地下氣化注氣裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種地下氣化注氣裝置和方法，包括：注氣管（3），注氣管（3）具有外管（25）和位于外管（25）中并與外管（25）相間隔的內(nèi)管（24）；以及設(shè)置在注氣管（3）一端的霧化噴嘴（21），霧化噴嘴（21）具有內(nèi)層噴口和外層噴口，內(nèi)層噴口與內(nèi)管（24）連通，外層噴口與外管（25）連通。本發(fā)明的目的在于提供一種地下氣化注氣裝置和方法，以至少實現(xiàn)降低注氣輸送過程中的熱量損耗。
【專利說明】地下氣化注氣裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤炭地下氣化領(lǐng)域，更具體地，涉及一種地下氣化注氣裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]例如煤炭、油頁巖等含碳有機(jī)質(zhì)地下氣化就是利用氣化劑使處于地下的煤炭、油頁巖等含碳有機(jī)質(zhì)受控制地燃燒、通過對含碳有機(jī)質(zhì)的熱作用及化學(xué)作用而產(chǎn)生可燃?xì)怏w的過程。生產(chǎn)的可燃?xì)怏w可用作發(fā)電氣體或化工合成氣。在含碳有機(jī)質(zhì)地下氣化產(chǎn)生可燃?xì)怏w的過程中，氣化劑的種類、注氣方式在很大程度上決定了可燃?xì)怏w質(zhì)量的好壞、產(chǎn)氣穩(wěn)定性。在實際應(yīng)用中，含碳有機(jī)質(zhì)地下氣化氣化劑種類通常包括空氣、氧氣、水蒸氣和CO2等。各種氣化劑輸配主要有兩種，包括采用分開輸送爐內(nèi)混合或地面混合輸送至氣化爐內(nèi)兩種方式，具體裝置設(shè)計則按照氣化爐實際進(jìn)行選擇。
[0003]目前，在例如煤炭的含碳有機(jī)質(zhì)地下氣化過程中氣化劑的輸配主要有以下幾種方式:
[0004]一種是各種氣化劑在地面經(jīng)過混合器混配然后通過鉆井套管直接輸送至例如煤層的含碳有機(jī)質(zhì)層，這種方式只能輸送空氣、CO2或低濃度富氧，并不適合高濃度富氧；
[0005]第二種是將氧氣輸送與空氣、水蒸氣或二氧化碳輸送分開，分別經(jīng)各自的輸送管道輸送進(jìn)入含碳有機(jī)質(zhì)地下氣化爐內(nèi)，在鉆孔底部進(jìn)行混合，這種方式適合在垂直或斜井結(jié)構(gòu)的注氣井應(yīng)用；
[0006]對于定向鉆孔注氣，在第二種方案基礎(chǔ)上通過定向孔內(nèi)布放特殊、可移動管道將氣化劑(氧氣/富氧、水蒸氣)輸送至例如煤層的含碳有機(jī)質(zhì)層，這種方式主要在國外控制注氣點后退工藝技術(shù)(CRIP)中廣泛使用，可輸送高壓氧氣和高濃度富氧等氣化劑。
[0007]上述方案都通過輸送富氧/氧氣和水蒸氣并調(diào)節(jié)其比例提高氣化劑品質(zhì)、控制注氣位置，以進(jìn)一步提升地下氣化制合成氣品質(zhì)。但在實施中存在氣化劑中水蒸氣輸送等效率不高，大部分水蒸氣在井內(nèi)長距輸送冷卻產(chǎn)生冷凝水，到反應(yīng)區(qū)位置水或水蒸氣不能與氧氣/富氧氣化劑很好混合均勻送入反應(yīng)工作面，影響了地下煤氣化效率和穩(wěn)定生產(chǎn)工藝控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對相關(guān)技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種地下氣化注氣裝置和方法，以至少實現(xiàn)降低注氣輸送過程中的熱量損耗。
