CN115287100A - 一种富油煤地下原位气化-热解-余热利用一体化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种富油煤地下原位气化‑热解‑余热利用一体化系统，包括气化输入井、气化输出井、气化水平井、热解输入井、热解输出井、热解水平井、空气分离装置、CO2捕集装置、气液分离装置、热解产物气液分离器和燃烧室等。针对单一地下原位技术无法有效利用富油煤块分解产生的大量热量，本发明结合富油煤地下原位气化和原位热解技术，将气化过程的放热及气化产物的能量用于富油煤的热解，使整个系统在不额外输入能量的情况下，自发地发生热解反应。最后，将反应生成的CO2通入上一地块进行封存，实现了CO2零排放。该系统在气化‑热解共采过程中，避免了热量浪费，对能量进行了梯级利用，实现富油煤的清洁高效转化。
Description
技术领域
本发明属于煤炭利用技术领域，具体涉及一种富油煤地下原位气化-热解-余热利用一体化系统。
背景技术
煤炭是地球上最丰富的化石能源，同时也是我国储量最多以及年消耗量最大的化石燃料。然而，煤炭的直接燃烧会造成严重的环境污染，因此，亟需一种经济、清洁、高效的煤炭开采利用方式。近年来，煤炭的地下原位气化及原位热解技术受到了人们的广泛关注。已知富油煤是焦油产量7％～12％的煤炭，对其进行传统的燃烧发电不仅带来严重的环境污染，还会造成石油资源的浪费。中国西部蕴藏丰富的富油煤资源，将这些富油煤原位转化为油气，再将油和气进一步分级使用，能够提高煤炭的开采利用率、缓解环境污染，且丰富了油气资源。因此，富油煤的原位利用技术是极具经济、环境优势和战略意义的。
目前，富油煤地下原位利用技术多集中在单独的气化或热解，较少有将二者结合起来的应用。然而，单一的技术无法充分利用富油煤分解过程所产生的大量热量。
发明内容
针对上述现有问题，本发明提供了一种富油煤地下原位气化-热解-余热利用一体化系统。通过在煤层中分别开设气化系统、热解系统，并辅以温度监测井的设立，将气化过程的放热及气化产物的能量用于富油煤的热解反应，同时通过气液分离器实现O2和热解气化产物的热量交换，并联合运行两个独立地块，将反应生成的全部CO2封存于上一地块中。整个过程实现了富油煤的地下原位气化-热解一体化开采，对热解气化过程中的热量进行了充分利用，避免了热量浪费，从而提高了富油煤的开采利用率；同时实现了CO2零排放，有助于促进碳中和的战略目标。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种富油煤地下原位气化-热解-余热利用一体化系统，包括空气分离装置、CO2捕集装置、气液分离装置、热解产物气液分离器和燃烧室；
开挖气化输入井、气化输出井、热解输入井和热解输出井，并在气化输入井和气化输出井之间开挖气化水平井，在热解输入井和热解输出井之间开挖热解水平井，同时在气化输出井附近开挖气化温度监测井，在热解输出井附近开挖热解温度监测井，以实现对煤层温度的精细调控，在气化水平井和热解水平井上开挖小孔，注入压裂液，形成裂纹；
在气化输入井下方放置点火器和易燃固体材料，将易燃固体材料点燃，随着O2的流入，燃烧火焰从气化输入井一侧逐渐向气化输出井一侧移动，气化反应也随之沿着气化水平井不断进行，通过气化温度监测井实时监测气化反应温度，反应生成的气化产物进入气液分离装置，当达到目标设定时，停止气化，进入热解区生产；
气化产物在气液分离装置中与低温O2换热，温度降低，分离得到液体产物并收集在储液装置中，热解气体产物进入燃烧室，与O2发生富氧燃烧反应，将反应生成的CO2通入热解输入井，其中，CO2携带的大量热量进一步用于煤的热解，且气化放出热量也扩散至周围煤层；
热解产物与CO2的混合气进入气液分离装置与低温O2换热，分离得到液体产物并将其收集在储液装置中，剩余混合气进入CO2捕集装置，提前将上一地块气化输出井封闭，将捕集得到的CO2封存在上一地块气化后所形成的半焦中，并将分离出的热解气体产物收集在储气装置中；
