用于煤炭地下气化过程的点火设备制造技术

本实用新型专利技术提供了一种用于煤炭地下气化过程的点火设备。本实用新型专利技术的点火设备包括彼此按顺序连接的输送装置、断开装置、点火引信和一个或多个燃料包，其中多个燃料包彼此串联，和其中：所述输送装置为连续油管、接合管或集成信号电缆；所述点火引信贯穿通过一个或多个燃料包和用于以延迟方式从设备端部开始引燃一个或多个燃料包；所述断开装置在启动点火引信后断开，由此回撤包括输送装置在内的点火设备部件至少至安全位置；和所述燃料包中包含铝热剂和用于被引燃后点燃地下煤层。

【技术实现步骤摘要】

本技术提供了一种用于煤炭地下气化过程的点火设备，还提供了这种点火设备在煤炭地下气化过程点火阶段中的应用。
技术介绍
煤炭地下气化(UCG或ISC)过程是在氧化剂存在下通过地下煤层的燃烧和气化将煤直接转化为产品气(也称为粗合成气)的过程，所述产品气随后可以用于多种应用，包括燃料生产、化学品生产和发电等。鉴于采矿业越来越严格的环保要求和考虑到相关的人工成本和基建成本，这种适用于大多数煤藏的煤炭地下气化技术无疑是很有吸引力的。在煤炭地下气化过程中，通常要在地下煤层中设有相应的完井系统。所述完井系统通常包括用于注入各种试剂如氧化剂(如空气、富氧空气或纯氧)、气化剂和冷却剂(水、水蒸汽和二氧化碳可同时用作气化剂和冷却剂，空气亦可用作冷却剂)等的注入井、用于移除产品气的产出井和用于起辅助作用的各种辅助井，其中注入井、产出井和辅助井内通常均铺设有套管和/或内衬管且按需要彼此连通，其中所述辅助井通常包括点火井、冷冻井、屏蔽井和防护井等，其中注入井通常为水平定向井，而产出井和辅助井通常可以为水平定向井或垂直井。因此，在煤炭地下气化过程中，最基本的完井系统由彼此连通且内部铺设有套管和/或内衬管的注入井和产出井组成，亦称为煤炭地下气化单元或井对。在煤炭地下气化过程中，相关地下区域包括燃烧区、气化区和热解区，其中：燃烧区一般从氧化剂和气化剂注入点开始延伸，在燃烧区中煤在氧化剂和气化剂存在下发生燃烧和气化；气化区位于燃烧区下游或以放射状围绕在燃烧区周围，在气化区中煤主要被气化和部分氧化生成产品气；热解区位于气化区下游，在热解区发生煤的热解。对于理想的煤炭地下气化过程来说，一般希望煤的热解尽可能少。随着煤炭地下气化过程的逐渐推进，煤层中形成的燃空区逐渐变大，最终地下煤藏完全被消耗，仅留下煤灰。在煤炭地下气化过程中，所生成的产品气通常包含CO、CO2、H2、CH4及固体颗粒、水、煤焦油和烃以及少量H2S、NH4和COS等。所述产品气的具体组成通常取决于多个因素，包括所使用的氧化剂(例如空气、富氧空气或纯氧)、水的存在(煤层水或周边地层渗入煤层的水)、煤的质量以及所采用的工艺参数(温度和压力等)。为了点燃地下煤层开始煤炭地下气化过程，需要在氧化剂如空气、富氧空气或纯氧存在下，将地下煤层加热到着火点。各种煤如褐煤、烟煤、无烟煤、焦炭的着火点一般为400-700℃。当氧化剂充足且温度达到着火点后，不再需要外部供热，煤层可通过自身燃烧来维持整个燃烧/气化过程。因此，在煤炭地下气化过程的点火阶段，点燃地下煤层并使之持续燃烧需要燃料、热量和氧化剂，其中待气化的煤炭自身可以作为燃料，初始热量通常来自外部来源，包括外加点火燃料燃烧产生的热量，氧化剂如空气或氧气通常也由外部供给。在煤炭地下气化过程中，在保持井系统完整性的情况下安全高效地点燃地下煤层非常重要，但在现有技术中，煤炭地下气化过程的点火阶段在多个方面仍存在问题和需要改进。具体地，在燃料方面，现有技术中常用的点火燃料如三乙基硼(TEB,(C2H5)3B)或硅烷(SiH4)或者它们与低碳烃如甲烷、乙烷、丙烷等的混合物通常在暴露于空气或氧气时会发生反应，使用起来安全性不够，而地下煤层中可能存在的夹矸层也不利于煤层点火；在热量方面，注入井内衬管和/或套管可能影响点火时的初始热量聚焦到目标煤层，较湿煤层需要更多热量蒸发水分而使点火困难，点火过程中还要保持产出井温度以防止煤挥发分和煤热解产物重组分(如焦油、沥青等)冷凝导致产出井堵塞；另外，在氧化剂的引入和使用以及设备的选择和配置方面也存在问题或缺陷。因此，如果能够进一步改进点火燃料以提供更多初始热量以及进一步改进或优化井系统配置以充分利用所述初始热量必然是有利的。