[0009]為實現(xiàn)上述目的，一方面，本發(fā)明提供了一種地下氣化注氣裝置，包括:注氣管，注氣管具有外管和位于外管中并與外管相間隔的內(nèi)管；以及設(shè)置在注氣管一端的霧化噴嘴，霧化噴嘴具有內(nèi)層噴口和外層噴口，內(nèi)層噴口與內(nèi)管連通，外層噴口與外管連通。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，該地下氣化注氣裝置還包括:相互連接的鉆孔套管和支護(hù)套管，注氣管至少部分地從鉆孔套管一端的管口伸入，鉆孔套管的另一端與支護(hù)套管連通，其中，注氣管具有霧化噴嘴的一端穿過鉆孔套管并可移動地位于支護(hù)套管中。[0011]根據(jù)本發(fā)明，鉆孔套管的側(cè)壁設(shè)置有輸送管，鉆孔套管的管口與注氣管的外管的外壁之間通過密封件密封。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，注氣管的另一端連接有注水管和氧氣管，其中，注水管與內(nèi)管連通，氧氣管與外管連通。
[0013]根據(jù)本發(fā)明，內(nèi)管和外管之間的區(qū)域設(shè)置有信號電纜，信號電纜一端設(shè)置有至少一個用于感測注氣溫度值的溫度測點熱電偶，信號電纜的上述一端位于霧化噴嘴中。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，注氣管位于鉆孔套管外部和支護(hù)套管外部的管段設(shè)置有提升裝置，提升裝置驅(qū)動注氣管在鉆孔套管和支護(hù)套管中移動。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，該地下氣化注氣裝置還包括可轉(zhuǎn)動的滾筒，其中，位于提升裝置和注氣管另一端之間的注氣管的管段，卷繞在滾筒上。
[0016]根據(jù)本發(fā)明，信號電纜的另一端電連接有用于接收注氣溫度值的控制器，注水管上設(shè)置有注水調(diào)節(jié)裝置，氧氣管上設(shè)置有氧氣調(diào)節(jié)與截斷裝置，輸送管上設(shè)置有二氧化碳供給調(diào)節(jié)裝置，其中，注水調(diào)節(jié)裝置、氧氣調(diào)節(jié)與截斷裝置以及二氧化碳供給調(diào)節(jié)裝置分別與控制器電連接，其中，控制器根據(jù)接收的注氣溫度值，控制注水調(diào)節(jié)裝置、氧氣調(diào)節(jié)與截斷裝置以及二氧化碳供給調(diào)節(jié)裝置分別調(diào)節(jié)注水管、氧氣管以及輸送管的流量。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，支護(hù)套管為整個管段均具有篩孔的篩管；或者支護(hù)套管為部分管段具有篩孔的套管。
[0018]根據(jù)本發(fā)明，支護(hù)套管為可燒蝕的有機(jī)材料制成的套管。
[0019]另一方面，本發(fā)明還提供了一種地下氣化注氣方法，包括如下步驟:a建立通向地下氣化反應(yīng)區(qū)的輸送通道；b將具有外管和內(nèi)管的注氣管送入輸送通道；c向內(nèi)管中注入液態(tài)水，同時向外管和內(nèi)管之間的環(huán)空通道中注入氧氣；以及d通過霧化噴嘴將液態(tài)水和氧氣混合并霧化噴出。
[0020]根據(jù)本發(fā)明，在步驟c中還包括:向輸送通道中輸送空氣和二氧化碳；以及在向內(nèi)管中注入液態(tài)水之前，向水中混合煤氣化催化劑。
[0021]根據(jù)本發(fā)明，在步驟b之后還包括:當(dāng)注氣管移動至地下氣化反應(yīng)區(qū)中的預(yù)定位置時，通過控制器控制液態(tài)水、氧氣以及空氣和二氧化碳分別流入內(nèi)管、環(huán)空通道以及輸送通道。
[0022]根據(jù)本發(fā)明，在步驟b中還包括:利用提升裝置驅(qū)動注氣管進(jìn)入輸送通道，并由提升裝置調(diào)節(jié)注氣管進(jìn)入輸送通道內(nèi)的位置。
[0023]根據(jù)本發(fā)明，在步驟d之后還包括:e利用溫度測點熱電偶感測霧化噴嘴處的注氣溫度值，并將注氣溫度值經(jīng)由信號電纜傳輸至控制器；以及f控制器根據(jù)接收的注氣溫度值，控制液態(tài)水、氧氣以及空氣和二氧化碳分別流入內(nèi)管、環(huán)空通道以及輸送通道的流量。
