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耦合大功率微波加热的煤炭地下气化CRIP工艺研究 被引量：3
1
作者 葛腾泽 王创业 +5 位作者 刘猛 刘丹璐 高尔斯 吴松 袁淑霞 樊玉光 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期324-334,共11页
煤炭地下气化注入点可控后退(Controlled Retraction Injection Point,CRIP)工艺能够实现中深层煤炭资源的清洁高效原位开采,将我国富裕的煤炭资源转化为战略或缺的燃气资源。为取代CRIP工艺中氧气和点火液的注入、提高煤层气化反应活性... 煤炭地下气化注入点可控后退(Controlled Retraction Injection Point,CRIP)工艺能够实现中深层煤炭资源的清洁高效原位开采,将我国富裕的煤炭资源转化为战略或缺的燃气资源。为取代CRIP工艺中氧气和点火液的注入、提高煤层气化反应活性,基于煤炭地下气化生产工艺和微波加热技术特点,创新提出了耦合大功率微波加热的煤炭地下气化CRIP工艺设计,将气化剂和微波发生器产生的微波经由连续油管注入到地下煤层并在目标气化区释放。通过理论分析和实验研究,从微波的产生、传输、释放、与煤层作用、以及产业发展模式等方面分析了该工艺设计在工程实践中面临的难题和解决方案。研究结果表明,耦合大功率微波加热的煤炭地下气化CRIP工艺在技术上是可行的;在煤炭地下气化过程中加热煤层所需的热量较大,大功率磁控管可以满足工业生产规模需求;微波能够通过双层连续油管镀铜的内管外壁和外管内壁间的环形空间远距离传输到地下煤层;微波频率越高,微波功率衰减越快,2450 MHz和915 MHz频率微波在双层连续油管中传输500 m时,其功率分别衰减至15.6%和32.1%,中深层煤炭地下气化应选用较低频率来远距离、低损耗输送微波;在双层连续油管前端的外管壁面上按一定规则割开缝隙,形成微波释能器,将微波从管线中泄漏出来辐射煤层;原煤在干燥、热解和燃烧阶段都能够较好地吸收微波能而被加热,在有氧条件下煤样温度升高到587℃时焦炭被点燃,最高温度可达1080℃;风光电−储能−煤炭地下微波气化融合产业模式能够充分利用绿色能源,实现中深层煤炭清洁高效原位开采。研究能够为微波辅助煤炭地下气化提供理论基础和技术支持。 展开更多
关键词 煤炭地下气化 注入点可控后退 微波加热 注入井系统
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中深层煤炭地下气化的气化腔安全宽度计算方法 被引量：6
2
作者 东振 任博 +7 位作者 陈艳鹏 赵宇峰 陈浩 陈姗姗 薛俊杰 张梦媛 易海洋 吴瀚琦 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期183-193,共11页
煤炭地下气化是目前温度最高(超过1200℃)的化石能源非常规开发方式,中深层(本文指埋深800~1500 m)煤炭地下气化在提高气化压力、降低地质安全风险方面优势明显,科学预测气化腔安全宽度对保障气化稳定运行十分重要,由于目前基于可控注... 煤炭地下气化是目前温度最高(超过1200℃)的化石能源非常规开发方式,中深层(本文指埋深800~1500 m)煤炭地下气化在提高气化压力、降低地质安全风险方面优势明显,科学预测气化腔安全宽度对保障气化稳定运行十分重要,由于目前基于可控注入点后退(CRIP)工艺的气化腔安全宽度计算方法尚未建立,为保证现场试验顺利实施,需要开展针对性研究。气化腔顶板“裸露”在气化腔后会受到高温影响,通过数值模拟方法研究了压应力约束条件下岩石内部热应力产生位置以及颗粒、基质热膨胀系数差异对热应力大小的影响规律,结合高温处理后的岩石电镜扫描结果,查明了高温下岩石热损伤机理。