CN114933928B - 煤层注液原位改性脱硫装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种煤层注液原位改性脱硫装置,在煤层掘进巷道向煤层水平钻设有一排进液孔和一排出液孔,进液孔与出液孔上下一一对应,进液孔和进液孔相距3.0±0.5m,煤层注液原位改性脱硫装置置于煤层掘进巷道中;保护运移系统包括保护箱体、移动轮和液仓,变压注液系统包括出液管路、压力传感器、第一传输线缆、可调节压力泵、进液管和排液管路,超声波震荡系统包括超声波发生器、第二传输线缆和超声波换能器;还公开了一种煤层注液原位改性脱硫方法;能实现煤炭开采前原位脱硫,简化工艺流程,降低投入成本。

Description

煤层注液原位改性脱硫装置及方法
技术领域
本发明属于煤层清洁技术领域,具体涉及煤层注液改性脱硫技术。
背景技术
煤炭含有机硫和无机硫,当煤炭直接燃烧时,煤炭中90%的硫与氧气发生氧化反应,生成大量的SO2。排放到大气的SO2是形成酸雨的主要原因,酸雨不仅会破坏海洋生态系统,导致水质酸化,使大量的水生生物死亡,而且会破坏土壤酸碱平衡,导致农作物减产。煤炭脱硫是大幅度减少SO2排放的有效措施。
目前普遍采用的燃前脱硫方法是:采用物理、化学或生物方式对原煤进行清洗,将煤中的硫除掉,使煤得以净化。由于其脱硫成本低、便于大规模实施,脱硫效果好,成为了当前最常用的脱硫技术。但燃烧前脱硫需要将煤炭运输到脱硫塔中进行,不仅耗费人力,同时增加煤炭利用成本。
发明内容
针对上述问题,本发明旨在提供一种煤层注液原位改性脱硫装置及方法,实现煤炭开采前原位脱硫,从而简化工艺流程,降低投入成本。
为此,本发明所采用的技术方案为:一种煤层注液原位改性脱硫装置,包括保护运移系统、变压注液系统、超声波震荡系统和中央控制系统;在煤层掘进巷道向煤层水平钻设有一排进液孔和一排出液孔,进液孔与出液孔上下一一对应,进液孔和进液孔相距3.0±0.5m,所述煤层注液原位改性脱硫装置置于煤层掘进巷道中;
所述保护运移系统包括保护箱体、移动轮和液仓,移动轮安装在保护箱体的底部,保护箱体的内腔分为上下两部分,液仓设置在下部,中央控制系统安装在上部;
所述变压注液系统包括出液管路、压力传感器、第一传输线缆、可调节压力泵、进液管和排液管路,每个进液孔内安装有一根出液管路,出液孔配备有排液管路,且进液孔、出液孔的端头采用封孔材料密封;压力传感器通过第一传输线缆连接中央控制系统,压力传感器设置在出液管路出水端的外壁上,可调节压力泵连接在进液管与出液管路之间,进液管的进液口插入液仓内;
所述超声波震荡系统包括超声波发生器、第二传输线缆和超声波换能器,超声波换能器通过第二传输线缆连接超声波发生器,超声波换能器设置在出液管路出水端的外壁上;
所述中央控制系统通过第三传输线缆分别与可调节压力泵、压力传感器、超声波发生器连接。
作为上述方案的优选,所述超声波换能器有三个,沿出液管路的长度方向均匀分布;有利于保证超声波换能器的震荡效果,超声波的辐照作用可以增强有机硫的脱除效率。
进一步优选为,所述保护箱体采用不锈钢材质,箱体表面涂有一层纳米复合陶瓷材料。不锈钢外壳强度高,且涂有高分子防水涂料,具有良好的耐腐蚀性,能有效保护箱体内部部件。
进一步优选为,所述移动轮采用抗冲击的硬质合金制成,在保护箱体的底部设置有四个呈矩形布置的移动轮,至少两个移动轮带有刹车,有良好的耐磨性,保证移动轮的使用寿命,同时确保作业中的稳定性。
进一步优选为,所述液仓表面涂有酚醛环氧树脂,酚醛环氧树脂具有良好的耐热性以及极佳的耐酸碱性,适用于酸碱液体环境。
进一步优选为,所述超声波换能器外壳由镍铬合金制成,表面涂有改性环氧树脂,适用于高压液体环境,保护内部部件。