[0024]本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于:
[0025]本發(fā)明的地下氣化注氣裝置包括具有內(nèi)管和外管的注氣管，以及設(shè)置在注氣管一端的霧化噴嘴，霧化噴嘴具有與內(nèi)管連通的內(nèi)層噴口和與外管連通的外層噴口。由此，本發(fā)明改變現(xiàn)有注入水蒸氣方式為直接注入液態(tài)水，并將液態(tài)水經(jīng)過霧化噴嘴霧化后噴出，降低了輸送過程熱量損耗，即避免了注入水蒸氣的過程中其冷凝成液態(tài)水之后注入到反應(yīng)工作面。此外，采用氧氣與水直接霧化混合后送至反應(yīng)工作面，能顯著的提高氣化劑注入效率，保證氣化反應(yīng)穩(wěn)定性，進(jìn)而改善合成氣的品質(zhì)。[0026]對于本發(fā)明的地下氣化方法來說，同時向內(nèi)管中注入液態(tài)水，向外管和內(nèi)管之間的環(huán)空通道中注入氧氣，并通過霧化噴嘴將液態(tài)水和氧氣混合并霧化噴出。與現(xiàn)有技術(shù)中注入水蒸氣的方式相比，本發(fā)明通過這種方法可直接注入液態(tài)水，并在注氣管噴口處再進(jìn)行液態(tài)水和氧氣的混合及霧化噴出，因此降低了輸送過程熱量損耗，即避免了注入水蒸氣的過程中水蒸氣冷凝成液態(tài)水之后注入到反應(yīng)工作面。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明的地下氣化注氣裝置的一個實施例的示意圖；
[0028]圖2是圖1示出的地下氣化注氣裝置中的注氣管具有霧化噴嘴的一端的局部示意圖；
[0029]圖3是圖1示出的地下氣化注氣裝置中的注氣管的局部內(nèi)部示意圖；
[0030]圖4是圖3示出的注氣管沿A-A截面的示意圖。
【具體實施方式】
[0031 ] 下面參照附圖描述本發(fā)明的實施例。
[0032]如圖1和圖2所示，本發(fā)明的地下氣化注氣裝置包括注氣管3和設(shè)置在注氣管3一端的霧化噴嘴21。其中，注氣管3具有外管25和內(nèi)管24，內(nèi)管24設(shè)置在外管25中并與外管25相間隔，換句話說，在注氣管3中形成了兩個可通入反應(yīng)物的通道:由內(nèi)管24構(gòu)成的第一通道、以及由內(nèi)管24外壁和外管25內(nèi)壁之間空間構(gòu)成的第二通道。
[0033]參照圖2所示，霧化噴嘴21具有內(nèi)層噴口和外層噴口，其中內(nèi)層噴口和注氣管3的內(nèi)管24連通，外層噴口與外管25連通。在本發(fā)明注氣裝置的實際應(yīng)用中，可以直接向內(nèi)管24中注入液態(tài)水，同時向外管25中注入氧氣。此時液態(tài)水直接由內(nèi)管24流至內(nèi)層噴口處，而氧氣由內(nèi)管24外壁和外管25內(nèi)壁之間的通道流至外層噴口處，然后將液態(tài)水經(jīng)過霧化噴嘴21霧化后噴出。
[0034]優(yōu)選地，霧化噴嘴21可以由耐高溫、耐腐蝕材料加工成。更具體地如圖2所示，霧化噴嘴21的內(nèi)層噴口和外層噴口均可設(shè)置成錐體狀。
[0035]通過這種結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有技術(shù)中注入水蒸氣相比，本發(fā)明的注氣裝置可以降低物料在輸送過程中的熱量損耗，即避免了注入水蒸氣的過程中其冷凝成液態(tài)水之后注入到地下氣化反應(yīng)工作面。此外，采用氧氣與液態(tài)水直接霧化混合后送至地下氣化反應(yīng)工作面，能顯著的提高氣化劑注入效率，保證氣化反應(yīng)穩(wěn)定性，進(jìn)而改善合成氣的品質(zhì)。
