本發明專利技術涉及一種地下氣化爐停車及燃空區復原處理方法，該方法包括：a）切斷氧化劑的注入；b）氮氣吹掃；c）氧化劑注入設備移除；d）定點注入冷卻劑進行停車滅火；e）終止燃空區內化學反應等步驟，本發明專利技術的地下氣化爐停車和后續處理方法有以下優點：采用少量空分副產品氮氣對整個系統進行吹掃，防止停車階段氧化劑的泄漏造成復燃以及回燒造成設備損毀問題；注入少量冷卻劑或空分副產品氮氣對氣化爐燃燒區進行定點快速滅火，無需大量氣體連續循環注入，有效地降低了運營成本；綜合考慮了煤層頂/底板和上覆/下伏巖層的地質結構和條件，避免了停車階段的各種地質災害和二次污染問題。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種用于煤炭地下氣化工藝的地下氣化爐停車及燃空區復原處理方法，屬于煤炭地下氣化工藝設備
技術介紹
煤炭地下氣化（ISC）是一種通過對地下煤層的可控燃燒（不完全燃燒）和氣化反應，把煤直接轉化為氣體產品的工藝過程。產品氣通常被稱為合成氣，可以作為燃料生產、化工生產、發電等下游工藝的原料。該工藝過程集合了建井完井、地下采煤和煤氣化工藝技術，具有安全性好、投資小、效益高、污染少等優點。通過地面鉆井直通煤層，給氧化劑注入和產品氣輸出提供了有效通道。一個用于氧化劑注入的鉆井稱為“注入井”，另外一個用于生產產品氣的鉆井稱為“產品井”。定向水平鉆井和垂直鉆井都可作為注入井或產品井。當煤層中有注入井、產品井和水平通道將二者連接起來時，此構造被稱為一個煤炭地下氣化（ISC）單元或井對。ISC單元包括燃燒區，氣化區和熱解區。通過煤炭地下氣化生成的產品氣（粗合成氣）通常含有合成氣（CO,CO2,H2,CH4等）以及其他雜質成分（固體顆粒，水，煤焦油，H2S,NH4,COS等）。粗合成氣由經產品井輸送至地面，再通過地面管線輸送到下游裝置進行處理和應用。當地下氣化過程隨著注入井內襯管后退到達預定位置，標志著地下氣化爐的壽命結束，需要對其進行有效地停車熄火，以防止煤層不可控燃燒造成的資源浪費和井完整性的破壞。同時需要對地下氣化爐的燃空區進行有效地后續處理，以防止煤層在高溫下持續熱解析出污染物以及氣化過程中殘留污染物造成的環境問題。現有技術通常采用注入水、水蒸氣或氮氣（CN101581211B,CN101581213A,CN101581210A）等方法對氣化爐燃空區進行熄火處理，這樣往往需要大量的氣體循環注入，成本較高。近期，公開號為CN102587883B的中國專利技術專利申請書公開了一種煤炭地下氣化爐熄爐方法。其利用負壓提高地下水或煤層水向氣化爐燃空區的滲透率，進而使水進入燃空區，通過水的蒸發吸熱和水蒸氣與高溫煤層反應吸熱達到熄爐的目的。其主要技術缺點在于，其一，該方法未考慮煤層頂/底板和上覆/下伏巖層的地質條件而直接通過抽負壓快速降低氣化爐燃空區（0kPa或40kPa）與靜水壓的壓差來提高地下水進入煤層的滲透率。這種情況極易破壞煤層頂/底板和上覆/下伏巖層的相對密閉性，形成較大的孔隙和裂紋，造成涌入水不可控。嚴重情況容易形成煤層和含水層的直接貫穿，造成突水、頂板和上覆巖層的直接垮塌甚至地層下沉等地質問題。其二，該方法在熄爐過程中未實施任何污染物處理以及燃空區復原處理，容易造成污染物直接快速冷凝并持續駐留在燃空區內，最終給污染物處理造成較大困難。如果一旦發生上述煤層與含水層貫穿的情況，則容易出現污染物擴散的問題。其三，該方法需要通過抽風機持續抽氣直至氣體溫度降低至90℃，導致整個熄爐過程能耗較高。公開號CN101381149B的中國專利技術專利申請書公開了一種煤炭地下氣化污染的復原方法。具體是從地面向燃空區注入一定濃度的雙氧水，將地下廢水中的酚類有機污染物氧化分解。該方法僅針對于酚類污染物，相對單一。同時，燃空區體積較大，雙氧水價格較高，較大程度的提高了項目的成本。綜上所述，現有的地下氣化爐停車及燃空區復原處理技術還是需要進一步改進和提高，以滿足煤炭地下氣化工業化項目的相關要求。
技術實現思路