空气分离装置用于将空气分离成低温O2和N2，第一股O2进入气液分离装置，与高温的气化产物换热后进入燃烧室参与富氧燃烧反应；第二股O2进入热解产物气液分离装置，与高温热解产物换热后通入上一地块热解输入井，充分利用热解残留物的热能，然后进入当前地块的气化输入井参与气化反应，在地表开挖若干冷冻井，低温N2不断注入冷冻井，使周围物质温度降低形成冷冻墙。
本发明进一步的改进在于，在充分考虑生产成本和热解产物产量及质量的前提下，控制热解反应温度范围为500～600℃。
本发明进一步的改进在于，在煤层中分别开挖地下气化系统、地下热解系统，并辅以气化温度监测井和热解温度监测井，低温O2吸收利用产物余热和上一地块的余热后进入当前地块参与气化反应，并对气化产物进行分级处理；反应结束后，气化过程的放热和热解气体产物燃烧生成的CO2及其所携带的热量继续参与富油煤的热解，并对热解产物进行分级处理得到油和气，最后将捕集得到的二氧化碳封存于上一地块中。
本发明进一步的改进在于，将气化过程的放热和气化产物的能量用于富油煤的热解反应，进行富油煤地下气化-热解一体化开采。
本发明进一步的改进在于，O2充分利用气化产物、热解产物和上一地块热解残留的热量，气化过程扩散至周围煤层的热量进一步用于煤的热解，以及热解气体产物燃烧生成的CO2携带热量进入热解输入井，从而进行能量的梯级利用。
本发明进一步的改进在于，开挖气化温度监测井和热解温度监测井对煤层温度进行精细调控，且严格把控O2注入气化输入井的速率及总量，从而对发生气化及热解的煤层范围进行调控。
本发明进一步的改进在于，气化-热解系统采用四边形的布井方式，其中气化输入井和输出井及热解输入井和输出井分别呈对角分布，且开挖气化温度监测井和热解温度监测井，实现了富油煤开采区井孔的有序排布。
本发明进一步的改进在于，气化水平井设置有多层。
本发明至少具有如下有益的技术效果：
(1)充分利用气化产物和热解产物的热量，且联合运行两个地块以吸收利用上一地块的余热，避免了热量浪费，降低了生产成本。
(2)将气化反应放热及气化产物的燃烧所生成的热量继续用于富油煤热解，使整个系统在不额外输入能量的情况下，能够自发地发生热解反应。
(3)分别对热解产物和气化产物进行分级处理，得到不同形态的产物，以用作不同的用途，从而丰富了富油煤的能量利用方式。
(4)对于较厚的煤层，可进一步在煤层的不同深度开挖气化系统和热解系统，实现气化水平井-热解水平井在不同深度的交错排列，从而实现富油煤的最大资源化利用。
(5)煤热解气化后残留的固体物质半焦拥有较大的比表面积和丰富的孔隙结构，具备较强的吸附能力，将反应生成的CO2通过吸附作用直接封存于上一地块中，整个系统实现CO2零排放，助力达成我国碳中和的目标。
(6)通过控制气化温度和热解温度及严格把控O2注入气化输入井的速率和总量，来控制气化反应剧烈程度并保持热解反应在中低温下进行，实现对发生气化及热解反应的煤层范围的调控。
(7)空气分离装置分离得到的N2用作低温循环流体，使生产区周围的岩土体及地下水等一起冷冻，形成封闭的冷冻墙，从而避免地下水的流入及气化和热解产物的散失。
(8)开挖小孔并注入压裂液，在水平井周围形成裂纹，增大了煤层的渗透率，提高了煤与O2及高温CO2的接触面积，增强了煤层间的传热及传质，从而提高富油煤的开采利用率。
附图说明
图1是本发明一种富油煤地下原位气化-热解-余热利用一体化系统的结构示意图；
图2是本发明一种富油煤地下原位气化-热解-余热利用一体化系统的布井结构俯视图。
附图标记说明：
1为岩石，2为热解温度监测井，3为气化温度监测井，4为温度监测点，5为富油煤煤层，6为裂纹，7为冷冻墙，8为热解输入井，9为气化输入井，10为点火器和易燃固体材料，11为热解输出井，12为热解水平井，13为气化输出井，14为气化水平井，15为空气分离装置，16为储气装置，17为CO2捕集装置，18为储液装置，19为热解产物气液分离装置，20为气化产物储液装置，21为气液分离装置，22为燃烧室，23为上一地块气化输入井，24为上一地块热解输入井，25为上一地块气化输出井，26为上一地块气热解输出井，27为上一地块，28为当前地块，29为与气化产物换热后的氧气，30为与热解产物换热后的氧气，31为二氧化碳，32为热解气体产物。