[0036]繼續(xù)參照圖1，本發(fā)明的地下氣化注氣裝置還包括相互連接的鉆孔套管5和支護(hù)套管4。其中，注氣管3至少部分地從鉆孔套管5 —端的管口伸入，而鉆孔套管5的另一端與支護(hù)套管4連通。更具體地，注氣管3具有霧化噴嘴21的一端，穿過鉆孔套管5并可移動地位于支護(hù)套管4中。S卩，注氣管3由鉆孔套管5 —端伸入，然后延伸至支護(hù)套管4中并且注氣管3可以在支護(hù)套管4中移動。通過這種方式，由于注氣管3可以在支護(hù)套管4中移動，從而可以改變設(shè)置在注氣管3端部的霧化噴嘴21在支護(hù)套管4中的位置，即，改變了地下氣化反應(yīng)區(qū)中注氣點的位置，因此可以顯著的降低氣化建爐、運行成本，同時提升氣化生產(chǎn)連續(xù)性和穩(wěn)定性能。
[0037]進(jìn)一步參照圖1，在鉆孔套管5的側(cè)壁可以設(shè)置有輸送管6，并且鉆孔套管5的上述管口和注氣管3的外管25的外壁之間可以通過密封件7密封。其中，輸送管6用于輸送空氣或二氧化碳。如圖所示，輸送管6設(shè)置在鉆孔套管5靠近其上述管口處的側(cè)壁，密封件7的設(shè)置可以保證周圍環(huán)境中的空氣不會進(jìn)入鉆孔套管5中。在可選的實施例中，可應(yīng)用輸送管6輸送空氣或輸送保護(hù)氣體，其中，保護(hù)氣體主要指不可燃/不含氧化劑氣體，如氮氣、水蒸氣等。換言之，根據(jù)具體的地下氣化的情況，可選擇應(yīng)用輸送管6交替地輸送空氣、二氧化碳或保護(hù)氣體，或同時輸送多種氣體。
[0038]此外，在注氣管3的另一端連接有注水管9和氧氣管11，并且注水管9與注氣管3的內(nèi)管24連通，而氧氣管11和注氣管3的外管25連通。S卩，注水管9用于向內(nèi)管24中通入液態(tài)水，而氧氣管11可用于向外管25內(nèi)壁和內(nèi)管24外壁之間的通道中通入氧氣。
[0039]如圖2至圖4所示，在內(nèi)管24和外管25之間的區(qū)域中可以設(shè)置有信號電纜23，即，信號電纜23設(shè)置在內(nèi)管24外壁和外管25內(nèi)壁之間的通道中。具體地，信號電纜23 —端可以設(shè)置有至少一個溫度測點熱電偶22，并且信號電纜23設(shè)置有溫度測點熱電偶22的一端可以位于霧化噴嘴21中。在本發(fā)明注氣裝置的實際應(yīng)用中，該溫度測點熱電偶22可感測用于表示霧化噴嘴21周圍煤層氣化燃燒區(qū)溫度或注入氣化劑溫度值。如果霧化噴嘴21周圍的煤層氣化溫度過高，會燒損霧化噴嘴21和注氣管3，因此需要溫度測點熱電偶22對該位置的煤層氣化和注氣溫度值進(jìn)行監(jiān)測，從而調(diào)節(jié)物料注入的流量，以保證該溫度值在安全范圍內(nèi)，該過程會在以下進(jìn)行具體描述。另外，當(dāng)設(shè)置多個溫度測點熱電偶22時，則可以實現(xiàn)多組測量或不同位置的測量。
[0040]再次參照圖1，注氣管3位于鉆孔套管5外部和支護(hù)套管4外部的管段上設(shè)置有提升裝置8，提升裝置8可驅(qū)動注氣管3在鉆孔套管5和支護(hù)套管4中移動，從而可以實現(xiàn)上述的改變設(shè)置在注氣管3端部的霧化噴嘴21在支護(hù)套管4中的位置。
[0041]另外，在可選的實施例中，本發(fā)明的地下氣化注氣裝置還包括可轉(zhuǎn)動的滾筒12。位于提升裝置8和注氣管3的上述另一端(即，連接有注水管9和氧氣管11的一端)之間的注氣管3的管段可以卷繞在滾筒12上。從而可以防止注氣管3過長而占用過多空間。
