CN115044402B - 一种煤的原位高温溶浸脱硫方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及煤体原位脱硫技术领域，具体涉及一种煤的原位高温溶浸脱硫方法，缓解现有煤炭脱硫技术实施成本高效率低的问题。本发明在注热抽采煤层气工程实施过程中，通过在注热水箱中加入硫酸铁，形成硫酸铁溶液。硫酸铁随高温水注入到煤层，沿煤层裂隙内渗流至煤层中，硫酸铁与煤中的黄铁矿(FeS2)反应生成可溶于水的硫酸亚铁和硫酸，生成的硫酸亚铁和硫酸随着低温水一起排出煤层，降低了煤层中硫的含量，实现煤体原位脱硫。

Description

一种煤的原位高温溶浸脱硫方法
技术领域
本发明涉及煤体原位脱硫技术领域，具体涉及一种煤的原位高温溶浸脱硫方法。
背景技术
我国含煤层气煤层中约有30％的煤层是含硫量＞3％的高硫煤。煤层中的硫主要以硫酸盐(如CaSO4·2H2O、BaSO4、FeSO4·7H2O、FeS2等)的形式存在，其中黄铁矿(FeS2)是煤中硫的主要形式，占到煤中硫含量的75％以上，这使得煤炭燃烧利用过程中产生大量的二氧化硫(SO2)气体，不仅腐蚀炉内的砖和金属设备，而且最终排入大气会对环境造成十分严重的污染。
目前煤的脱硫技术与工艺均为煤炭开采至地面后实施，主要分为燃前脱硫、燃中固硫和燃后脱硫。燃前脱硫在脱除煤中硫分方面效率较低，因此难以满足环保的要求；燃中固硫会对炉膛的温度有一定的限制，影响煤炭加工过程的正常运行，使得效率大大降低，并且该方法的脱硫效率也很低；燃后脱硫虽然脱硫效率比较高，但工艺过程比较复杂，投资及运行费用都比较高，且占用场地较大等等。
在注热开采煤层气(CN201010180354.0、CN200810079794.X、CN200910073743.0)实施过程中，在高温水中参入可与黄铁矿或其他无机硫反应的化学物质，将不溶于水的黄铁矿转变为可溶于水的其他硫酸盐物质，在排水采煤层气的同时，可溶于水的硫酸盐随煤层中的水排出煤层；同时，高温水也可携带煤中其他可溶于水的硫酸盐(CaSO4·2H2O、FeSO4·7H2O等)。在注热开采煤层气的同时，实现原位脱硫。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，缓解现有煤炭脱硫技术实施成本高效率低的问题，提供一种煤的原位高温溶浸脱硫方法。
本发明所采用的技术方案是：一种煤的原位高温溶浸脱硫方法，具体步骤如下：
①在采用公知的注热开采煤层气方法实施煤层注热时，向待注水的水箱加入可与煤中黄铁矿发生化学反应，形成反应前溶液；
②反应前溶液以高温高压形式注入煤层裂隙孔隙内；随着过热水使煤体温度升高，反应前溶液与煤中黄铁矿发生化学反应，生成可溶于水的物质，形成反应后物质；所述注热用过热水温度为150℃～300℃，注水压力5-10Mpa；
③反应后物质溶于水中，沿着煤层中的排水钻孔排出煤层，实现煤体原位溶浸脱硫；
④在注热排采瓦斯后期，将高温水更换为不含反应前溶液的清水，冲洗煤层中残留的反应后物质；
⑤煤层中反应后物质进一步被地下水渗流时带出煤层，降低煤中硫的含量。
进一步地，所述反应前溶液是硫酸铁溶液，硫酸铁溶液浓度根据注入水的结构成分含量、煤层硫酸盐含量、煤层中注水渗流区域大小等参数确定。
本发明的技术原理是，黄铁矿(FeS2)是煤中硫(S)的主要物质，可与硫酸铁(Fe2(SO4)3)溶液在100-130℃的条件下容易发生下列反应，生成硫酸亚铁(FeSO4)和硫酸(H2SO4)：
FeS2+7Fe2(SO4)3+8H2O═15FeSO4+8H2SO4
硫酸亚铁和硫酸均易溶于水，可以随水排出煤层，实现原位脱硫。
该发明的有益效果为：提供一种注热开采煤层气过程中煤体原位脱硫的方法，实现在注热开采煤层气实施的同时，有效实现煤体原位脱硫，缓解现有煤炭脱硫技术实施成本高效率低的问题。