本專利技術的目的在于解決現有技術的不足，提供一種用于煤炭地下氣化工藝的地下氣化爐停車及燃空區復原處理方法。本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案是：本專利技術提供了一種用于煤炭地下氣化工藝的地下氣化爐停車及燃空區復原處理方法，所述地下氣化爐包括至少一個注入井、一個產品井和燃空區，該氣化爐建設在經過詳細選址流程論證滿足煤炭地下氣化工藝要求的現場，所述方法包括如下步驟：a）當地下儀表監控系統顯示地下氣化過程已達到設計位置時，控制系統自動切斷氧化劑的注入；b）采用高壓氮氣吹掃整個氧化劑注入設備，將殘留在氧化劑注入設備內的氧化劑全部移除；c）通過連續油管卷軸和井口控制設備將氧化劑注入設備拉回并移出注入井，回撤過程中保持冷卻劑的注入，防止燃燒區的高溫回燒損壞氧化劑注入設備；d）移出氧化劑注入設備后，繼續通過注入井注入冷卻劑或/和氮氣對靠近注入井底部位置的氣化爐高溫燃燒區進行停車滅火；e）當高溫燃燒區溫度降低到500℃以下，且產品井出口處產品氣組分中一氧化碳的含量低于0.1mol%時，燃空區內燃燒和氣化反應停止；f）對于煤層頂/底板或/和上覆/下伏巖層內含水層充足的情況，停止注入冷卻劑或/和氮氣，并關閉注入井；或者對于煤層頂/底板或/和上覆/下伏巖層內含水層缺乏的情況，繼續通過注入井注入冷卻劑或/和氮氣；g）通過產品井出口處的控制閥逐漸降低氣化爐操作壓力，降低氣化爐操作壓力過程中確保產品井內的氣流速率大于最小夾帶速率，以將蒸汽吹掃和抽提后的污染物輸送至地表處理；h）當高溫燃燒區溫度降低到350℃以下，地下煤層的熱解反應停止，整個氣化爐停車完成；i）連續重復步驟g，直至產品井溫度低于100℃，結束蒸汽吹掃和抽提過程；j）蒸汽吹掃和抽提結束后，對燃空區抽水，進行水浸出處理，至產品井出口的工藝水各項指標符合工業排放標準或達到地下水初始基線標準；k）根據燃空區的地質情況，通過注入井注入固體廢物對燃空區進行回填，或者通過將填充材料與經處理的工藝水混合成漿料注入燃空區；l）移除注入井和產品井內的所有可回收地下設備；m）通過注入井注入高壓空氣或氮氣直至燃空區壓力達到靜水壓；n）移除注入井和產品井的井口設備，并對其進行封井棄井處理；o）連續對項目現場所有監測井內的地下水質量進行檢測和監控，預防和及時處理任何可能出現的環境問題。優選的，所述注入井和產品井內部安裝有完整性良好的完井設施和地下儀表設備，包括高溫井口設備、通過高溫水泥固定在地層內的套管以及地下儀表監控系統，套管將注入井和產品井與地下各含水層完全隔離，地下儀表監控系統用于監測和控制注入井和產品井的操作以確保其完整性，燃空區沿著注入井內襯管方向延伸至產品井。優選的，步驟d）中進行停車熄火時，保持產品井的正常操作工藝參數，防止由于停車熄火過程中產生大量過熱飽和蒸汽造成氣化爐壓力過高。優選的，步驟h）結束后，如果目標煤層的煤層氣含量較高，保持燃空區的操作壓力低于靜水壓，采集燃空區周邊煤層內的煤層氣，通過連續重復步驟g），直至產品氣內的甲烷含量達90%以上。優選的，步驟g）中降低氣化爐操作壓力0-0.5MPa/次。優選的，步驟j）中抽水采用螺桿抽油泵、有桿泵或深水泵。為了使本專利技術更簡單易懂，便于實際操作，一個或多個首選的具體實施方式將參照附圖，僅以舉例的形式進行描述。附圖說明圖1是氣化爐停車滅火及飽和蒸汽吹掃和抽提過程示意圖。圖2是氣化爐（含水層充足）飽和蒸汽吹掃和抽提過程示意圖。圖3是氣化爐水浸出過程示意圖。圖4是處理結束后封井棄井示意圖。1.上覆巖層；2.含水層；3.煤層頂板；4.煤層；5.煤層底板；6.燃空區；7.注入井；8.產品井；9.混合氣（包含粗合成氣，飽和蒸汽，煤層氣，污染物等）；10.涌入水；11.注入的冷卻劑或氮氣；12.注入水（定期循環注入）；13.工藝水；14.水泵；15.氣相隔離層；16.填充層；17.水泥；18.煤灰和煤焦層；19.煤焦層。