)或煤层裂隙与生产井11相连。

(3)根据注入井和生产井的位置以及煤炭待开采层的具体区域构建煤炭原位热解的封闭体系5。所述封闭体系是由底板封闭帷幕和顶板封闭帷幕以及开采区域周围竖直封闭帷幕组成，封闭帷幕的厚度在0.5～1.5m之间。

(4)通过注入井和生产井向煤炭待开采层进行压裂造缝，压裂技术可采用含氧化铁纳米颗粒的泡沫液进行压裂、采用超临界CO₂进行压裂或采用水力压裂技术。压裂介质通过注入井中的孔道对煤炭待开采层进行压裂。

(5)通过注入井对煤炭待开采层中的裂隙注入支撑剂；

(6)注入井中通入热载体使煤炭待开采层发生原位热解，热载体一部分为外部补充的惰性气体N₂、CO₂，过热蒸汽，或其混合物，另一部分为煤炭原位热解油生产井的热解产物中分离的可燃气体。热载体通过加压装置1后进入加热装置2，温度保持在400～900℃之间。热载体在煤炭储层中由注入井中的加热元件继续供热。

(7)所述的注入井向煤炭待开采层通入热载体后，封闭注入井和生产井，煤炭热解3～5 天后或更长时间后，通过向注入井中送入热载体将煤炭待开采层裂隙以及生产井中的热解产物进行采出。对生产井中的产物进行检测，若产品符合要求，进行采出。产品不符合要求，根据温度检测仪检测到的井下温度进行检测，温度不符合热解要求，则通过注入井向煤炭待开采层补充热载体，使煤层继续热解。

(8)生产井中的产物经过检测合格后送入地面分离模块，先送入分级冷凝装置13进行冷凝，冷凝后的产物送入第一分离装置16分离其中的废水，第一分离装置的产物进入第二分离装置17分离出其中的重焦油物质，重焦油物质送入重焦油储罐18进行储存，第二分离装置的产物进入第三分离装置19分离出其中的轻焦油物质和气体产物，轻焦油物质送入轻焦油储罐 20，气体产物送入气体储罐21，气体储罐21中的部分气体通过燃烧加热装置2与热载体混合送入煤炭待开采层和煤层进行反应。

(9)重复步骤(7)和步骤(8)，直至地下热解产物完全开采。

实施例4：

如图3所示，在煤炭待开采层中布署两个及两个以上布井模块。

⑴将煤炭储层划分为多个煤炭待开采层。

⑵如果多个煤炭待开采层是相互连通的，则可在每个煤炭待开采层水平方向上布署两个及两个以上布井模块，每个布井模块中生产井的间距为20～100m，在竖直方向上对不同煤炭待开采层的布井模块进行相连。

如果多个煤炭待开采层之间存在砂岩层，如图4所示，在煤炭待开采层中间通过连接管井贯通不同深度的布井模块。

步骤(3)-(9)与实施例3相同。

实施例5：

(1)将煤炭储层划分为多个煤炭待开采层，根据煤炭待开采层的具体面积选取不同的布井模块进行布署。

(2)在煤炭待开采层布署布井模块，布井模块主要分为三角形(以生产井为中心，三个注入井竖直段围绕在生产井周围，通过注入井水平段与生产井相连)、四边形(以生产井为中心，四个注入井竖直段围绕在生产井周围，通过注入井水平段与生产井相连)、六边形(以生产井为中心，六个注入井竖直段围绕在生产井周围，通过注入井水平段与生产井相连)。

步骤(3)-(9)与实施例3相同。

实施例6

本发明中，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。

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.％。

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。

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；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；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。

