一种基于强制点火型超临界水热燃烧装置的多元热流体发生系统，包括反应器、物料预处理模块、氧气供应模块、点火模块等，通过超临界水热燃烧技术产生多元热流体，满足稠油开采的生产工艺要求。本系统物料分级冷态入射，由点火装置强制点火，稳定产生水热火焰的同时避免物料析出无机盐造成管道堵塞腐蚀；系统运行过程中，由水热火焰提供产生多元热流体所需热量，无需外界供给额外能量，冷却模块保护反应器壁面从而安全，稳定，经济，高效地产生符合多元热流体开采稠油技术要求的多元热流体。元热流体开采稠油技术要求的多元热流体。元热流体开采稠油技术要求的多元热流体。
【技术实现步骤摘要】
一种基于强制点火型超临界水热燃烧装置的多元热流体发生系统
[0001]本专利技术属于稠油热采
，特别涉及一种基于强制点火型超临界水热燃烧装置的多元热流体发生系统。
技术介绍
[0002]多元热流体开采稠油技术以多元热流体(CO2、H2O、N2等)作为热载体，通过热力降粘，气体溶解，补充地层能量等作用实现稠油增产。相比于常规蒸汽开采稠油，多元热流体开采稠油技术极大地提高稠油开采效率。
[0003]超临界水热燃烧是利用超临界水(T
c
＝374.15℃，p
c
＝18.12MPa)独特的理化性质来实现有机物的高效燃烧。超临界水具有低密度、低粘度、低介电常数及高扩散系数等特点，氧气、空气、过氧化氢、水及绝大多数有机物可以在超临界水环境中任意比例互溶，气液相界面消失，超临界水氧化体系成为均相反应体系，消除了相间的传质传热阻力，并且水热火焰局部温度＞1000℃，从而反应速度大幅上升，可在毫秒内将有机物甚至一些难降解物质彻底氧化降解为CO2、H2O、N2等多元热流体。超临界水燃烧技术可以直接燃烧油田中的含有废水或稠油，产生多元热流体以供开采，具有极高的经济性，而且，超临界水热燃烧设备紧凑，占地面积小，适用于空间有限的海上石油开采平台。
[0004]不同于常规气相燃烧，超临界水热燃烧的环境中存在大量的水，如何稳定点火是水热燃烧的关键技术。目前多数水热燃烧装置采用热自燃着火，即燃料在反应器外加热至着火温度，在反应器内与氧化剂相遇着火。然而，高温会导致燃料中的无机盐在管道中析出，引发系统堵塞、腐蚀，严重的会造成系统爆炸。此外，预热器预热燃料所消耗的电能增加了系统运行成本。
技术实现思路
[0005]为了克服上述现有技术的缺点，解决常规蒸汽开采稠油效果趋于缓和，如何安全稳定地产生符合生产要求的多元热流体等问题，本专利技术的目的在于提供一种基于强制点火型超临界水热燃烧装置的多元热流体发生系统，采用强制点火方式，遵循点火能量逐级放大的思想，通过点燃点火装置附近的燃料，使火焰向四周传播从而点燃所有一级燃料，再由一级燃料产生的火焰点燃二级燃料。强迫点火实现了水热火焰稳定点火，物料以环境温度进入反应器，避免无机盐析出造成反应器堵塞腐蚀；点火能量逐级放大，无需大功率预热装置，大幅减少了系统运行费用。本专利技术以强制点火方式迅速、稳定地点燃不同性质的一级燃料和氧化剂，产生的水热火焰能够点燃大流量二级燃料，燃烧腔维持水热火焰稳定；通过物料预处理模块、氧气供应模块和反应器产生多元热流体，冷却模块保护反应器壁面，实现了安全稳定地生产符合开采需求的多元热流体，为稠油高效开采提供了可行方案。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种基于强制点火型超临界水热燃烧装置的多元热流体发生系统，包括：
[0008]反应器，在其中进行超临界水热燃烧反应，其包括反应筒体和盖体，在盖体上设置有一级燃料入口、二级燃料入口、氧化剂入口以及轴向的中心孔，中心孔与一级燃料入口和氧化剂入口连通；
[0009]点火模块，包括位于中心孔下部的稳燃室，所述中心孔的底端设置有一级燃料喷嘴，一级燃料喷嘴朝向稳燃室将一级燃料喷入稳燃室，点火装置的点火端伸入至稳燃室中将一级燃料点燃，所述稳燃室为贯通的筒体结构，其伸入至反应筒体的上部，所述二级燃料入口伸入反应筒体并朝向稳燃室的外表面；
[0010]物料预处理模块，包括甲醇储罐、软化水储罐和物料泵，甲醇储罐和软化水储罐的出口混合后连接物料泵的入口，物料泵将混合物料升压，其出口分为两路，分别连接一级燃料入口和二级燃料入口；
[0011]氧气供应模块，包括低温液氧储罐，低温液氧储罐的出口通过液氧泵连接液氧气化器，液氧气化器的出口连接氧气缓冲罐，氧气缓冲罐接氧化剂入口。
[0012]优选地，所述反应筒体内分为上部的燃烧室和下部的混合室，燃烧室与混合室之间以锥形通道相接，所述燃烧室中进行超临界水热燃烧反应，燃烧产物经所述锥形通道进入混合室，与掺混水混合形成多元热流体，所述混合室的底部为多元热流体出口。
[0013]优选地，本专利技术还包括冷却模块，冷却模块包括高压水供给出口和设置在燃烧室侧壁的水冷壁，冷壁水入口位于下方，冷壁水出口位于上方，所述高压水供给出口与冷壁水入口连通。