[0042]再次參照圖1，在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，信號電纜23的另一端可以電連接有用于接收上述溫度測點熱電偶22感測的注氣溫度值的控制器43。此外，在注水管9上可以設(shè)置有注水調(diào)節(jié)裝置44，在氧氣管11上可以設(shè)置有氧氣調(diào)節(jié)與截斷裝置42，在輸送管6上可以設(shè)置有二氧化碳供給調(diào)節(jié)裝置46。具體地，注水調(diào)節(jié)裝置44、氧氣調(diào)節(jié)與截斷裝置42以及二氧化碳供給調(diào)節(jié)裝置46可分別與控制器43電連接。而控制器43可以根據(jù)接收的注氣溫度值，控制注水調(diào)節(jié)裝置44、氧氣調(diào)節(jié)與截斷裝置42以及二氧化碳供給調(diào)節(jié)裝置46分別調(diào)節(jié)注水管9的流量、氧氣管11的流量以及輸送管6的流量。
[0043]換句話說，溫度測點熱電偶22實時感測霧化噴嘴21周圍氣化溫度，當(dāng)該溫度過高時，溫度測點熱電偶22會將相應(yīng)的注氣溫度值反饋到控制器43中。此時，控制器43會控制注水調(diào)節(jié)裝置44、氧氣調(diào)節(jié)與截斷裝置42和二氧化碳供給調(diào)節(jié)裝置46來分別調(diào)節(jié)注水管9的流量、氧氣管11的流量以及輸送管6的流量，即，控制通入注水管9中液態(tài)水的流量，通入氧氣管11中氧氣的流量以及通入輸送管6中空氣或二氧化碳的流量。應(yīng)當(dāng)理解，作為可選的實施例，上述各調(diào)節(jié)裝置可以為已知的裝置，例如，通過電磁閥、節(jié)流閥等部件實現(xiàn)，這可以根據(jù)具體使用情況而定，本發(fā)明并不局限于此。
[0044]具體地，當(dāng)霧化噴嘴21的附近煤層發(fā)生氣化燃燒時，溫度測點熱電偶22測得的注氣溫度值會發(fā)送給控制器43，若溫度超過控制器43預(yù)設(shè)的安全范圍值，則控制器43會控制氧氣調(diào)節(jié)與截斷裝置42調(diào)節(jié)或中斷氧氣的供給，控制注水調(diào)節(jié)裝置44和二氧化碳供給調(diào)節(jié)裝置46增加液態(tài)水和二氧化碳的供給，從而進(jìn)行降溫保護(hù)、防止燒損霧化噴嘴21及注氣管3?？衫斫?，在地下氣化的實際過程中，氧氣與碳的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，減少或停止氧氣的供給可減少氧氣與碳反應(yīng)的放熱，而碳與水的反應(yīng)以及碳和二氧化碳的反應(yīng)均為吸熱反應(yīng)，由此增加水和二氧化碳的供給可以實現(xiàn)降溫的作用。此外應(yīng)當(dāng)理解，控制器43對注水調(diào)節(jié)裝置44、氧氣調(diào)節(jié)與截斷裝置42以及二氧化碳供給調(diào)節(jié)裝置46的控制可以為同時控制或分別控制，即，同時啟動上述裝置進(jìn)行控制或僅啟動其中幾個裝置進(jìn)行控制，這可以根據(jù)具體使用情況而定。在一個實施例中，控制器43可以為數(shù)值式控制系統(tǒng)(DCS系統(tǒng))，當(dāng)然其他控制裝置或控制系統(tǒng)也是可選的。
[0045]因此，在本發(fā)明中通過在注氣管3的內(nèi)管24和外管25之間的區(qū)域設(shè)置信號電纜23，并在信號電纜23的一端設(shè)置至少一個溫度測點熱電偶22，從而可以實時監(jiān)測控制霧化噴嘴21周圍氣化溫度。另外，通過在注水管9上設(shè)置的注水調(diào)節(jié)裝置44，氧氣管11上設(shè)置有氧氣調(diào)節(jié)與截斷裝置42，輸送管6上設(shè)置有二氧化碳供給調(diào)節(jié)裝置46，根據(jù)溫度測點熱電偶22測量的溫度由控制器43調(diào)節(jié)注入的水、氧氣和二氧化碳的量，以保證設(shè)備的安全穩(wěn)定運行，并可按工藝需求設(shè)定和調(diào)節(jié)注入量、比例等，進(jìn)而提高氣化生產(chǎn)過程穩(wěn)定性。