WO2014/089603A1公开了一种用于地下煤层点火的设备，如其附图1所示，其中点火设备在入口15和出口17之间为混合腔40，该混合腔中包含点火燃料和氧化剂混合物，所述点火燃料可以为烃类气体如甲烷、丙烷、丁烷等，氧化剂可以为空气、富氧空气、富含氧的气体混合物或纯氧，所述点火设备还包括可燃的燃烧器喷嘴端35，该可燃的燃烧器喷嘴端自身可燃并且可进一步包含铝热剂，目的是通过燃烧或反应放热来促进煤层点火。可知该专利中主要通过低碳烃有氧燃烧来实现点火，尽管其中利用铝热剂来促进低碳烃燃烧，但并没有很好地解决煤炭地下气化过程点火阶段的燃料和热量供应。针对现有技术，本技术进一步改进了煤炭地下气化过程的点火阶段及其中所应用的点火设备，尤其是改进了点火设备的燃料和点火阶段的热量供应，从而可以更好地实现地下煤层点火。
技术实现思路
针对现有技术，本技术提供了一种用于煤炭地下气化过程的点火设备，还提供了这种点火设备在煤炭地下气化过程点火阶段中的应用。本技术提供了一种用于煤炭地下气化过程的点火设备，其中所述点火设备包括彼此按顺序连接的输送装置、断开装置、点火引信和一个或多个燃料包，其中多个燃料包彼此串联，和其中：所述输送装置为连续油管、接合管或集成信号电缆；所述点火引信贯穿通过一个或多个燃料包和用于以延迟方式从设备端部开始引燃一个或多个燃料包；所述断开装置在启动点火引信后断开，由此回撤包括输送装置在内的点火设备部件至少至安全位置；和所述燃料包中包含铝热剂和用于被引燃后点燃地下煤层,所述铝热剂为铝粉和能够与之发生铝热反应的金属氧化物的颗粒状混合物，所述金属氧化物选自三氧化二铁、四氧化三铁、氧化铜、三氧化二镍、氧化镍、五氧化二钒、三氧化二铬和二氧化锰，优选为三氧化二铁和四氧化三铁，其中铝粉与所述金属氧化物的混合比为铝热反应化学计量比的0.5-2.0、优选为0.7-1.5和更优选为0.8-1.2倍，和其中所述铝热剂的用量足以提供20秒至10分钟、优选30秒到7分钟的点火时间。本技术还提供了一种煤炭地下气化方法，其中在地下煤层中设有用于煤炭地下气化的完井系统，其中利用本技术的点火设备进行点火，和点火成功后开始气化过程，其中当输送装置为连续油管或接合管时，连续油管或接合管内部及连续油管或接合管与注入井内衬管之间的环隙用作点火阶段的氧化剂通道，和当输送装置为集成信号电缆时，用管道扶正圈密封燃料包与注入井内衬管之间环隙后使用注入井内衬管作为燃料包推送气体通道及点火阶段的氧化剂通道。按照本技术，所述点火设备组合应用了输送装置、断开装置、点火引信和一个或多个燃料包，其中输送装置可以准确地输送和定位燃料包，点火引信以延迟方式从设备端部开始引燃一个或多个燃料包(即从最接近所述设备端部的燃料包开始或从与点火引信距离最远的燃料包开始)，断开装置在启动点火引信后断开，由此可以回撤包括输送装置在内的点火设备部件至少至安全位置以供后续应用，而所述燃料包经具体设计后可以提供足够的初始热量加热地下煤层至其着火点，由此点燃地下煤层。按照本技术，在所述煤炭地下气化方法中，在点火阶段发生故障如发生产出井堵塞和/或氧泄漏而未点燃煤层的情况下，或者在气化过程中发生煤层中断不能继续气化的情况下，可以利用本技术的点火设备进行再次点火，包括二次点火及多次点火，直到再次点燃煤层，从而保证了煤炭地下气化过程的最终实施。因此，利用本技术的点火设备可以安全高效地实现地下煤层点火以开始和/或继续煤炭地下气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于煤炭地下气化过程的点火设备，其中所述点火设备包括彼此按顺序连接的输送装置、断开装置、点火引信和一个或多个燃料包，其中多个燃料包彼此串联，和其中：所述输送装置为连续油管、接合管或集成信号电缆；所述点火引信贯穿通过一个或多个燃料包和用于以延迟方式从设备端部开始引燃一个或多个燃料包；所述断开装置在启动点火引信后断开，由此回撤包括输送装置在内的点火设备部件至少至安全位置；和所述燃料包中包含铝热剂和用于被引燃后点燃地下煤层,所述铝热剂为铝粉和能够与之发生铝热反应的金属氧化物的颗粒状混合物，所述金属氧化物选自三氧化二铁、四氧化三铁、氧化铜、三氧化二镍、氧化镍、五氧化二钒、三氧化二铬和二氧化锰，其中铝粉与所述金属氧化物的混合比为铝热反应化学计量比的0.5‑2.0倍，和其中所述铝热剂的用量足以提供20秒至10分钟的点火时间。