与背景技术相比，本发明通过在注入煤层的高温水中溶解可与黄铁矿(学名为硫化铁)发生化学反应的化学试剂，在煤层高压过热水注入过程中，化学溶液被携带至煤层裂隙内，促使煤体中黄铁矿在高温条件下与化学试剂发生快速反应，将不溶于水的黄铁矿转变为可溶于水的硫酸盐或硫酸，并在煤层气排采过程中随煤层水一起排出煤层，实现在不增加注热开采煤层气技术工艺复杂程度与实施效果的条件下，实现煤层煤层气排采与煤体原位脱硫的“一举双效”。
注热抽采煤层气工程实施过程中，利用加热煤层产生的高温条件，加速煤体中无机硫的化学反应。通过在注热的热水中溶解某些可与黄铁矿(FeS2)反应的盐、酸、或者碱等化学物质，将煤中的黄铁矿变为可溶于水的其他物质(如：硫酸亚铁、硫酸钠等)，并随着注入煤层的水排出煤层，在实施注热强化煤层气开采的过程中，实现煤体原位脱硫的方法。
具体实施方式
实施例1：
在一个厚度为10m，埋藏深度300m的近水平的单一含煤层气且含硫煤层中，采用本发明进行煤体原位脱硫。
一种煤的原位高温溶浸脱硫的方法，具体步骤如下：
①在采用公知的注热开采煤层气方法实施煤层注热时，向待注水的水箱加入可与煤中黄铁矿(FeS2)发生化学反应、且可溶于水的硫酸铁，形成硫酸铁溶液；
②硫酸铁溶液以高温高压过热水注入煤层裂隙孔隙内；随着过热水使煤体温度升高，硫酸铁与煤中黄铁矿(FeS2)发生化学反应，生成可溶于水的硫酸亚铁和硫酸；所述注热用过热水温度为150℃～300℃，注水压力5-10MPa
③溶于水的硫酸亚铁和硫酸物质沿着煤层中的排水钻孔排出煤层，实现煤体原位脱硫。
④在注热排采瓦斯后期，将高温水更换为不含硫酸铁的清水，冲洗煤层中残留的硫酸亚铁和硫酸；
⑤将煤层中不可溶解的黄铁矿转为可溶解的硫酸亚铁和硫酸，在地下水渗流过程中，将
所述步骤④硫酸铁用量根据注入水的结构成分含量、煤层硫酸盐含量、煤层中注水渗流区域大小等参数确定。
一种煤的原位高温溶浸脱硫方法，其具体步骤如下：
①依据一种井下注热抽采煤层煤层气的方法(CN201010180354.0)所述，布置煤层注热系统与煤层气抽采系统，且注热系统与抽采系统采用耐算腐蚀材料连接，并进行煤层注热；
②向待注水的水箱加入硫酸铁，使其在水中溶解形成硫酸铁溶液；
③在煤层高压过热水注入过程中硫酸铁被携带至煤层裂隙孔隙内；随着过热水使煤体温度升高，硫酸铁与煤中黄铁矿快速反应，形成可溶于水的硫酸亚铁和硫酸。
④溶解在水的硫酸亚铁和硫酸被煤层中的水沿钻孔排出，在排采煤层气的同时实现煤体原位脱硫。
实施例2：
本施例中的方法与实例1中相同，其中将注热系统与煤层气抽采系统的布置方式替换为加热煤层抽采煤层气的方法(CN200810079794.X)中所述注热井与抽采井布置方式。
实施例3：
本施例中的方法与实例1中相同，其中将注热系统与煤层气抽采系统的布置方式替换为井上下联合注热抽采煤层气的方法(CN200910073743.0)中所述注热井与抽采钻孔布置方式。

Claims (1)

1.一种煤的原位高温溶浸脱硫方法，其特征是，具体步骤如下：
①在采用公知的注热开采煤层气方法实施煤层注热时，向待注水的水箱加入可与煤中黄铁矿发生化学反应、且可溶于水的硫酸铁，形成硫酸铁溶液；
②硫酸铁溶液以高温高压形式注入煤层裂隙孔隙内；随着过热水使煤体温度升高，反应前溶液与煤中黄铁矿发生化学反应，生成可溶于水的物质，形成反应后物质；所述过热水温度为150℃～300℃，注水压力5-10Mpa；
③反应后物质溶于水中，沿着煤层中的排水钻孔排出煤层，实现煤体原位溶浸脱硫；
④在注热排采瓦斯后期，将高温水更换为不含硫酸铁溶液的清水，冲洗煤层中残留的反应后物质；
⑤煤层中反应后物质进一步被地下水渗流时带出煤层，降低煤中硫的含量。
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