图2中虚线只表示布井几何形状，井间连接方式由图1中实线表示，眼睛所示箭头表示视线所在方向，观看结果即图1。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详述：
参见图1，本发明提供的一种富油煤地下原位气化-热解-余热利用一体化系统，包括岩石1、热解输出井附近的热解温度监测井2、气化输出井附近的气化温度监测井3、温度监测点4、富油煤煤层5、裂纹6、冷冻墙7、热解输入井8、气化输入井9、点火器和易燃固体材料10、热解输出井11、热解水平井12、气化输出井13、气化水平井14、空气分离装置15、储气装置16、CO2捕集装置17、储液装置18、热解产物气液分离装置19、气化产物储液装置20、气液分离装置21、燃烧室22、上一地块气化输入井23、上一地块热解输入井24、上一地块气化输出井25、上一地块气热解输出井26、上一地块27、当前地块28、与气化产物换热后的氧气29、与热解产物换热后的氧气30、捕集到的二氧化碳31和热解气体产物32。该系统综合考虑了地下煤的原位气化部分、原位热解部分、两个地块的联合使用，气液分离装置中低温O2对余热的梯级利用，以及CO2封存过程，结合温度监测井的布置，最大程度上实现了能量的充分利用。
本发明所提出的一种富油煤地下原位气化-热解-余热利用一体化系统，具体是指：
(1)空气分离装置15分离空气为低温O2和N2。O2与高温气化产物换热后进入燃烧室22参与富氧燃烧反应；此外，另一股O2与高温热解产物换热后进入上一地块27吸收利用反应余热。
(2)在地表开挖若干冷冻井，空气分离得到的N2进入冷冻井，不断循环，使周围地下水和岩土体等物质温度降低形成冷冻墙7，冷冻墙7的建立使得富油煤生产区形成一个封闭的独立区域，不受地下水和岩土体等周围环境的污染。
(3)开挖气化输入井9、气化输出井13、热解输入井8和热解输出井11，并在气化输入井9和气化输出井13之间开挖气化水平井14，在热解输入井8和热解输出井11之间开挖热解水平井12。同时，在气化输出井13附近开挖气化温度监测井3，在热解输出井11附近开挖热解温度监测井2，以实现对煤层温度的精细调控。
(4)在气化水平井14和热解水平井12开挖小孔，分别经气化输入井9和热解输入井8向气化水平井14和热解水平井12注入压裂液，小孔位置开裂并形成裂纹6，裂纹6的形成能够增大渗透率，增强煤层中的传质和传热。
(5)在气化输入井9下方放置点火器和易燃固体材料10并点火燃烧，随着O2的注入，气化反应沿气化水平井14不断进行，并通过气化温度监测井3监测周围煤层温度。气化产物从气化输出井13输出并进入气液分离装置21，通过确定气化产物的产量，确定发生气化反应的范围，当达到目标设定时，停止气化，进入热解区生产。
(6)在气液分离装置21中，产物与低温O2换热，温度降低，分离得到液体产物并储存在储液装置20中。热解气体产物32进入燃烧室22，与气化产物换热后的氧气29发生富氧燃烧反应。将燃烧生成的CO2从热解输入井8注入，CO2携带的大量热量能够用于富煤的热解，同时，气化过程的放热也扩散至周围煤层，使得在不额外输入能量的情况下，能够自发地发生煤的热解反应。在充分考虑生产成本和热解产物产量及质量的前提下，控制热解反应温度范围为500～600℃。
(7)热解产物从热解输出井11输出并进入气液分离装置19，与低温O2换热，分离得到液体产物并将其收集在储液装置18中，剩余的气体产物进入CO2捕集装置17捕获得到二氧化碳31，将上一地块气化输出井25封闭，二氧化碳31从上一地块气化输入井23通入，封存在上一地块27中，此外，将分离出的热解气体产物收集在储气装置16中。
结合附图1，本发明的具体工作过程如下所示：
