[发明专利]一种煤炭原位转化制氢控制装置及连续制氢工艺

权利要求书

1.一种煤炭原位转化制氢控制装置，其特征在于，所述控制装置本体的第一端与多介质并输管路连接，所述控制装置本体的第二端呈开放式朝向高温煤层方向；所述控制装置包括：流体动力负压腔、水气混合室、第一注气通道和注水管；

其中，所述第一注气通道的出气端设置有节流喷嘴，所述节流喷嘴的出气端的截面积小于所述第一注气通道的出气端的截面积；

所述节流喷嘴位于所述流体动力负压腔中；所述流体动力负压腔的远离高温煤层的第一端包裹在所述节流喷嘴的外侧，所述流体动力负压腔的靠近高温煤层的第二端与所述水气混合室的远离高温煤层的第一端连接；所述水气混合室的第二端靠近高温煤层设置；

所述流体动力负压腔上设置有通孔，所述注水管的出水端与所述通孔相连。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述节流喷嘴的出气端的气体流速为50-100m/s。

3.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述水气混合室的截面积为所述第一注气通道的截面积的1/2-1/3。

4.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述节流喷嘴的出气端距离所述水气混合室的第一端与所述流体动力负压腔的第二端的连接处之间的间距为厘米级。

5.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括：第二注气通道；

所述第二注气通道是由所述控制装置的集成管内管与所述第一注气通道、所述注水管、所述流体动力负压腔、所述水气混合室之间的环空形成的；其中，所述第一注气通道、所述注水管、所述流体动力负压腔、所述水气混合室设置在所述集成管内管中；

所述第一注气通道用于注入氮气、二氧化碳、氧气中的至少一种；

所述第二注气通道用于注入氧气。

6.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括：旋流分布器；

所述旋流分布器设置在所述控制装置的集成管外管靠近高温煤层的一端；所述旋流分布器包括设定数量个叶片，其中，每个叶片远离集成管外管中轴线的第一端分别与所述集成管外管的内壁连接，每个叶片靠近集成管外管中轴线的第二端汇集于轴心并分别与所述轴心连接，所述轴心位于所述集成管外管中轴线上，所述设定数量个叶片以所述轴心为圆心，呈辐射状设置；

每相邻两个叶片之间的间隔构成一条旋流的气流通道，每条旋流的气流通道中流过的气流的第一气流方向与所述集成管内管中流过的气流的第二气流方向所形成的夹角大于0度；其中，所述集成管内管设置在所述集成管外管中。

7.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述夹角为30-60度。

8.一种基于权利要求1-7任一所述的煤炭原位转化制氢控制装置的煤炭原位转化连续制氢工艺，其特征在于，所述工艺包括：

向控制装置中的第一注气通道中注入第一气体，向所述控制装置中的注水管中注入液态水；

设置在所述第一注气通道的出气端的节流喷嘴将所述第一注气通道中的第一气体的流速增大，使所述控制装置中的流体动力负压腔的内部形成负压，所述注水管中的液态水在所述负压的作用下进入所述流体动力负压腔内，并在流速增大后的第一气体的流体动力作用下，被所述流速增大后的第一气体携带进入所述控制装置中的水气混合室，在所述水气混合室中被所述节流喷嘴的出气端的所述流速增大后的第一气体分散为小液滴，之后被携带至高温煤层。

9.根据权利要求8所述的工艺，其特征在于，所述控制装置以恒定的速度向注气井的方向移动。

10.根据权利要求9所述的工艺，其特征在于，所述移动速度为：

其中，u为后退速度；为在设定温度、设定压力下，煤层与CO₂反应的最大碳转化速率；ρ为煤层密度；h为煤层高度；k为煤层在设定压力下的CO₂渗透系数。