[发明专利]工业燃气生产系统及方法

权利要求书

1.一种工业燃气生产系统，用于煤炭地下气化系统，其特征在于，包括：输配单元(1)、脱碳单元(2)、脱硫单元(4)和预净化单元(5)；其中，

所述输配单元(1)的出气口用于与所述煤炭地下气化系统(3)的进气口相连通，所述输配单元(1)用于配制气化剂并将所述气化剂输送至所述煤炭地下气化系统(3)；所述气化剂为含有预设浓度氧气的气化剂；

所述脱碳单元(2)的进气口用于与所述煤炭地下气化系统(3)的出气口相连通，所述脱碳单元(2)用于接收所述煤炭地下气化系统(3)输出的气体并脱除气体中预设浓度的二氧化碳；

所述脱硫单元(4)的进气口用于与所述煤炭地下气化系统(3)的出气口相连通，所述脱硫单元(4)的出气口与所述脱碳单元(2)的进气口相连通，所述脱硫单元(4)用于接收所述煤炭地下气化系统(3)输出的气体并脱除气体中的含硫物质；

所述预净化单元(5)的进气口用于与所述煤炭地下气化系统(3)的出气口相连通，所述预净化单元(5)的出气口与所述脱硫单元(4)的进气口相连通，所述预净化单元(5)用于接收并净化所述煤炭地下气化系统(3)输出的气体；

所述输配单元(1)包括：第一压缩装置(11)、制氧装置(12)、第二压缩装置(13)和输配装置(14)；其中，

所述制氧装置(12)的进气口与所述第一压缩装置(11)的出气口相连通，所述制氧装置(12)用于接收所述第一压缩装置(11)输出的空气并制备预设纯度的氧气；

所述第二压缩装置(13)用于压缩二氧化碳；

所述第一压缩装置(11)的出气口、所述制氧装置(12)的出气口和所述第二压缩装置(13)的出气口均与所述输配装置(14)的进气口相连通，所述输配装置(14)用于接收所述第一压缩装置(11)输出的空气、所述制氧装置(12)输出的氧气和所述第二压缩装置(13)输出的二氧化碳并配制所述气化剂；

所述输配装置(14)的出气口用于与所述煤炭地下气化系统(3)的进气口相连通；

制氧装置包括：冷却装置、纯化装置、增压机、膨胀机、热交换装置、分馏塔、液氧储槽和液氧蒸发装置；

预净化单元包括：旋风除尘器、废热锅炉、洗涤器、立管式冷却器、电捕焦油器、机械化澄清槽、气柜和罗茨鼓风机；

工业燃气生产系统，还包括：第一传感器、第二传感器、第三传感器和控制器；其中，

所述第一传感器用于获取所述煤炭地下气化系统(3)输出的气体组分，所述第二传感器用于获取所述气化剂中的氧气的浓度，所述第三传感器用于获取所述脱碳单元(2)接收的气体中以及所述脱碳单元(2)输出的气体中二氧化碳的浓度；

所述控制器与所述第一传感器、第二传感器和第三传感器均电连接，用于接收所述气体组分、所述气化剂中的氧气的浓度、所述接收的气体中二氧化碳的浓度和所述输出的气体中二氧化碳的浓度，并根据所述气体组分、所述气化剂中的氧气的浓度、所述接收的气体中二氧化碳的浓度和所述输出的气体中二氧化碳的浓度以及关系式f＝kx^ly^muⁿ控制所述输配单元(1)配制所述气化剂以及控制所述脱碳单元(2)脱除所述预设浓度的二氧化碳；

其中，对于给定的煤层及地层条件，u为煤气热值，x为气化剂中氧气的浓度，y为CO2脱除率，系数k、l、m、n取决于实际运行过程中配制含预设浓度氧气的气化剂和脱除CO₂运行操作成本、工业燃气预期热值因素；

为使工业燃气生产过程的成本最低，使f趋于极小值，即在满足给定的约束条件下，使f取极小值minf＝minf(x ,y ,z)，相应的约束条件为u＝u(x ,y)，即煤气热值u是气化剂中氧气的浓度x、CO₂脱除率y的函数；

在不考虑脱碳的情况下，煤气热值与气化剂中氧气的浓度的函数关系表示为u＝alnx+b，其中，系数a、b取决于煤层涌水量、气化强度、煤层厚度因素；

在仅考虑脱碳的情况下，煤气热值与CO₂脱除率的函数关系表示为u＝u₀(1-cy)，其中，u₀为脱碳前煤气的热值，c为脱碳前煤气中CO₂的浓度。

2.根据权利要求1所述的工业燃气生产系统，其特征在于，

所述第二压缩装置(13)的进气口与所述脱碳单元(2)的出气口相连通，所述第二压缩装置(13)用于接收并压缩所述脱碳单元(2)输出的二氧化碳。