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。

以核桃壳为主要成分的有机功能支撑剂，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。

实施例7

本发明中，催化模块的制备方法包括：

1)、将赤泥、载体材料破碎，然后烘干并研磨；

2)、将研磨好的赤泥、载体材料、碳酸钾进行混合，获得混合料；

3)、制备好的混合料中加入粘合剂、胶溶剂、助挤剂、扩孔剂和水，混合均匀获得泥状坯；

4)、泥状坯造粒或者3D打印，获得地下煤炭原位热解的催化模块；

或者，包括以下步骤：

1)、将赤泥破碎，然后烘干并研磨；

2)、将研磨好的赤泥中加入粘合剂、胶溶剂、助挤剂、扩孔剂和水，混合均匀获得泥状坯；

3)、泥状坯均匀涂抹在堇青石表面，干燥后获得地下煤炭原位热解的催化模块。

赤泥破碎至粒径小于2毫米；赤泥研磨至粒径小于150目；载体材料破碎至粒径小于2毫米，研磨至粒径小于150目。

混合料中赤泥、载体材料和碳酸钾的质量比为100：(100～150)：(5～10)。

粘合剂为薄水铝石、蒙脱石、水玻璃、水滑石、纤维素、淀粉、聚乙烯醇、酚醛树脂中一种或多种；胶溶剂为硫酸、硝酸、醋酸、有机酸中一种或多种；助挤剂使用田菁粉；扩孔剂使用均三甲苯；粘结剂的用量为泥状坯料重量的10％～50％；胶溶剂添加质量为泥状坯料重量的 5％～10％；田助挤剂的添加质量为泥状坯料重量的0.5％～2.5％，扩孔剂的添加质量为泥状坯料重量的0.5％～2.5％，水的质量占泥状胚料的20％；所述载体材料为共热解焦、煤炭热解粉焦中一种或者两种。

堇青石尺寸和注入井管道尺寸匹配，所述涂抹方法为浸渍法，浸渍时间为24h。

赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的工业固体废弃物，其中含有较多的氧化铁，颜色发红，故被称为赤泥。大约每生产1吨氧化铝要排放1.0～1.8吨赤泥。由于赤泥结合的化学碱难以脱除且含量大，又含有氟、铝及其他多种杂质，对于赤泥的无害化利用一直以来难以进行。处理不当就会造成了严重的环境问题。一方面会污染土地和地下水，另一方面会造成资源的大量浪费。赤泥废渣的处理和综合利用成为一个世界性的大难题。煤化工行业中的粉状料包括了粉焦及粉煤两大类。粉焦是煤炭热解后的产物。粉焦易于扬尘，不便于运输和储存。

本发明的催化模块在注入井的可以活化烃类分支，促进煤炭地下原位热解过程；在采出井可以进行产物的催化调质，以获取品质更高的挥发分。

本发明实现了炼厂废弃物的资源化利用，用赤泥、共热解焦、煤炭热解粉焦和堇青石制备用于煤炭地下原位热解的催化模块，提高了固废能源的利用效率。为催化剂的规模化制备提供了廉价易得的原料，有利于煤炭地下原位热解工业的发展。

本发明的催化模块在注入井的可以活化含烃气体，促进煤炭地下原位热解过程；在采出井可以进行产物的调制，以获取品质更高的挥发分。本发明实现了炼厂废弃物的资源化利用，用赤泥和粉焦制备用于煤炭地下原位热解的催化模块提高了固废能源的利用效率。

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 (7)

1.一种煤炭地下原位热解的系统，其特征在于，包括：地面燃烧加热模块和地下原位热解模块；

地面燃烧加热模块包括燃烧加热装置；燃烧加热装置用于向地下原位热解模块通入热载体；所述热载体部分为外部补充的惰性气体N₂、CO₂，过热蒸汽，或其混合物，另一部分为煤炭原位热解油生产井的油气产物重分离的可燃气体；热载体通过燃烧加热装置温度保持在400～900℃之间；

地下原位热解模块包括至少一个注入井和一个生产井；注入井和生产井连通；

燃烧加热装置的气体出口与注入井竖直段相连；

每个煤炭待开采层布署一个、两个或两个以上布井模块；每个布井模块包括一个位于中心的生产井和若干均布在生产井周围的注入井；如果为两个注入井，两个注入井和生产井构成双U型布署；如果为三个注入井，三个注入井呈三角形；如果为四个注入井，四个注入井呈四边形排布；如果为六个注入井，六个注入井呈六边形排布；

