一种模拟煤炭原位地下气化的试验装置及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107152267A(43)申请公布日2017.09.12(21)申请号201710492079.8(22)申请日2017.06.26(71)申请人山东科技大学地址266590山东省青岛市黄岛经济技术开发区前湾港路579号(72)发明人辛林程卫民王刚谢军周刚刘震于岩斌(74)专利代理机构北京科亿知识产权代理事务所(普通合伙)11350代理人汤东凤(51)Int.Cl.E21B43/295(2006.01)E21B47/00(2012.01)权利要求书3页说明书8页附图4页(54)发明名称一种模拟煤炭原位地下气化的试验装置及方法(57)摘要本发明公开了一种模拟煤炭原位地下气化的试验装置及方法，包括气化炉炉体、顶盖、炉壁注排气管、气化剂制备单元、注排气管路、气体流量计、气体压力表、气体测温热电偶、气体净化单元、气体放散单元、炉内温度监测单元、气相色谱仪、点火器、位移计、充填单元、计算机；所述气化炉外形为圆柱体，气化炉壁由外到内分别钢板、普通砖层、保温材料、水夹层、耐火砖层；本发明结构合理、功能多样，可以利用仪器客观实际测量煤层和顶板岩层内温度场、气化剂配比和产气指标参数、覆岩移动和地表下沉参数、气化炉燃空区扩展特性参数，有助于进行炉型结构参数和气化工艺的研究，以便确定适宜现场条件下的煤炭原位地下气化工艺参数和生产方案。CN107152267ACN107152267A权利要求书1/3页1.一种模拟煤炭原位地下气化的试验装置，其特征在于：包括气化炉炉体、顶盖、炉壁注排气管、气化剂制备单元、注排气管路、气体流量计、气体压力表、气体测温热电偶、气体净化单元、气体放散单元、炉内温度监测单元、气相色谱仪、点火器、位移计、充填单元、计算机；所述气化炉外形为圆柱体，气化炉壁由外到内分别钢板、普通砖层、保温材料、水夹层、耐火砖层，气化炉内部由下到上分别铺设多层底板相似材料、气化煤层、多层顶板相似材料；所述气化炉体外侧有辅助出料口；所述顶盖为多层圆盘结构，多层圆盘结构由下到上分别填充耐火砖和保温材料，顶盖与气化炉体采用螺栓连接，连接处有密封圈；所述炉壁注排气管水平布置于气化炉体两侧，两侧各3根短管焊接于气化炉体外壁，形成3条轴线贯穿气化炉；所述气化剂制备单元包括空气压缩机、蒸汽发生器、氧气罐和二氧化碳气罐，分别为气化反应过程提供空气、蒸汽、氧气和二氧化碳；所述注排气管路包括注气管路和排气管路，注气管路连接气化剂制备单元和注气通道，排气管路连接气体净化单元和排气通道；所述气体压力表包括注气管路安装的气体压力表和排气管路安装的气体压力表，分别监测注气管路和排气管路的气体压力；所述气体测温热电偶包括注气管路安装的测温热电偶和排气管路安装的测温热电偶，分别监测注气管路和排气管路内的气体温度；所述气体流量计包括注气管路安装的涡街流量计和排气管路安装的涡街流量计，分别监测注气管路和排气管路气体流量；所述气体净化单元包括洗涤罐、脱焦罐、脱硫罐，分别实现对粗煤气的洗涤、脱焦和脱硫；所述气体放散单元包括水封罐和放散塔，放散塔将所产煤气点火后高空放散；所述炉内温度监测单元包括布置于气化炉内煤层和覆岩内的多点测温热电偶；所述气相色谱仪监测所产煤气组分；所述点火器布置于气化煤层点火位置，实现气化煤层的点火；所述位移计布置于气化炉内覆岩上表面，监测覆岩表面的移动下沉值；所述充填单元可实现模拟气化过程结束后的燃空区充填，由充填泵对气化炉内燃空区进行充填。2.一种模拟煤炭原位地下气化的试验方法，其特征在于：步骤如下：步骤1，铺设气化煤层及顶底板相似材料：根据现场的水文地质资料、气化煤层钻孔勘探资料，由钻孔柱状图确定气化煤层及顶底板岩层；通过岩石力学性质实验获得现场顶底板岩石的相关力学参数，即单轴抗压强度；根据相似原理理论，以河砂为骨料，粘土为胶结物，利用正交试验和全面实验方法分析不同材料配比下的单轴抗压强度，并与利用相似原理计算的抗压强度进行对比，确定满足相似比的不同顶底板岩层河砂和粘土配比；根据现场实际厚度的1/10-1/30的几何缩放比确定气化煤层和顶底板相似材料的厚度，基于相似材料配比铺设煤层及顶底板相似材料；2CN107152267A权利要求书2/3页步骤2，布置煤层通道和管道：所述试验炉可在所述气化煤层中实现多种通道布置方式，包括单一通道布置方式、双通道布置方式、水平U型通道布置方式；气化煤层中所述通道包括用于气化剂注入的注气通道，用于煤气排出的排气通道，以及用于发生燃烧气化反应的气化通道；所述注气通道、排气通道和气化通道为半圆拱形通道。在上述注气通道、排气通道和气化通道内均布置半圆拱形筛管；所述注气通道与炉壁注气管连接，所述排气通道与炉壁排气管连接，关闭炉壁排气管，由炉壁注气管注气，进行气化