[发明专利]一种煤炭地下原位热解模拟装置及方法

说明书

本发明属于能源开采领域，具体涉及一种煤炭地下原位热解模拟装置及方法，包括高温高压供气模块、煤炭原位热解模块、伺服控制模块和产物调控分离模块；所述高温高压供气模块用于提供高温高压的蒸汽和惰性气体；所述煤炭原位热解模块用于热解煤炭试样；所述伺服控制模块用于实时准确检测模拟数据并根据模拟数据控制热解反应；所述产物调控分离模块用于将热解产物进行分离。本发明模拟原位环节下的煤炭热解，为煤炭地下原位热解提供理论基础和实验室模拟依据。

技术领域

本发明属于能源开采领域，具体涉及一种煤炭地下原位热解模拟装置及方法。

背景技术

我国能源结构呈现“缺油、少气、相对富煤”的资源禀赋特征，2020年，煤炭在一次能源消费总量中的占比约为58.3％，同比增长0.6％，在未来相当长的时期内，煤炭依然在我国的能源结构中占主体地位。2020年我国油气对外依存度分别达到73.5％和43.2％，而我国的低阶煤资源占据煤炭资源总量的一半以上，其中的挥发性物质是相当大的一笔“油气资源”，因此发展以煤热解为核心的煤制油、煤制天然气技术，对实现国内油气自主供应有着重要意义。

当前主要的煤炭热解技术均为地面热解，即煤炭通过井下开采运输，经洗选加工后进入地面热解设备转化为焦油、煤气以及半焦产品。但是地面热解存在占地面积大、热解半焦产能过剩、开采后地面塌陷、大气污染及水污染等问题。

煤炭地下热解即煤炭直接在地下通过热载体传递热量进行热解，所得油气产物通过生产井提取至地面进行分离加工的技术。相比于常规地面热解技术，地下原位热解有着占地面积小、可预防地面塌陷、碳排放足迹少、开采费用低等特点，具有广阔前景。

煤炭地下热解是处在一定的原岩应力条件下的热解，原位热解最大的特点是深部的煤岩体往往承受较高的轴向压力、围压及孔隙压力，目前现有的煤炭加压热解装置大体上分为加压热重分析仪、加压丝网反应器、加压固定床反应器、加压沉降管反应器及高温高压三轴试验机等。

加压热重分析仪往往用于样品的失重特性和动力学特性的研究中,适用于小批量，mg-g级的煤炭加压热解测试。加压丝网反应器大多用于小颗粒煤样的快速热解中；加压沉降管反应器是一种携带气流床反应器，可以提供极高的升温速率，也是适用于单颗粒反应条件。加压固定床反应器是一种气固在线反应评价系统，用于煤炭热解研究比较多，但其加压过程与富油煤在地下实际环境受到的压力相比仍有一定差距。

现有的高压热解装置往往是针对小颗粒煤快速热解，缺乏对地下环境所受轴向、围向压力下进行模拟的热解装置。因此一种煤炭地下原位热解模拟装置及方法对能源开发有重大意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤炭地下原位热解模拟装置及方法，以解决现有高压热解装置无法模拟地下煤炭状态，缺乏准确计算煤炭在高压下注汽热解特性，产物分布规律与温度压力之间关联的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，一种煤炭地下原位热解模拟装置，其特征在于，包括高温高压供气模块、煤炭原位热解模块、伺服控制模块和产物调控分离模块；

所述高温高压供气模块用于向煤炭原位热解模块提供高温高压的热载体，所述介质为蒸汽、惰性气体、还原性气体或低浓度含氧气体；

所述煤炭原位热解模块用于利用高温高压供气模块提供的高温高压热载体热解煤炭试样，并产出热解产物；

所述伺服控制模块用于实时监测热解反应数据并根据热解反应数据控制热解反应速率；

所述产物调控分离模块用于将热解产物进行分离。

本发明的进一步改进在于：所述高温高压供气模块包括蒸汽发生器、气体汇流排、第一高压针阀和气体加热器；

所述煤炭原位热解模块包括第一管道加热器、第二管道加热器和热解反应器；