[实用新型]用于煤炭地下气化工艺的模块化氧化剂注入系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于煤炭地下气化工艺的模块化氧化剂注入系统，属于煤炭地下气化工艺设备技术领域。

背景技术

煤炭地下气化(ISC)是一个借助氧化剂，通过地下煤层的燃烧和气化反应，把煤直接转化为产品气的过程。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。

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”。定向钻井和垂直钻井都可作为注入井或产品井。煤炭地下气化(ISC)可能在注入井和产品井之间还需要使用到一个或多个的垂直井(例如：功能井和辅助井)。

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。其中，燃烧区在煤层中氧化剂注入点附近；气化区以放射状形态围绕在燃烧区周围或者在燃烧区下游，煤炭在气化区被气化、部分被氧化，从而生成产品气；热解区在气化区下游，煤的热解反应一般在这里发生。高温的产品气从气化区往下游流动，并最终从产品井井口输送到地面。在煤燃烧或气化的同时，煤层中的ISC燃空区会生长变大。

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及其他气体的混合物)以及其他成分(固体颗粒，水，煤焦油，烃类蒸汽，其他微量组分包括H₂S,NH₄,COS等)。其成分复杂程度取决于多个方面：煤炭地下气化所使用的氧化剂(空气或其他氧化剂，比如氧气、富氧空气或蒸汽混合物)、煤层中的内在水或周边地层渗入煤层中的水、煤质、以及煤炭地下气化工艺的操作参数，包括温度，压力等。

根据已有专利文献，目前现有煤炭地下气化技术面临的具体问题包括：

ISC项目通常位于偏远地区，ISC井场工艺设备和支持服务设备通常需要在现场组装和实施。这需要将各种技术团队及其设备运送到这些偏远的地点以执行该任务。因此，这较大提高了整个项目的建造费用，尤其是在这些偏远地区出现不可预见的气候条件时(雨，雪，高温等)，会进一步增加项目的建造费用。另外，项目实施过程中涉及到许多不同类型的部件和工具，非常容易造成建设和总体项目进程的延迟。

ISC项目通常周期为20年至30年，目前没有为后续每2至7年更换并重复使用井口设备和地面设备而做出的任何考虑和规定。

ISC井对会随着项目现场开发进度而逐渐远离已建好的工艺设备和支持服务设备。根据现场的地形地貌如丘陵和山谷，将需要增加附加的泵和工艺系统来输送工艺原料和产物从/到其地面工艺设施。

对于在工业化规模项目实施之前所需的试验/示范装置，需要根据现场具体条件进行设计和建造工艺设备及支持服务设备，这样将严重推迟后续工业化项目的实施和推广进程。

实用新型内容

本实用新型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模块化氧化剂注入系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

用于煤炭地下气化工艺的模块化氧化剂注入系统，包括模块化空气注入系统和若干具有一定结构强度的第一模块化单元容器；

所述模块化空气注入系统的各部件构成如下：

至少一个空气压缩机模块；由于空气压缩机尺寸和项目规模相关，大项目通常考虑采用多台设备并联，第一可以方便运输和移动，第二不会出现由于单台设备故障而造成完全停产的问题；

冷却和压缩单元模块，包含多个内部冷却和压缩单元，用于满足在所需压力下输送特定的空气流量；

监控和安全仪表模块，用于测量和控制注入到注入井的空气压力和流量，包括若干流动路径；

上述模块分别独立的安装于第一模块化单元容器内并单独调试完毕，安装现场将装有各模块的各第一模块化单元容器的管线对接连通；

空气压缩机模块压缩的空气经由冷却和压缩单元模块、监控和安全仪表模块的流动路径，然后通过地面管线单元注入到注入井。

优选的，所述系统还包括与模块化空气注入系统并行设置的模块化氧气注入系统和若干具有一定结构强度的第二模块化单元容器，所述模块化氧气注入系统的各部件构成如下：

氧气生产和/或供应模块，包含空分设备单元和/或液氧储存和气化设备单元；

氧气增压模块，包含液氧增压泵或氧气增压压缩机，用于提高氧气的注入压力；