【技术特征摘要】
1.一种用于煤炭地下气化过程的点火设备，其中所述点火设备包括彼此按顺序连接的输送装置、断开装置、点火引信和一个或多个燃料包，其中多个燃料包彼此串联，和其中：所述输送装置为连续油管、接合管或集成信号电缆；所述点火引信贯穿通过一个或多个燃料包和用于以延迟方式从设备端部开始引燃一个或多个燃料包；所述断开装置在启动点火引信后断开，由此回撤包括输送装置在内的点火设备部件至少至安全位置；和所述燃料包中包含铝热剂和用于被引燃后点燃地下煤层,所述铝热剂为铝粉和能够与之发生铝热反应的金属氧化物的颗粒状混合物，所述金属氧化物选自三氧化二铁、四氧化三铁、氧化铜、三氧化二镍、氧化镍、五氧化二钒、三氧化二铬和二氧化锰，其中铝粉与所述金属氧化物的混合比为铝热反应化学计量比的0.5-2.0倍，和其中所述铝热剂的用量足以提供20秒至10分钟的点火时间。2.根据权利要求1所述的点火设备，其中所述燃料包中的金属氧化物选自三氧化二铁和四氧化三铁，其中铝粉与所述金属氧化物的混合比为铝热反应化学计量比的0.8-1.2倍，和其中所述铝热剂的用量足以提供30秒至7分钟的点火时间。3.根据权利要求1或2所述的点火设备，其中从设备端部开始在一个或多个燃料包前端设有用于封堵点火前沿通道的塞子和在多个燃料包尾端设有用于平衡的相同塞子,所述塞子的材料为碳钢或熔点高于铝的金属。4.根据权利要求1或2所述的点火设备，其中所述燃料包的外壳为具有合适强度并且能够被铝热反应熔化的金属外壳，所述燃料包的外壳上任选包括一些随机分布...

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