空气分离装置15将空气分离成低温O2和N2。其中，O2分为两股，第一股O2进入气液分离装置21，与高温气化产物换热，与气化产物换热后的氧气29进入燃烧室22作为氧化剂参与富氧燃烧反应；第二股O2首先进入热解产物气液分离装置19，与高温热解产物换热，获得热量后的与热解产物换热后的氧气30温度升高，并继续通入上一地块热解输入井24，充分利用反应余热，最后进入当前地块28的气化输入井9，作为气化剂参与气化反应。在地表开挖若干冷冻井，空气分离得到的低温N2进入冷冻井，不断循环，使周围地下水和岩土体等温度降低形成冷冻墙7，冷冻墙7使得生产区不受地下水等的污染。
开挖气化输入井9、气化输出井13、热解输入井8和热解输出井11，并在气化输入井9和气化输出井13之间开挖气化水平井14，在热解输入井8和热解输出井11之间开挖热解水平井12。同时，在气化输出井13附近开挖气化温度监测井3，在热解输出井11附近也开挖热解温度监测井2，以实现对煤层温度的精细调控。在气化水平井14和热解水平井12中开挖小孔，分别经气化输入井9和热解输入井8向气化水平井14和热解水平井12注入压裂液，小孔位置开裂并形成裂纹6。
在气化输入井9下方位置放置点火器和易燃固体材料10，不断通入气化剂O2，然后将材料点燃。随着O2气流从气化输入井9的流入，燃烧火焰从气化输入井9一侧逐渐向气化输出井13一侧移动，气化反应也随之沿气化水平井14不断发生，通过气化温度监测井3实时监测气化反应时的温度，反应生成的产物从另一侧的气化输出井13流出并进入气液分离装置21。严格把控O2注入气化输入井9的速率及总量，通过确定气化产物的产量，明确发生气化反应的范围，当达到目标设定时，停止气化，进入热解区生产。
在气液分离装置21中，气化产物与低温O2换热，冷凝得到液体产物并将其收集在储液装置20中。剩余的热解气体产物32进入燃烧室22，与气化产物换热后的氧气29发生富氧燃烧反应。将反应生成的CO2从热解输入井8通入热解系统，其中，CO2携带的大量热量，即气化产物的能量能够继续用于富油煤的热解，同时，气化过程的放热也扩散至周围煤层，从而使整个系统在不额外输入能量的情况下，自发地发生煤的热解反应。在充分考虑生产成本和热解产物产量及质量的前提下，控制热解反应温度范围为500～600℃。
热解产物从热解输出井11输出并进入气液分离装置19，与低温O2换热，冷凝分离得到液体产物并将其收集在储液装置18中，剩余的气体产物进入CO2捕集装置17，将分离CO2后的气体产物收集在储气装置16中。煤气化后残留的固体物质半焦具有较大的比表面积和丰富的孔隙结构，具备较强的吸附能力，因此，将上一地块气化输出井25封闭，同时将捕集得到的CO2从上一地块气化输入井23注入，封存在上一地块27的半焦层中。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
Claims (8)
1.一种富油煤地下原位气化-热解-余热利用一体化系统，其特征在于，包括空气分离装置、CO2捕集装置(17)、气液分离装置(21)、热解产物气液分离器(19)和燃烧室(22)；
开挖气化输入井(9)、气化输出井(13)、热解输入井(8)和热解输出井(11)，并在气化输入井(9)和气化输出井(13)之间开挖气化水平井(14)，在热解输入井(8)和热解输出井(11)之间开挖热解水平井(12)，同时在气化输出井(13)附近开挖气化温度监测井(3)，在热解输出井(11)附近开挖热解温度监测井(2)，以实现对煤层温度的精细调控，在气化水平井(14)和热解水平井(12)上开挖小孔，注入压裂液，形成裂纹(6)；
在气化输入井(9)下方放置点火器和易燃固体材料(10)，将易燃固体材料点燃，随着O2的流入，燃烧火焰从气化输入井(9)一侧逐渐向气化输出井(13)一侧移动，气化反应也随之沿着气化水平井(14)不断进行，通过气化温度监测井(3)实时监测气化反应温度，反应生成的气化产物进入气液分离装置(21)，当达到目标设定时，停止气化，进入热解区生产；
气化产物在气液分离装置(21)中与低温O2换热，温度降低，分离得到液体产物并收集在储液装置(20)中，热解气体产物(32)进入燃烧室(22)，与O2发生富氧燃烧反应，将反应生成的CO2通入热解输入井(8)，其中，CO2携带的大量热量进一步用于煤的热解，且气化放出热量也扩散至周围煤层；