具體實施方本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種用于煤炭地下氣化工藝的地下氣化爐停車及燃空區復原處理方法，所述地下氣化爐包括至少一個注入井、一個產品井和燃空區，其特征在于，所述方法包括如下步驟：a）當地下儀表監控系統顯示地下氣化過程已達到設計位置時，控制系統自動切斷氧化劑的注入；b）采用高壓氮氣吹掃整個氧化劑注入設備，將殘留在氧化劑注入設備內的氧化劑全部移除；c）通過連續油管卷軸和井口控制設備將氧化劑注入設備拉回并移出注入井，回撤過程中保持冷卻劑的注入，防止燃燒區的高溫回燒損壞氧化劑注入設備；d）移出氧化劑注入設備后，繼續通過注入井注入冷卻劑或/和氮氣對靠近注入井底部位置的氣化爐高溫燃燒區進行停車滅火；e）當高溫燃燒區溫度降低到500℃以下，且產品井出口處產品氣組分中一氧化碳的含量低于0.1mol%時，燃空區內燃燒和氣化反應停止；f）對于煤層頂/底板或/和上覆/下伏巖層內含水層充足的情況，停止注入冷卻劑或/和氮氣，并關閉注入井；或者對于煤層頂/底板或/和上覆/下伏巖層內含水層缺乏的情況，繼續通過注入井注入冷卻劑或/和氮氣；g）通過產品井出口處的控制閥逐漸降低氣化爐操作壓力，降低氣化爐操作壓力過程中確保產品井內的氣流速率大于最小夾帶速率，以將蒸汽吹掃和抽提后的污染物輸送至地表處理；h）當高溫燃燒區溫度降低到350℃以下，地下煤層的熱解反應停止，整個氣化爐停車完成；i）連續重復步驟g，直至產品井溫度低于100℃，結束蒸汽吹掃和抽提過程；j）蒸汽吹掃和抽提結束后，對燃空區抽水，進行水浸出處理，至產品井出口的工藝水各項指標符合工業排放標準或達到地下水初始基線標準；k）根據燃空區的地質情況，通過注入井注入固體廢物對燃空區進行回填，或者通過將填充材料與經處理的工藝水混合成漿料注入燃空區；l）移除注入井和產品井內的所有可回收地下設備；m）通過注入井注入高壓空氣或氮氣直至燃空區壓力達到靜水壓；n）移除注入井和產品井的井口設備，并對其進行封井棄井處理；o）連續對項目現場所有監測井內的地下水質量進行檢測和監控，預防和及時處理任何可能出現的環境問題。...
【技術特征摘要】
1.一種用于煤炭地下氣化工藝的地下氣化爐停車及燃空區復原處理方法，所述地下氣化爐包括至少一個注入井、一個產品井和燃空區，其特征在于，所述方法包括如下步驟：a）當地下儀表監控系統顯示地下氣化過程已達到設計位置時，控制系統自動切斷氧化劑的注入；b）采用高壓氮氣吹掃整個氧化劑注入設備，將殘留在氧化劑注入設備內的氧化劑全部移除；c）通過連續油管卷軸和井口控制設備將氧化劑注入設備拉回并移出注入井，回撤過程中保持冷卻劑的注入，防止燃燒區的高溫回燒損壞氧化劑注入設備；d）移出氧化劑注入設備后，繼續通過注入井注入冷卻劑或/和氮氣對靠近注入井底部位置的氣化爐高溫燃燒區進行停車滅火；e）當高溫燃燒區溫度降低到500℃以下，且產品井出口處產品氣組分中一氧化碳的含量低于0.1mol%時，燃空區內燃燒和氣化反應停止；f）對于煤層頂/底板或/和上覆/下伏巖層內含水層充足的情況，停止注入冷卻劑或/和氮氣，并關閉注入井；或者對于煤層頂/底板或/和上覆/下伏巖層內含水層缺乏的情況，繼續通過注入井注入冷卻劑或/和氮氣；g）通過產品井出口處的控制閥逐漸降低氣化爐操作壓力，降低氣化爐操作壓力過程中確保產品井內的氣流速率大于最小夾帶速率，以將蒸汽吹掃和抽提后的污染物輸送至地表處理；h）當高溫燃燒區溫度降低到350℃以下，地下煤層的熱解反應停止，整個氣化爐停車完成；i）連續重復步驟g，直至產品井溫度低于100℃，結束蒸汽吹掃和抽提過程；j）蒸汽吹掃和抽提結束后，對燃空區抽水，進行水浸出處理，至產品井出口的工藝水各項指標符合工業排放標準或達到地下水初始基線標準；k）根據燃空區的地質情況，通過注入井注入固體廢物對燃空區進行回填，或者通過將填充材料...
【專利技術屬性】
技術研發人員：閔振華，卡斯珀·揚·亨德利克·伯格，汪原理，
申請(專利權)人：中為上海化學有限公司，
類型：發明
國別省市：上海;31
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