注入井和生产井为套管式，其中的分支通道中设有整体式催化剂模块或催化剂填充床，所述注入井催化剂作用是进行高压催化活化，所述生产井催化剂作用是对产物进行催化调质；

还包括产物检测模块；所述产物检测模块包括温度检测装置、产物检测装置；温度检测装置和产物检测装置连接生产井，温度检测装置用于检测井下温度；产物检测装置用于检测生产井排出产物是否符合要求；

催化剂模块的制备方法包括：

1)、将赤泥、载体材料破碎，然后烘干并研磨；

2)、将研磨好的赤泥、载体材料、碳酸钾进行混合，获得混合料；

3)、制备好的混合料中加入粘合剂、胶溶剂、助挤剂、扩孔剂和水，混合均匀获得泥状坯；

4)、泥状坯造粒或者3D打印，获得地下煤炭原位热解的催化剂模块；

或者，包括以下步骤：

1)、将赤泥破碎，然后烘干并研磨；

2)、将研磨好的赤泥中加入粘合剂、胶溶剂、助挤剂、扩孔剂和水，混合均匀获得泥状坯；

3)、泥状坯均匀涂抹在堇青石表面，干燥后获得地下煤炭原位热解的催化剂模块；

赤泥破碎至粒径小于2毫米；赤泥研磨至粒径小于150目；载体材料破碎至粒径小于2毫米，研磨至粒径小于150目；

混合料中赤泥、载体材料和碳酸钾的质量比为100：(100～150)：(5～10)；

粘合剂为薄水铝石、蒙脱石、水玻璃、水滑石、纤维素、淀粉、聚乙烯醇、酚醛树脂中一种或多种；胶溶剂为硫酸、硝酸、醋酸、有机酸中一种或多种；助挤剂使用田菁粉；扩孔剂使用均三甲苯；粘结剂的用量为泥状坯料重量的10％～50％；胶溶剂添加质量为泥状坯料重量的5％～10％；助挤剂的添加质量为泥状坯料重量的0.5％～2.5％，扩孔剂的添加质量为泥状坯料重量的0.5％～2.5％，水的质量占泥状胚料的20％；所述载体材料为共热解焦、煤炭热解粉焦中一种或者两种。

2.根据权利要求1所述的一种煤炭地下原位热解的系统，其特征在于，地面燃烧加热模块还包括加压装置；加压装置的出口与燃烧加热装置的进口相连。

3.根据权利要求1所述的一种煤炭地下原位热解的系统，其特征在于，还包括地面分离模块；所述地面分离模块包括依次连接的分级冷凝装置、第一分离装置、第二分离装置和第三分离装置；分级冷凝装置的入口连接生产井的出口。

4.根据权利要求3所述的一种煤炭地下原位热解的系统，其特征在于，还包括产物收集模块；产物收集模块包括重焦油储罐、轻焦油储罐和气体储罐；第二分离装置的两个物料出口一个连接重焦油储罐的物料进口，另一个与第三分离装置相连，第三分离装置的两个物料出口一个连接轻焦油储罐的物料进口，另一个连接气体储罐的物料进口；气体储罐的物料出口与燃烧加热装置的气体进口相连。

5.根据权利要求1所述的一种煤炭地下原位热解的系统，其特征在于，上下两层煤炭待开采层中间为砂岩层；在砂岩层中通过连接管井贯通不同深度的布井模块。

6.一种煤炭地下原位热解的方法，其特征在于，基于权利要求1至5中任一项所述的一种煤炭地下原位热解的系统，包括：

步骤一：通过注入井对煤炭待开采层进行压裂，形成裂隙；

步骤二：通过注入井对煤炭待开采层中的裂隙注入支撑剂；

步骤三：通过注入井向煤层及裂隙中注入热载体并在支撑剂的作用下使煤炭储层发生原位热解；

步骤四：煤炭待开采层的热解产物由生产井布置的催化剂模块调质后采出至地面进行检测和分离。

7.根据权利要求6所述的一种煤炭地下原位热解的方法，其特征在于，所述支撑剂通过以下方法制备获得：

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.％；步骤2)中混合粉料与酚醛树脂水溶液的质量比为1:1；

所述载体材料为核桃壳、陶粒或石英砂。

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