[发明专利]一种煤炭地下气化炉及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤炭地下气化炉，以及该气化炉的制备方法。

背景技术

我国一次能源消费总量中煤炭占65％以上，是世界上最大的煤炭生产国和消费国。中国已经探明煤炭可采储量约1900亿吨，但总储量估计可能高达四万亿吨，如果加紧查清资源家底，运用先进科技合理化开发，可望维持供应一百甚至数百年之久。

传统的煤炭开采涉及一系列环境问题及健康问题，如：地面沉陷，矿工的健康和安全，脱硫、灰尘的污染，废物(水)的排放等。

为了充分合理利用宝贵的煤炭资源，维持社会可持续发展，不能简单地重复早年粗放、肮脏、低效的利用方式，必须极大地提高能量转化效率，减少环境污染，并转变为可以方便运用的其他能源形态。

煤炭地下气化集建井、采煤、地面气化三大工艺为一体，变传统的物理采煤为化学采煤，省去了庞大的煤炭开采、运输、洗选、气化等工艺的设备，具有安全性好、投资少、效益高、污染少等优点，深受世界各国的重视，被誉为第二代采煤方法。

与传统采煤和地面气化相比，煤炭的地下气化技术有以下优势：

(1)可以回收传统方法开采不经济和无法开采的煤炭资源；

(2)由于煤炭无须人工开采，地下气化最大限度的减少了矿工的健康和安全问题；

(3)减少了地面沉陷，以及固体废物排放很少；

(4)减少了对社会经济的影响；

(5)投资少，煤气成本低。

鉴于煤炭地下气化技术的显著优点，英国、美国、德国、法国等世界许多国家相继投入了大量的人力和物力进行研究和使用，取得了丰硕的成果。我国也由实验室试验研究、现场试验研究，逐步向工业化生产迈进。

煤炭地下气化就是将处于地下的煤炭进行有控制的燃烧，通过对煤的热作用及化学作用而产生可燃气体的过程。具体如下：

(I)由进气通道鼓入气化剂(空气、O₂和H₂O(g))，并在进气侧点燃煤层，气化剂中的O₂遇煤燃烧产生CO₂，并释放大量的反应热，燃烧区称为氧化区，当气流中O₂浓度接近于零时，燃烧反应结束、氧化区结束。氧化区的主要反应如下：

氧化反应(燃烧反应)：

C+O₂＝＝CO₂+393.8MJ/kmol

碳的部分氧化反应(不完全燃烧反应)：

2C+O₂＝＝2CO+221.1MJ/kmol

CO氧化反应(CO燃烧反应)：

2CO+O₂＝＝2CO₂+570.1MJ/kmol

(II)氧化区结束后，则进入还原区，氧化区使还原区煤层处于炽热状态，在还原区CO₂与炽热的C还原成CO，H₂O(g)与炽热的C还原成CO、H₂等，由于还原反应是吸热反应，使煤层和气流温度逐渐降低，当温度降低到使还原反应程度较弱时，还原区结束。还原区的主要反应如下：

CO₂还原反应(发生炉煤气反应)：

CO₂+C＝＝2CO+162.4MJ/kmol

水蒸汽分解反应(水煤气反应)：

H₂O+C＝＝H₂+CO+131.5MJ/kmol

水蒸汽分解反应：

2H₂O+C＝＝2H₂+CO₂+90.0MJ/kmol

CO变换反应：

CO+H₂O＝＝H₂+CO₂+41.0MJ/kmol

碳的加氢反应：

C+2H₂＝＝CH₄+74.9MJ/kmol

(III)还原区结束后，气流温度仍然很高，对下游即干馏干燥区的煤层进行加热，释放出热解煤气，同时产生甲烷化反应。干馏干燥区的主要反应如下：

煤热解反应：

煤→CH₄+H₂+H₂O+CO+CO₂

甲烷化反应：