[发明专利]一种装置与应用及煤炭地下气化试验系统与方法

说明书

本发明提供一种装置与应用及煤炭地下气化试验系统与方法。该装置包括实验舱，实验舱设有实验腔；实验腔包括可拆卸连接的实验腔端盖和实验腔桶体，实验腔桶体由包括内筒和外筒的双层筒体和桶底构成；外筒的内壁与内筒的外壁之间形成空腔，空腔内设有围压施加部件，围压施加部件与围压管线连接；内筒的筒壁上设有孔压注入孔，孔压注入孔与孔压管线连接；实验腔端盖和/或实验腔桶体的桶底上设有实验流体注入通道以及实验流体产出通道；实验流体注入通道以及实验流体产出通道均与实验腔内筒内部连通。该装置能够实现模拟煤炭真实赋存条件具体能够模拟深煤层的围压、孔压。该装置与其他设备配合实现考虑煤层真实赋存条件的煤炭地下气化试验。

技术领域

本发明涉及一种装置及煤炭地下气化试验系统与方法。

背景技术

煤炭地下气化是将气化反应炉建在地下煤层，根据生产需求，通过地面合理的控制手段将地下煤炭有控制的热解、气化，生成含有CH₄、H₂等有效组分的合成气的系统技术。它将建井、采煤、气化三大工艺合而为一，能够有效动用采矿工程无法开发的中深部(大于800m)煤层资源，可实现薄煤层、高含硫、高灰份、高倾角以及“三下”煤层的有效开发。而且煤炭地下气化相比煤炭地面气化在经济、环保、资源利用率上更具优势，是煤炭清洁化利用和国家能源转型的重要技术途径，同时也符合我国低碳、绿色、可持续的能源发展战略。

我国油气消费量增长迅速，供需缺口持续扩大，对外依存度加速增长。2018年原油对外依存度已达69.8％；国内天然气对外依存度45.3％，受能源结构调整和消费需求增长等因素推动，未来油气对外依存度将进一步扩大。中国“富煤油气不足”的资源禀赋决定了煤炭在相当长时间内仍会占据一次能源消费的主导地位。煤炭地下气化技术不仅可将深部地层煤炭资源清洁化利用，缓解天然气供应紧张局面，还能有效解决我国由煤炭燃烧排放CO₂引起的环境问题，更能为“氢经济”时代到来储备资源和技术。

中深层煤炭地下气化将是未来发展方向，相比浅层，中深层煤炭地下气化具备以下优势：一是远离地表及饮用水，避免了直接环境污染；二是埋深增大有利于增加气化炉的密闭性，避免了大量裂隙导致的产出气泄漏；三是随埋深增大温度提高，气化反应速度和热值随之提高。同时随着深度的增加，煤炭地下气化的地质、工程风险也随之增加，为了提高项目成功率、降低复杂事故发生率和综合成本、优化工艺参数和实施方案，必须在工程试验前开展室内大型物模试验。

目前煤炭地下气化大型物理模拟试验装置均存在以下问题：1、现有大型物模装置不能满足高压气化条件。波兰中央矿业学院的大物模装置最高模拟气化压力为3.5MPa，中国矿业大学和新奥公司的大物模装置只能模拟常压和小于1MPa的气化压力，均无法指导800m以上深煤炭地下气化工程试验。2、煤炭地下气化过程中煤层受到水平、垂直作用力以及孔隙压力的作用，虽然CN 107152267 A公开了一种模拟煤炭原位地下气化的试验装置及方法，CN 200910135795.6公开了一种地下煤的气化中试验气化炉及其工艺方法，但是目前国内外的试验装置都不能模拟地下煤层真实围压、孔压，导致试验条件与真实条件相差很大，试验结果难以精确指导工程实践。3、现有大型物模装置模拟的煤层产状和开发井型过于单一，无法实现不同煤层产状(倾向、走向)下复杂井型的模拟，对不同煤层条件下气化井型优选和气化参数优化缺乏指导意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够模拟煤炭真实赋存条件的物模实验装置，该装置能够模拟深煤层(例如1500米以下的煤层)的围压、孔压。该物模实验装置与其他设备配合实现考虑煤层真实赋存条件的煤炭地下气化试验，通过模拟更真实的煤炭地下气化条件更科学、有效的指导煤炭地下气化工程实践和参数优化，填补了煤炭地下气化试验技术的空白。

为了实现上述目的，本发明提供了一种装置，该装置包括实验舱，实验舱设有实验腔；

所述实验腔包括可拆卸连接的实验腔端盖和实验腔桶体，所述实验腔桶体由桶底和双层筒体构成，所述双层筒体包括内筒和外筒；其中，所述内筒用于装载待检测样品；