进一步优选为,所述可调节压力泵配备智能变频器,能够实现高压、低压的调节,能够保证不同压力下进行注液作业。
同时,本发明还公开了一种煤层注液原位改性脱硫方法,基于上述的煤层注液原位改性脱硫装置,包括以下步骤:
步骤一、配制清洁液,其配比为0.7—1.0%wt十二烷基聚氧乙烯醚、0.8—1.0%wt次氯酸钠、0.8—1.0%wt过氧化氢、余量为水;
步骤二、进行煤层掘巷,由巷道向煤层水平钻一排进液孔和一排出液孔;
步骤三、将出液管路的出水端水平伸入进液孔中,排液管路伸入出液孔,再将进液孔、出液孔端头采用封孔材料密封,通过中央控制系统开启可调节压力泵,液仓内的清洁液通过进液管进入可调节压力泵,以高压通过出液管路进入进液孔,压力传感器将进液孔内的压力数据实时传输给中央控制系统,中央控制系统根据压力变化采取相应措施;
a、进液孔内压力开始上升,表明清洁液已完全注满进液孔,压裂开始;
b、中央控制系统发出信号,开启超声波发生器,超声波换能器开始发出超声波,此时压力数值继续上升;
c、进液孔压力开始下降,表明煤层开裂,出现裂隙网络,出液孔出现液体,表明压裂过程结束;
d、压力传感器检测进液孔压力下降,可调节压力泵由高压转变为低压,并且维持低压,超声波换能器继续工作,促进清洁液与煤层中的硫元素进行氧化作用,使煤中的硫元素转化为可溶于水的离子;
步骤四、随着不断注入清洁液,煤中的硫元素持续溶解于清洁液,从出液孔的排液管路流出,实现煤炭开采前脱硫,清洁作业结束
本发明的有益效果:
(1)该装置可以实时监测进液孔内压力数据,根据压力的反馈信息,自动开启与关闭可调节压力泵以及超声波发生器,实现煤炭开裂及开采前原位氧化脱硫,简化工艺流程,降低投入成本;并且超声波可以在煤炭脱硫时,有效促进氧化反应的进行,提升脱硫效果;
(2)先进行高压水基压裂,进行煤层造缝,降低煤层开采难度的同时,增大煤炭与清洁液的接触面积,再进行低压清洁,使清洁液与煤炭进行充分反应,减少煤炭中的硫元素含量,降低煤炭燃烧时,二氧化硫的生成,更好地实现对环境的保护。
(3)十二烷基聚氧乙烯醚为非离子型表面活性剂,易溶于水,能够有效增强清洁液的渗透性,降低清洁液流动时的阻力,便于压裂;同时润湿煤层,促进脱硫的进行。次氯酸钠和过氧化氢作为氧化剂,能够有效通过氧化作用使煤中的硫元素转化为可溶于水的SO4 2-离子,降低煤层中的含硫量。该清洁液结合超声波时,能够利用超声波产生的高温高压环境,使煤分子中含硫的化学键断链,并且超声波空化效应促进清洁液雾化,更好的浸润裂隙,促进脱硫效果。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为煤层进液孔、出液孔的排列示意图。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图,对本发明作进一步说明:
结合图1—图2所示,一种煤层注液原位改性脱硫装置,包括保护运移系统、变压注液系统、超声波震荡系统和中央控制系统5四个部分。
需要在煤层掘进巷道向煤层13水平钻设一排进液孔和一排出液孔,进液孔与出液孔上下一一对应,进液孔和进液孔相距3.0±0.5m,煤层注液原位改性脱硫装置则置于煤层掘进巷道中。
保护运移系统主要由保护箱体3、移动轮11和液仓8组成。移动轮11安装在保护箱体3的底部,方便保护箱体3移动。保护箱体3的内腔分为上下两部分,液仓8设置在下部,中央控制系统5安装在上部。保护箱体3最好采用不锈钢材质,箱体表面涂有一层纳米复合陶瓷材料。移动轮11最好采用抗冲击的硬质合金制成,在保护箱体3的底部设置有四个呈矩形布置的移动轮11,至少两个移动轮11带有刹车。液仓8表面最好涂有酚醛环氧树脂。