[0046]此外，在可選的實施例中，支護(hù)套管4可以為整個管段均具有篩孔的篩管；或者在另外的實施例中，支護(hù)套管4可以為部分管段具有篩孔的套管?？蛇x的，支護(hù)套管4可以為可燒蝕的有機(jī)材料制成的套管。該材料優(yōu)選為玻璃鋼或聚乙烯。由此，在本發(fā)明的實際應(yīng)用中，部分氣化劑可通過篩孔與煤層接觸，為煤層提供燃燒所需要的氧，在煤層開始燃燒時，對應(yīng)具有篩孔的管段進(jìn)行燃燒。
[0047]另一方面，本發(fā)明還提供了一種地下氣化注氣方法，包括如下步驟:步驟a:建立通向地下氣化反應(yīng)區(qū)的輸送通道；步驟b:將具有外管25和內(nèi)管24的注氣管3送入該輸送通道；步驟c:向內(nèi)管24中注入液態(tài)水，同時向外管25和內(nèi)管24之間相間隔設(shè)置而形成的環(huán)空通道中注入氧氣；以及步驟d:通過霧化噴嘴21將液態(tài)水和氧氣混合并霧化噴出。具體地，霧化噴嘴21可以具有與內(nèi)管24連通的內(nèi)層噴口以及與外管25連通的外層噴口。
[0048]此外，在步驟c中還包括:向輸送通道中輸送空氣和二氧化碳；以及在向內(nèi)管24中注入液態(tài)水之前，向水中混合煤氣化催化劑，以促進(jìn)地下氣化反應(yīng)。
[0049]進(jìn)一步，在步驟b之后還包括:當(dāng)注氣管3移動至地下氣化反應(yīng)區(qū)中的預(yù)定位置時，通過控制器43控制液態(tài)水流入內(nèi)管24、控制氧氣流入內(nèi)管24和外管25之間形成的環(huán)空通道、以及控制空氣和二氧化碳流入上述輸送通道。此外應(yīng)當(dāng)理解，該預(yù)定位置為地下氣化反應(yīng)區(qū)中氣化反應(yīng)工作面的位置，即，地下氣化開始進(jìn)行的位置。
[0050]優(yōu)選地，在步驟b中還包括:利用提升裝置8驅(qū)動注氣管3進(jìn)入輸送通道，并由提升裝置8調(diào)節(jié)注氣管3進(jìn)入輸送通道內(nèi)的位置，即，實現(xiàn)注氣點在地下氣化反應(yīng)區(qū)中的移動。
[0051]此外優(yōu)選地，在步驟d之后還可以包括步驟e:利用溫度測點熱電偶22感測霧化噴嘴21處的注氣溫度值，并將注氣溫度值經(jīng)由信號電纜23傳輸至控制器43 ;以及步驟f:控制器43根據(jù)接收的注氣溫度值，控制液態(tài)水流入內(nèi)管24的流量、控制氧氣流入上述環(huán)空通道的流量、以及控制空氣和二氧化碳流入上述輸送通道的流量。此外可選的，該溫度測點熱電偶22還可用于感測注入內(nèi)管24和環(huán)空通道中的氣化劑的溫度值。
[0052]綜上，對于本發(fā)明的地下氣化方法來說，同時向內(nèi)管24中注入液態(tài)水、向外管25和內(nèi)管24之間的環(huán)空通道中注入氧氣，并通過霧化噴嘴21將液態(tài)水和氧氣混合并霧化噴出。與現(xiàn)有技術(shù)中注入水蒸氣的方式相比，本發(fā)明通過這種方法可直接注入液態(tài)水和氧氣，并在注氣管噴口處再進(jìn)行液態(tài)水和氧氣的混合及霧化噴出，因此降低了輸送過程熱量損耗，即避免了注入水蒸氣的過程中水蒸氣冷凝成液態(tài)水之后注入到反應(yīng)工作面。
[0053]在本發(fā)明地下氣化注氣裝置的實際應(yīng)用中，可在注入內(nèi)管24的液態(tài)水中添加催化劑并一起通過注氣裝置進(jìn)行霧化、混合后送入地下煤氣化反應(yīng)工作面。與水霧共同注入，可提高了催化劑分布的均勻性、改善反應(yīng)條件，進(jìn)而提高合成氣品質(zhì)。其中催化劑主要有堿金屬、堿土金屬及鐵系金屬的鹽類和堿類，優(yōu)選可溶性的堿金屬鹽和堿類及堿土金屬鹽類。而上述的液態(tài)水可來自現(xiàn)有的高壓供水系統(tǒng)，當(dāng)然也可以采用一般性生產(chǎn)用水，或可以使用經(jīng)過過濾的工業(yè)廢水/污水、煤層疏干水、燃空區(qū)污水等一切可方便取用的生產(chǎn)廢水。