根据CRIP气化工艺造腔特点,建立了考虑高温影响的气化腔顶板薄板模型,结合“关键层”理论提出了气化腔安全宽度计算方法。研究表明:岩石热损伤是岩石物理化学反应与热应力互相促进、共同作用的结果,高温下岩石发生不规则变形,岩石热损伤引起的微观结构变化是导致岩石力学性质、物理性质变化的根本原因。岩石的最大拉张热应力出现在颗粒界面或热膨胀系数较小的颗粒中,颗粒与基质热膨胀系数比值在[0.01~1)时,最大拉张热应力随颗粒热膨胀系数减小而快速增加。泥岩加热到200℃时开始出现微裂隙;加热到400℃时裂隙发育更加明显,主要是沿颗粒边缘破裂;加热到600~800℃时,裂隙数量增多、尺寸变大;加热到1000℃时,除出现较大裂隙外,还产生了大量孔隙;1200℃时裂隙连通性明显增加,气孔发育较大。由于高温的影响,薄板模型的步距准数不再是定值,需要根据气化腔顶板热破坏范围与顶板硬岩层的空间位置关系确定具体数值。气化腔安全宽度受温度影响,在研究算例中,砂岩顶板在35、1000℃时安全宽度计算结果分别为34.3 m和14.1 m,相差达58.9%,泥岩顶板在35、1000℃时安全宽度计算结果分别为16.7 m和15.9 m,相差4.8%。最后从降低顶板垮落风险、有利于气化控制角度,提出了煤层纵向靶区位置的确定方法,当煤层厚度超过气化腔安全宽度一半时,建议将水平井纵向靶区设计在距离煤顶不超过气化腔安全宽度一半的位置。 展开更多
关键词 煤炭地下气化 可控注入点后退工艺 气化腔 热应力 热损伤 薄板模型 步距准数 安全宽度
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我国中深层煤炭地下气化商业化路径 被引量：33
3
作者 孔令峰 张军贤 +3 位作者 李华启 朱兴珊 赵晨晖 徐加放 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期156-165,共10页
全球已开展的煤炭地下气化(UCG)矿场试验绝大多数都是在浅煤层进行的,受环境保护因素的制约很大;而中深煤层UCG项目环保优势突出、发展前景好于浅煤层,但选址因素却更加复杂、地下工程难度更大。为了实现我国中深层UCG技术的商业化,在... 全球已开展的煤炭地下气化(UCG)矿场试验绝大多数都是在浅煤层进行的,受环境保护因素的制约很大;而中深煤层UCG项目环保优势突出、发展前景好于浅煤层,但选址因素却更加复杂、地下工程难度更大。为了实现我国中深层UCG技术的商业化,在调研国内外UCG技术发展现状的基础上,分析归纳了UCG技术商业化所面临的主要问题,进而探析了中深层UCG项目商业化的路径。现有的问题包括:①浅煤层气化存在着较大的环保风险;②中深煤层气化工程难度较大;③在目前的技术水平条件下,UCG项目投资的经济性较差;④选址和系统配套等条件对于UCG项目的竞争力影响较大。研究结果表明:①从投资经济性的角度来考虑,中深层UCG项目单个地下气化单元(UGU)设计需要实现较高的日产气量和累计产气量,同时也需要较长的气化通道来控制大量的煤炭资源,还要解决好气化通道堵塞和破坏失效等问题;②中深层UCG属于资金和技术密集型项目,项目选址不仅要考虑地下条件因素,而且还要充分考虑产品市场和公用工程系统配套等条件。结论认为,我国可以优先考虑在新疆准东、哈密、三塘湖,内蒙古鄂尔多斯、二连、海拉尔等煤炭资源条件优越的油气产区建设UCG试验基地、部署先导试验和商业项目。这样做能够发挥与油气产业链的协同效益,或将是推动中深层UCG技术研发试验和商业化的最佳路径之一。 展开更多
关键词 中国 煤炭地下气化(UCG) 地下气化单元(UGU) 可控后退注入点(CRIP) 平行水平井组 分支水平井 “斜梯形”地下气化单元 集束连续油管 柔性可燃油管
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