变压注液系统主要由出液管路1、压力传感器14、第一传输线缆2a、可调节压力泵7、进液管9和排液管路6组成。每个进液孔内安装有一根出液管路1,出液孔配备有排液管路6,且进液孔、出液孔的端头采用封孔材料密封。压力传感器14通过第一传输线缆2a连接中央控制系统5,压力传感器14设置在出液管路1出水端的外壁上,可调节压力泵7连接在进液管9与出液管路1之间,进液管9的进液口插入液仓8内;调节压力泵7配备智能变频器,能够保证不同压力下进行注液作业。所有出液孔通过各自对应的并联分管15接入同一排液管路6内,以简化管路结构。
超声波震荡系统主要由超声波发生器4、第二传输线缆2b和超声波换能器12组成。超声波换能器12通过第二传输线缆2b连接超声波发生器4,超声波换能器12设置在出液管路1出水端的外壁上。最好是,超声波换能器12有三个,沿出液管路1的长度方向均匀分布;超声波换能器12外壳由镍铬合金制成,表面涂有改性环氧树脂。
中央控制系统5通过第三传输线缆2c分别与可调节压力泵7、压力传感器14、超声波发生器4连接。
一种煤层注液原位改性脱硫方法,基于上述的煤层注液原位改性脱硫装置,包括以下步骤:
步骤一、配制清洁液,其配比为0.7—1.0%wt十二烷基聚氧乙烯醚、0.8—1.0%wt次氯酸钠、0.8—1.0%wt过氧化氢、余量为水;十二烷基聚氧乙烯醚为非离子型表面活性剂,易溶于水,能够有效增强清洁液的渗透性,降低清洁液流动时的阻力,便于压裂;同时润湿煤层,促进脱硫的进行。次氯酸钠和过氧化氢作为氧化剂,能够有效通过氧化作用使煤中的硫元素转化为可溶于水的SO4 2-离子,降低煤层中的含硫量。该清洁液结合超声波时,能够利用超声波产生的高温高压环境,使煤分子中含硫的化学键断链,并且超声波空化效应促进清洁液雾化,更好的浸润裂隙,促进脱硫效果。
步骤二、进行煤层掘巷,由巷道向煤层13水平钻一排进液孔a1、a2、a3……和一排出液孔b1、b2、b3……;
步骤三、将出液管路1的出水端水平伸入进液孔中,再将进液孔、出液孔端头采用封孔材料密封,通过中央控制系统5开启可调节压力泵7,液仓8内的清洁液通过进液管9进入可调节压力泵7,以高压通过出液管路1进入进液孔,压力传感器14将进液孔内的压力数据实时传输给中央控制系统5,中央控制系统5根据压力变化采取相应措施;
a、进液孔内压力开始上升,表明清洁液已完全注满进液孔,压裂开始;
b、中央控制系统5发出信号,开启超声波发生器4,超声波换能器12开始发出超声波,此时压力数值继续上升;
c、进液孔压力开始下降,表明煤层开裂,出现裂隙网络,出液孔出现液体,表明压裂过程结束;
d、压力传感器14检测进液孔压力下降,可调节压力泵7由高压转变为低压,并且维持低压,超声波换能器12继续工作,促进清洁液与煤层中的硫元素进行氧化作用,使煤中的硫元素转化为可溶于水的离子;
步骤四、随着不断注入清洁液,煤中的硫元素持续溶解于清洁液,从出液孔的排液管路6流出,实现煤炭开采前脱硫,清洁作业结束。
该工艺最好尽量避免脱硫完成后随即进行煤层开采,以延长脱硫时间;可提前对一个尚未开采的煤层使用该技术进行脱硫,最好是一周后再进行煤层开采,间隔时间越长,对于降低煤层含硫量的效果越显著;之后开采出的煤就可以直接使用,不再需要额外脱硫。

Claims (9)

1.一种煤层注液原位改性脱硫装置,其特征在于:包括保护运移系统、变压注液系统、超声波震荡系统和中央控制系统(5);在煤层掘进巷道向煤层(13)水平钻设有一排进液孔和一排出液孔,进液孔与出液孔上下一一对应,进液孔和进液孔相距3.0±0.5m,所述煤层注液原位改性脱硫装置置于煤层掘进巷道中;
所述保护运移系统包括保护箱体(3)、移动轮(11)和液仓(8),移动轮(11)安装在保护箱体(3)的底部,保护箱体(3)的内腔分为上下两部分,液仓(8)设置在下部,中央控制系统(5)安装在上部;