[0054]在本發(fā)明地下氣化注氣裝置的實際應(yīng)用中，可在注入內(nèi)管24的液態(tài)水中添加可燃物與水形成漿液混合物，并一起通過注氣裝置進(jìn)行霧化、混合后送入地下煤氣化反應(yīng)工作面?？扇嘉锱c水霧共同注入，可提高了地下氣化反應(yīng)區(qū)溫度來強化地下氣化反應(yīng)，進(jìn)而提高合成氣品質(zhì)。其中可燃物主要有煤漿/煤粉、高濃度有機(jī)廢水及其他可燃有機(jī)液體燃料，優(yōu)選煤漿、高濃度有機(jī)廢水。而上述的液態(tài)水可來自現(xiàn)有的高壓供水系統(tǒng)，當(dāng)然也可以采用一般性生產(chǎn)用水，或可以使用經(jīng)過過濾的工業(yè)廢水/污水、煤層疏干水、燃空區(qū)污水等一切可方便取用的生產(chǎn)廢水。
[0055]以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種地下氣化注氣裝置，其特征在于，包括: 注氣管(3)，所述注氣管(3)具有外管(25)和位于所述外管(25)中并與所述外管(25)相間隔的內(nèi)管(24);以及 設(shè)置在所述注氣管(3) —端的霧化噴嘴(21)，所述霧化噴嘴(21)具有內(nèi)層噴口和外層噴口，所述內(nèi)層噴口與所述內(nèi)管(24)連通，所述外層噴口與所述外管(25)連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下氣化注氣裝置，其特征在于，還包括: 相互連接的鉆孔套管(5)和支護(hù)套管(4)，所述注氣管(3)至少部分地從所述鉆孔套管(5)—端的管口伸入，所述鉆孔套管(5)的另一端與所述支護(hù)套管(4)連通， 其中，所述注氣管(3 )具有所述霧化噴嘴(21)的一端，穿過所述鉆孔套管(5 )并可移動地位于所述支護(hù)套管(4)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的地下氣化注氣裝置，其特征在于， 所述鉆孔套管(5 )的側(cè)壁設(shè)置有輸送管(6 )，所述鉆孔套管(5 )的所述管口與所述注氣管(3)的所述外管(25)的外壁之間通過密封件(7)密封。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下氣化注氣裝置，其特征在于， 所述注氣管(3) 的另一端連接有注水管(9)和氧氣管(11)， 其中，所述注水管(9 )與所述內(nèi)管(24 )連通，所述氧氣管(11)與所述外管(25 )連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下氣化注氣裝置，其特征在于， 所述內(nèi)管(24)和所述外管(25)之間的區(qū)域設(shè)置有信號電纜(23)，所述信號電纜(23)一端設(shè)置有至少一個用于感測注氣溫度值的溫度測點熱電偶(22)，所述信號電纜(23)的所述一端位于所述霧化噴嘴(21)中。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的地下氣化注氣裝置，其特征在于， 所述注氣管(3)位于所述鉆孔套管(5)外部和所述支護(hù)套管(4)外部的管段設(shè)置有提升裝置(8)， 所述提升裝置(8)驅(qū)動所述注氣管(3)在所述鉆孔套管(5)和所述支護(hù)套管(4)中移動。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的地下氣化注氣裝置，其特征在于，還包括可轉(zhuǎn)動的滾筒(12)， 其中，位于所述提升裝置(8)和所述注氣管(3)另一端之間的所述注氣管(3)的管段，卷繞在所述滾筒(12)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求5-7中任一項所述的地下氣化注氣裝置，其特征在于， 