用于煤炭地下气化工艺的地下气化炉停车及燃空区复原处理方法技术

本发明专利技术涉及一种地下气化炉停车及燃空区复原处理方法，该方法包括：a）切断氧化剂的注入；b）氮气吹扫；c）氧化剂注入设备移除；d）定点注入冷却剂进行停车灭火；e）终止燃空区内化学反应等步骤，本发明专利技术的地下气化炉停车和后续处理方法有以下优点：采用少量空分副产品氮气对整个系统进行吹扫，防止停车阶段氧化剂的泄漏造成复燃以及回烧造成设备损毁问题；注入少量冷却剂或空分副产品氮气对气化炉燃烧区进行定点快速灭火，无需大量气体连续循环注入，有效地降低了运营成本；综合考虑了煤层顶/底板和上覆/下伏岩层的地质结构和条件，避免了停车阶段的各种地质灾害和二次污染问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于煤炭地下气化工艺的地下气化炉停车及燃空区复原处理方法，属于煤炭地下气化工艺设备

技术介绍
煤炭地下气化（ISC）是一种通过对地下煤层的可控燃烧（不完全燃烧）和气化反应，把煤直接转化为气体产品的工艺过程。产品气通常被称为合成气，可以作为燃料生产、化工生产、发电等下游工艺的原料。该工艺过程集合了建井完井、地下采煤和煤气化工艺技术，具有安全性好、投资小、效益高、污染少等优点。通过地面钻井直通煤层，给氧化剂注入和产品气输出提供了有效通道。一个用于氧化剂注入的钻井称为“注入井”，另外一个用于生产产品气的钻井称为“产品井”。定向水平钻井和垂直钻井都可作为注入井或产品井。当煤层中有注入井、产品井和水平通道将二者连接起来时，此构造被称为一个煤炭地下气化（ISC）单元或井对。ISC单元包括燃烧区，气化区和热解区。通过煤炭地下气化生成的产品气（粗合成气）通常含有合成气（CO,CO2,H2,CH4等）以及其他杂质成分（固体颗粒，水，煤焦油，H2S,NH4,COS等）。粗合成气由经产品井输送至地面，再通过地面管线输送到下游装置进行处理和应用。当地下气化过程随着注入井内衬管后退到达预定位置，标志着地下气化炉的寿命结束，需要对其进行有效地停车熄火，以防止煤层不可控燃烧造成的资源浪费和井完整性的破坏。同时需要对地下气化炉的燃空区进行有效地后续处理，以防止煤层在高温下持续热解析出污染物以及气化过程中残留污染物造成的环境问题。现有技术通常采用注入水、水蒸气或氮气（CN101581211B,CN101581213A,CN101581210A）等方法对气化炉燃空区进行熄火处理，这样往往需要大量的气体循环注入，成本较高。近期，公开号为CN102587883B的中国专利技术专利申请书公开了一种煤炭地下气化炉熄炉方法。其利用负压提高地下水或煤层水向气化炉燃空区的渗透率，进而使水进入燃空区，通过水的蒸发吸热和水蒸气与高温煤层反应吸热达到熄炉的目的。其主要技术缺点在于，其一，该方法未考虑煤层顶/底板和上覆/下伏岩层的地质条件而直接通过抽负压快速降低气化炉燃空区（0kPa或40kPa）与静水压的压差来提高地下水进入煤层的渗透率。这种情况极易破坏煤层顶/底板和上覆/下伏岩层的相对密闭性，形成较大的孔隙和裂纹，造成涌入水不可控。严重情况容易形成煤层和含水层的直接贯穿，造成突水、顶板和上覆岩层的直接垮塌甚至地层下沉等地质问题。其二，该方法在熄炉过程中未实施任何污染物处理以及燃空区复原处理，容易造成污染物直接快速冷凝并持续驻留在燃空区内，最终给污染物处理造成较大困难。如果一旦发生上述煤层与含水层贯穿的情况，则容易出现污染物扩散的问题。其三，该方法需要通过抽风机持续抽气直至气体温度降低至90℃，导致整个熄炉过程能耗较高。公开号CN101381149B的中国专利技术专利申请书公开了一种煤炭地下气化污染的复原方法。具体是从地面向燃空区注入一定浓度的双氧水，将地下废水中的酚类有机污染物氧化分解。该方法仅针对于酚类污染物，相对单一。同时，燃空区体积较大，双氧水价格较高，较大程度的提高了项目的成本。