所述变压注液系统包括出液管路(1)、压力传感器(14)、第一传输线缆(2a)、可调节压力泵(7)、进液管(9)和排液管路(6),每个进液孔内安装有一根出液管路(1),出液孔配备有排液管路(6),且进液孔、出液孔的端头采用封孔材料密封;压力传感器(14)通过第一传输线缆(2a)连接中央控制系统(5),压力传感器(14)设置在出液管路(1)出水端的外壁上,可调节压力泵(7)连接在进液管(9)与出液管路(1)之间,进液管(9)的进液口插入液仓(8)内;
所述超声波震荡系统包括超声波发生器(4)、第二传输线缆(2b)和超声波换能器(12),超声波换能器(12)通过第二传输线缆(2b)连接超声波发生器(4),超声波换能器(12)设置在出液管路(1)出水端的外壁上;
所述中央控制系统(5)通过第三传输线缆(2c)分别与可调节压力泵(7)、压力传感器(14)、超声波发生器(4)连接。
2.按照权利要求1所述的一种煤层注液原位改性脱硫装置,其特征在于:所述超声波换能器(12)有三个,沿出液管路(1)的长度方向均匀分布。
3.按照权利要求1所述的一种煤层注液原位改性脱硫装置,其特征在于:所述保护箱体(3)采用不锈钢材质,箱体表面涂有一层纳米复合陶瓷材料。
4.按照权利要求1所述的一种煤层注液原位改性脱硫装置,其特征在于:所述移动轮(11)采用抗冲击的硬质合金制成,在保护箱体(3)的底部设置有四个呈矩形布置的移动轮(11),至少两个移动轮(11)带有刹车。
5.按照权利要求1所述的一种煤层注液原位改性脱硫装置,其特征在于:所述液仓(8)表面涂有酚醛环氧树脂。
6.按照权利要求1所述的一种煤层注液原位改性脱硫装置,其特征在于:所述超声波换能器(12)外壳由镍铬合金制成,表面涂有改性环氧树脂。
7.按照权利要求1所述的一种煤层注液原位改性脱硫装置,其特征在于:所述可调节压力泵(7)配备智能变频器,能够保证不同压力下进行注液作业。
8.按照权利要求1所述的一种煤层注液原位改性脱硫装置,其特征在于:所有出液孔通过各自对应的并联分管(15)接入同一排液管路(6)内。
9.一种煤层注液原位改性脱硫方法,其特征在于,基于权利要求1—7中任一项所述的煤层注液原位改性脱硫装置,包括以下步骤:
步骤一、配制清洁液,其配比为0.7—1.0%wt十二烷基聚氧乙烯醚、0.8—1.0%wt次氯酸钠、0.8—1.0%wt过氧化氢、余量为水;
步骤二、进行煤层掘巷,由巷道向煤层水平钻一排进液孔和一排出液孔;
步骤三、将出液管路(1)的出水端水平伸入进液孔中,排液管路(6)伸入出液孔,再将进液孔、出液孔端头采用封孔材料密封,通过中央控制系统(5)开启可调节压力泵(7),液仓(8)内的清洁液通过进液管(9)进入可调节压力泵(7),以高压通过出液管路(1)进入进液孔,压力传感器(14)将进液孔内的压力数据实时传输给中央控制系统(5),中央控制系统(5)根据压力变化采取相应措施;
a、进液孔内压力开始上升,表明清洁液已完全注满进液孔,压裂开始;
b、中央控制系统(5)发出信号,开启超声波发生器(4),超声波换能器(12)开始发出超声波,此时压力数值继续上升;
c、进液孔压力开始下降,表明煤层开裂,出现裂隙网络,出液孔出现液体,表明压裂过程结束;
d、压力传感器(14)检测进液孔压力下降,可调节压力泵(7)由高压转变为低压,并且维持低压,超声波换能器(12)继续工作,促进清洁液与煤层中的硫元素进行氧化作用,使煤中的硫元素转化为可溶于水的离子;
步骤四、随着不断注入清洁液,煤中的硫元素持续溶解于清洁液,从出液孔的排液管路(6)流出,实现煤炭开采前脱硫,清洁作业结束。
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