所述信號電纜(23)的另一端電連接有用于接收所述注氣溫度值的控制器(43)，所述注水管(9)上設(shè)置有注水調(diào)節(jié)裝置(44)，所述氧氣管(11)上設(shè)置有氧氣調(diào)節(jié)與截斷裝置(42),所述輸送管(6)上設(shè)置有二氧化碳供給調(diào)節(jié)裝置(46)， 其中，所述注水調(diào)節(jié)裝置(44 )、所述氧氣調(diào)節(jié)與截斷裝置(42 )以及所述二氧化碳供給調(diào)節(jié)裝置(46)分別與所述控制器(43)電連接， 其中，所述控制器(43)根據(jù)接收的所述注氣溫度值，控制所述注水調(diào)節(jié)裝置(44)、所述氧氣調(diào)節(jié)與截斷裝置(42)以及所述二氧化碳供給調(diào)節(jié)裝置(46)分別調(diào)節(jié)所述注水管(9)、所述氧氣管(11)以及所述輸送管(6)的流量。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的地下氣化注氣裝置，其特征在于， 所述支護(hù)套管(4)為整個管段均具有篩孔的篩管；或者所述支護(hù)套管(4)為部分管段具有篩孔的套管。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的地下氣化注氣裝置，其特征在于， 所述支護(hù)套管(4)為可燒蝕的有機(jī)材料制成的套管。
11.一種地下氣化注氣方法，其特征在于，包括如下步驟: Ca)建立通向地下氣化反應(yīng)區(qū)的輸送通道； (b )將具有外管(25 )和內(nèi)管(24)的注氣管(3 )送入所述輸送通道； (c)向所述內(nèi)管(24)中注入液態(tài)水，同時向所述外管(25)和所述內(nèi)管(24)之間的環(huán)空通道中注入氧氣；以及 Cd)通過霧化噴嘴(21)將所述液態(tài)水和所述氧氣混合并霧化噴出。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的地下氣化注氣方法，其特征在于，在所述步驟(c)中還包括: 向所述輸送通道中輸送空氣和二氧化碳；以及 在向所述內(nèi)管(24)中注入液態(tài)水之前，向水中混合煤氣化催化劑。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的地下氣化注氣方法，其特征在于，在所述步驟(b)之后還包 括: 當(dāng)所述注氣管(3)移動至所述地下氣化反應(yīng)區(qū)中的預(yù)定位置時，通過控制器(43)控制所述液態(tài)水、所述氧氣以及所述的空氣和二氧化碳分別流入所述內(nèi)管(24)、所述環(huán)空通道以及所述輸送通道。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的地下氣化注氣方法，其特征在于，在所述步驟(b)中還包括: 利用提升裝置(8 )驅(qū)動所述注氣管(3 )進(jìn)入所述輸送通道，并由所述提升裝置(8 )調(diào)節(jié)所述注氣管(3 )進(jìn)入所述輸送通道內(nèi)的位置。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的地下氣化注氣方法，其特征在于，在所述步驟(d)之后還包括: (e)利用溫度測點熱電偶(22)感測所述霧化噴嘴(21)處的注氣溫度值，并將所述注氣溫度值經(jīng)由信號電纜(23 )傳輸至所述控制器(43 );以及 (f)所述控制器(43)根據(jù)接收的所述注氣溫度值，控制所述液態(tài)水、所述氧氣以及所述的空氣和二氧化碳分別流入所述內(nèi)管(24)、所述環(huán)空通道以及所述輸送通道的流量。
【文檔編號】E21B43/295GK103742121SQ201410016138
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月14日
【發(fā)明者】劉剛 申請人:新奧氣化采煤有限公司