热解产物与CO2的混合气进入气液分离装置(19)与低温O2换热，分离得到液体产物并将其收集在储液装置(18)中，剩余混合气进入CO2捕集装置(17)，提前将上一地块气化输出井(25)封闭，将捕集得到的CO2封存在上一地块(27)气化后所形成的半焦中，并将分离出的热解气体产物收集在储气装置(16)中；
空气分离装置(15)用于将空气分离成低温O2和N2，第一股O2进入气液分离装置(21)，与高温的气化产物换热后进入燃烧室(22)参与富氧燃烧反应；第二股O2进入热解产物气液分离装置(19)，与高温热解产物换热后通入上一地块热解输入井(24)，充分利用热解残留物的热能，然后进入当前地块(28)的气化输入井(9)参与气化反应，在地表开挖若干冷冻井，低温N2不断注入冷冻井，使周围物质温度降低形成冷冻墙(7)。
2.根据权利要求1所述的一种富油煤地下原位气化-热解-余热利用一体化系统，其特征在于，在充分考虑生产成本和热解产物产量及质量的前提下，控制热解反应温度范围为500～600℃。
3.根据权利要求1所述的一种富油煤地下原位气化-热解-余热利用一体化系统，其特征在于，在煤层中分别开挖地下气化系统、地下热解系统，并辅以气化温度监测井(3)和热解温度监测井(2)，低温O2吸收利用产物余热和上一地块(27)的余热后进入当前地块(28)参与气化反应，并对气化产物进行分级处理；反应结束后，气化过程的放热和热解气体产物(32)燃烧生成的CO2及其所携带的热量继续参与富油煤的热解，并对热解产物进行分级处理得到油和气，最后将捕集得到的二氧化碳(31)封存于上一地块(27)中。
4.根据权利要求1所述的一种富油煤地下原位气化-热解-余热利用一体化系统，其特征在于，将气化过程的放热和气化产物的能量用于富油煤的热解反应，进行富油煤地下气化-热解一体化开采。
5.根据权利要求1所述的一种富油煤地下原位气化-热解-余热利用一体化系统，其特征在于，O2充分利用气化产物、热解产物和上一地块(27)热解残留的热量，气化过程扩散至周围煤层的热量进一步用于煤的热解，以及热解气体产物(32)燃烧生成的CO2携带热量进入热解输入井(8)，从而进行能量的梯级利用。
6.根据权利要求1所述的一种富油煤地下原位气化-热解-余热利用一体化系统，其特征在于，开挖气化温度监测井(3)和热解温度监测井(2)对煤层温度进行精细调控，且严格把控O2注入气化输入井(9)的速率及总量，从而对发生气化及热解的煤层范围进行调控。
7.根据权利要求1所述的一种富油煤地下原位气化-热解-余热利用一体化系统，其特征在于，气化-热解系统采用四边形的布井方式，其中气化输入井(9)和输出井(13)及热解输入井(8)和输出井(11)分别呈对角分布，且开挖气化温度监测井(3)和热解温度监测井(2)，实现了富油煤开采区井孔的有序排布。
8.根据权利要求1所述的一种富油煤地下原位气化-热解-余热利用一体化系统，其特征在于，气化水平井(14)设置有多层。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4537252A (en) * | 1982-04-23 | 1985-08-27 | Standard Oil Company (Indiana) | Method of underground conversion of coal |
| US4614234A (en) * | 1985-03-14 | 1986-09-30 | Standard Oil Company | Method of recovering coal values by combining underground coal gasification with surface coal liquefaction |
| CN101988383A (zh) * | 2010-08-31 | 2011-03-23 | 新奥科技发展有限公司 | 利用烟道气原位干馏地下煤层的方法 |