[0014]优选地，所述冷壁水出口回接掺混水入口，所述高压水供给出口分为两路，一路接冷壁水入口，另一路上设有电动调节阀，并与掺混水入口连接，掺混水入口与混合室连通，电动调节阀控制掺混水流量。
[0015]优选地，所述点火装置沿所述中心孔轴向穿过一级燃料喷嘴的中心，伸入至所述稳燃室，一级燃料和氧化剂沿轴向向下流动，所述一级燃料喷嘴四周开有倾斜小孔，供一级燃料和氧化剂喷出，于点火装置高温末端处混合后被强制点火，产生水热火焰，引燃二级燃料。
[0016]优选地，所述一级燃料喷嘴为可替换喷嘴，当一级燃料粘度50mPa
·
s，且容易着火时，可采用小孔数量为6孔，倾斜角度为30
°
、45
°
或60
°
的喷嘴；当一级燃料粘度大于等于50mPa
·
s，且难以着火时，可采用小孔数量为8孔或10孔，倾斜角度为45
°
或60
°
的喷嘴，以增强其雾化混合效果。
[0017]优选地，所述点火装置为加热棒、高能点火器或等离子点火器。
[0018]优选地，所述一级燃料入口连通中心孔的上部，氧化剂入口连通中心孔的中下部。
[0019]优选地，所述甲醇储罐外设储冰槽保证罐内温度处于0℃左右，所述物料泵出口旁路设置用于消除管道中脉动的缓冲罐。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0021]1、适用于粘度大于50mPa
·
s的燃料，稳定点火：一级燃料喷嘴包括孔数6孔、8孔、10孔，孔倾斜角度30
°
、45
°
、60
°
等设计，为粘度大于50mPa
·
s的高粘度燃料提供良好的雾化混合效果；点火装置种类包括但不限于加热棒，高能点火器，等离子点火器等形式，以强制点火方式迅速、稳定地点燃不同性质的一级燃料和氧化剂，产生的水热火焰能够点燃大流量二级燃料，燃烧腔维持水热火焰稳定。
[0022]2、燃料冷态入射，避免反应系统堵塞。燃料以环境温度进入反应器，一级燃料被点火装置强迫点燃，二级燃料与稳燃室对流换热后温度上升，被一级燃料产生的水热火焰点燃，系统运行过程中无需额外的加热装置，燃料进入反应器前保持室温，避免了无机盐析出堵塞腐蚀系统，大幅降低了系统运行费用。
[0023]3、产生多元热流体，提高开采稠油效率：本系统产生含有CO2、H2O、N2等成分的多元热流体，相比于普通水蒸气，具有热力降粘，气体溶解，补充地层能量等作用，可极大地提高稠油开采效率。
附图说明
[0024]图1为本专利技术的整体结构示意图本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于强制点火型超临界水热燃烧装置的多元热流体发生系统，其特征在于，包括：反应器(9)，在其中进行超临界水热燃烧反应，其包括反应筒体和盖体，在盖体上设置有一级燃料入口(10)、二级燃料入口(11)、氧化剂入口(12)以及轴向的中心孔，中心孔与一级燃料入口(10)和氧化剂入口(12)连通；点火模块，包括位于中心孔下部的稳燃室(21)，所述中心孔的底端设置有一级燃料喷嘴(20)，一级燃料喷嘴(20)朝向稳燃室(21)将一级燃料喷入稳燃室(21)，点火装置(8)的点火端伸入至稳燃室(21)中将一级燃料点燃，所述稳燃室(21)为贯通的筒体结构，其伸入至反应筒体的上部，所述二级燃料入口(11)伸入反应筒体并朝向稳燃室(21)的外表面；物料预处理模块，包括甲醇储罐(1)、软化水储罐(2)和物料泵(3)，甲醇储罐(1)和软化水储罐(2)的出口混合后连接物料泵(3)的入口，物料泵(3)将混合物料升压，其出口分为两路，分别连接一级燃料入口(10)和二级燃料入口(11)；氧气供应模块，包括低温液氧储罐(4)，低温液氧储罐(4)的出口通过液氧泵(5)连接液氧气化器(6)，液氧气化器(6)的出口连接氧气缓冲罐(7)，氧气缓冲罐(7)接氧化剂入口(12)。2.根据权利要求1所述基于强制点火型超临界水热燃烧装置的多元热流体发生系统，其特征在于，所述反应筒体内分为上部的燃烧室和下部的混合室，燃烧室与混合室之间以锥形通道相接，所述燃烧室中进行超临界水热燃烧反应，燃烧产物经所述锥形通道进入混合室，与掺混水混合形成多元热流体，所述混合室的底部为多元热流体出口(16)。3.根据权利要求2所述基于强制点火型超临界水热燃烧装置的多元热流体发生系统，其特征在于，还包括冷却模块，冷却模块包括高压水供给出口(18)和设置在燃烧室侧壁的水冷壁，冷壁水入口(14)位于下方，冷壁水出口(13)位于上方，所述高压水供给出口(18)与冷壁水入口(14)连通。4.根据权利要求3所述基于强制点火型超临界水热燃烧装置的多元热流体发生系统...
【专利技术属性】
技术研发人员：王树众，李艳辉，李紫成，赫文强，张洁，张凡，孙圣瀚，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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