综上所述，现有的地下气化炉停车及燃空区复原处理技术还是需要进一步改进和提高，以满足煤炭地下气化工业化项目的相关要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术的不足，提供一种用于煤炭地下气化工艺的地下气化炉停车及燃空区复原处理方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：本专利技术提供了一种用于煤炭地下气化工艺的地下气化炉停车及燃空区复原处理方法，所述地下气化炉包括至少一个注入井、一个产品井和燃空区，该气化炉建设在经过详细选址流程论证满足煤炭地下气化工艺要求的现场，所述方法包括如下步骤：a）当地下仪表监控系统显示地下气化过程已达到设计位置时，控制系统自动切断氧化剂的注入；b）采用高压氮气吹扫整个氧化剂注入设备，将残留在氧化剂注入设备内的氧化剂全部移除；c）通过连续油管卷轴和井口控制设备将氧化剂注入设备拉回并移出注入井，回撤过程中保持冷却剂的注入，防止燃烧区的高温回烧损坏氧化剂注入设备；d）移出氧化剂注入设备后，继续通过注入井注入冷却剂或/和氮气对靠近注入井底部位置的气化炉高温燃烧区进行停车灭火；e）当高温燃烧区温度降低到500℃以下，且产品井出口处产品气组分中一氧化碳的含量低于0.1mol%时，燃空区内燃烧和气化反应停止；f）对于煤层顶/底板或/和上覆/下伏岩层内含水层充足的情况，停止注入冷却剂或/和氮气，并关闭注入井；或者对于煤层顶/底板或/和上覆/下伏岩层内含水层缺乏的情况，继续通过注入井注入冷却剂或/和氮气；g）通过产品井出口处的控制阀逐渐降低气化炉操作压力，降低气化炉操作压力过程中确保产品井内的气流速率大于最小夹带速率，以将蒸汽吹扫和抽提后的污染物输送至地表处理；h）当高温燃烧区温度降低到350℃以下，地下煤层的热解反应停止，整个气化炉停车完成；i）连续重复步骤g，直至产品井温度低于100℃，结束蒸汽吹扫和抽提过程；j）蒸汽吹扫和抽提结束后，对燃空区抽水，进行水浸出处理，至产品井出口的工艺水各项指标符合工业排放标准或达到地下水初始基线标准；k）根据燃空区的地质情况，通过注入井注入固体废物对燃空区进行回填，或者通过将填充材料与经处理的工艺水混合成浆料注入燃空区；l）移除注入井和产品井内的所有可回收地下设备；m）通过注入井注入高压空气或氮气直至燃空区压力达到静水压；n）移除注入井和产品井的井口设备，并对其进行封井弃井处理；o）连续对项目现场所有监测井内的地下水质量进行检测和监控，预防和及时处理任何可能出现的环境问题。优选的，所述注入井和产品井内部安装有完整性良好的完井设施和地下仪表设备，包括高温井口设备、通过高温水泥固定在地层内的套管以及地下仪表监控系统，套管将注入井和产品井与地下各含水层完全隔离，地下仪表监控系统用于监测和控制注入井和产品井的操作以确保其完整性，燃空区沿着注入井内衬管方向延伸至产品井。优选的，步骤d）中进行停车熄火时，保持产品井的正常操作工艺参数，防止由于停车熄火过程中产生大量过热饱和蒸汽造成气化炉压力过高。优选的，步骤h）结束后，如果目标煤层的煤层气含量较高，保持燃空区的操作压力低于静水压，采集燃空区周边煤层内的煤层气，通过连续重复步骤g），直至产品气内的甲烷含量达90%以上。优选的，步骤g）中降低气化炉操作压力0-0.5MPa/次。优选的，步骤j）中抽水采用螺杆抽油泵、有杆泵或深水泵。为了使本专利技术更简单易懂，便于实际操作，一个或多个首选的具体实施方式将参照附图，仅以举例的形式进行描述。附图说明图1是气化炉停车灭火及饱和蒸汽吹扫和抽提过程示意图。图2是气化炉（含水层充足）饱和蒸汽吹扫和抽提过程示意图。图3是气化炉水浸出过程示意图。图4是处理结束后封井弃井示意图。1.上覆岩层；2.含水层；3.煤层顶板；4.煤层；5.煤层底板；6.燃空区；7.注入井；8.产品井；9.混合气（包含粗合成气，饱和蒸汽，煤层气，污染物等）；10.涌入水；11.注入的冷却剂或氮气；12.注入水（定期循环注入）；13.工艺水；14.水泵；15.气相隔离层；16.填充层；17.水泥；18.煤灰和煤焦层；19.煤焦层。