| WO2013097669A1 (zh) * | 2011-12-29 | 2013-07-04 | 新奥气化采煤有限公司 | 油页岩开采方法及装置 |
| US20150260024A1 (en) * | 2012-10-15 | 2015-09-17 | Genie Ap B.V. | Method and apparatus for handling acid gases generated by pyrolysis of kerogen |
| CN110872531A (zh) * | 2019-12-12 | 2020-03-10 | 青岛理工大学 | 利用固体颗粒热载体热解气化的梯级余热回收装置及方法 |
| CN112795405A (zh) * | 2020-12-04 | 2021-05-14 | 大连理工大学 | 煤气循环煤热解耦合化学链气化联产油气的系统 |
| CN114233265A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-03-25 | 西安交通大学 | 一种煤炭原位热解多联产及二氧化碳封存系统和方法 |
-
2022
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Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4537252A (en) * | 1982-04-23 | 1985-08-27 | Standard Oil Company (Indiana) | Method of underground conversion of coal |
| US4614234A (en) * | 1985-03-14 | 1986-09-30 | Standard Oil Company | Method of recovering coal values by combining underground coal gasification with surface coal liquefaction |
| CN101988383A (zh) * | 2010-08-31 | 2011-03-23 | 新奥科技发展有限公司 | 利用烟道气原位干馏地下煤层的方法 |
| WO2013097669A1 (zh) * | 2011-12-29 | 2013-07-04 | 新奥气化采煤有限公司 | 油页岩开采方法及装置 |
| US20150260024A1 (en) * | 2012-10-15 | 2015-09-17 | Genie Ap B.V. | Method and apparatus for handling acid gases generated by pyrolysis of kerogen |
| CN110872531A (zh) * | 2019-12-12 | 2020-03-10 | 青岛理工大学 | 利用固体颗粒热载体热解气化的梯级余热回收装置及方法 |
| CN112795405A (zh) * | 2020-12-04 | 2021-05-14 | 大连理工大学 | 煤气循环煤热解耦合化学链气化联产油气的系统 |
| CN114233265A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-03-25 | 西安交通大学 | 一种煤炭原位热解多联产及二氧化碳封存系统和方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 李强;张国强;吴修燕;: "水蒸汽对地下煤层气化炉的作用分析评价", 山东煤炭科技, no. 01, pages 37 - 39 * |
| 焦子阳;刘丽丽;李冬阳;梁杰;: "低温氧化破粘对煤炭地下气化热解特性的影响", 洁净煤技术, no. 05, pages 28 - 30 * |
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