具体实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于煤炭地下气化工艺的地下气化炉停车及燃空区复原处理方法，所述地下气化炉包括至少一个注入井、一个产品井和燃空区，其特征在于，所述方法包括如下步骤：a）当地下仪表监控系统显示地下气化过程已达到设计位置时，控制系统自动切断氧化剂的注入；b）采用高压氮气吹扫整个氧化剂注入设备，将残留在氧化剂注入设备内的氧化剂全部移除；c）通过连续油管卷轴和井口控制设备将氧化剂注入设备拉回并移出注入井，回撤过程中保持冷却剂的注入，防止燃烧区的高温回烧损坏氧化剂注入设备；d）移出氧化剂注入设备后，继续通过注入井注入冷却剂或/和氮气对靠近注入井底部位置的气化炉高温燃烧区进行停车灭火；e）当高温燃烧区温度降低到500℃以下，且产品井出口处产品气组分中一氧化碳的含量低于0.1mol%时，燃空区内燃烧和气化反应停止；f）对于煤层顶/底板或/和上覆/下伏岩层内含水层充足的情况，停止注入冷却剂或/和氮气，并关闭注入井；或者对于煤层顶/底板或/和上覆/下伏岩层内含水层缺乏的情况，继续通过注入井注入冷却剂或/和氮气；g）通过产品井出口处的控制阀逐渐降低气化炉操作压力，降低气化炉操作压力过程中确保产品井内的气流速率大于最小夹带速率，以将蒸汽吹扫和抽提后的污染物输送至地表处理；h）当高温燃烧区温度降低到350℃以下，地下煤层的热解反应停止，整个气化炉停车完成；i）连续重复步骤g，直至产品井温度低于100℃，结束蒸汽吹扫和抽提过程；j）蒸汽吹扫和抽提结束后，对燃空区抽水，进行水浸出处理，至产品井出口的工艺水各项指标符合工业排放标准或达到地下水初始基线标准；k）根据燃空区的地质情况，通过注入井注入固体废物对燃空区进行回填，或者通过将填充材料与经处理的工艺水混合成浆料注入燃空区；l）移除注入井和产品井内的所有可回收地下设备；m）通过注入井注入高压空气或氮气直至燃空区压力达到静水压；n）移除注入井和产品井的井口设备，并对其进行封井弃井处理；o）连续对项目现场所有监测井内的地下水质量进行检测和监控，预防和及时处理任何可能出现的环境问题。...

【技术特征摘要】
1.一种用于煤炭地下气化工艺的地下气化炉停车及燃空区复原处理方法，所述地下气化炉包括至少一个注入井、一个产品井和燃空区，其特征在于，所述方法包括如下步骤：a）当地下仪表监控系统显示地下气化过程已达到设计位置时，控制系统自动切断氧化剂的注入；b）采用高压氮气吹扫整个氧化剂注入设备，将残留在氧化剂注入设备内的氧化剂全部移除；c）通过连续油管卷轴和井口控制设备将氧化剂注入设备拉回并移出注入井，回撤过程中保持冷却剂的注入，防止燃烧区的高温回烧损坏氧化剂注入设备；d）移出氧化剂注入设备后，继续通过注入井注入冷却剂或/和氮气对靠近注入井底部位置的气化炉高温燃烧区进行停车灭火；e）当高温燃烧区温度降低到500℃以下，且产品井出口处产品气组分中一氧化碳的含量低于0.1mol%时，燃空区内燃烧和气化反应停止；f）对于煤层顶/底板或/和上覆/下伏岩层内含水层充足的情况，停止注入冷却剂或/和氮气，并关闭注入井；或者对于煤层顶/底板或/和上覆/下伏岩层内含水层缺乏的情况，继续通过注入井注入冷却剂或/和氮气；g）通过产品井出口处的控制阀逐渐降低气化炉操作压力，降低气化炉操作压力过程中确保产品井内的气流速率大于最小夹带速率，以将蒸汽吹扫和抽提后的污染物输送至地表处理；h）当高温燃烧区温度降低到350℃以下，地下煤层的热解反应停止，整个气化炉停车完成；i）连续重复步骤g，直至产品井温度低于100℃，结束蒸汽吹扫和抽提过程；j）蒸汽吹扫和抽提结束后，对燃空区抽水，进行水浸出处理，至产品井出口的工艺水各项指标符合工业排放标准或达到地下水初始基线标准；k）根据燃空区的地质情况，通过注入井注入固体废物对燃空区进行回填，或者通过将填充材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：闵振华，卡斯珀·扬·亨德利克·伯格，汪原理，
申请(专利权)人：中为上海化学有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31