一种用于煤炭地下原位热解焦油提质的系统及方法与流程

本发明属于煤炭地下热解，具体涉及一种用于煤炭地下原位热解焦油提质的系统及方法。

背景技术：

1、煤炭是当前世界上重要能量来源之一，很长的一段时间之内煤炭还是我们人类的生产生活必不可缺的能量来源之一。基于我国独特的能源禀赋，以煤为主的化石能源仍是未来一段时间能源消费的重要支撑。现有煤炭资源利用主要是进行煤炭开采，然后运输到地面进行干馏，该过程存在成本高、碳排放量大、排放污水废气废渣等。

2、近年来有学者根据油页岩原位加热开采技术提出了煤炭地下原位开采技术，该过程煤炭不经过开采，直接在地层通过载体进行热解反应，将热解后的油气产物导出地面并进行后学分离以及深加工。相比于传统的开采技术，煤炭原位热解技术据有占地面积小、开采环境安全、人力成本低等优势，而且，煤炭原位热解也是一种煤炭利用率高可持续发展的环境友好型开采方式。

3、煤炭热解焦油的提质需要大量工艺操作，现有技术主要是将焦油产品抽采后运输至地面进行分馏提质，但是重质焦油粘结性很强，容易粘黏在管道壁上，无论是开采还是运输都极为不利。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于煤炭地下原位热解焦油提质的系统及方法，以解决煤炭热解焦油后运输至地面进行分馏提质时，焦油如果附着在管壁上，对开采运输不利的问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

3、第一方面，本发明提供一种用于煤炭地下原位热解焦油提质的系统，包括：

4、开采井、制氢模块、裂解催化剂层、采出井、加氢催化剂装置、第一加热器、第一加压器、第二加热器、第二加压器、冷凝分离器和气体分离装置；

5、所述开采井和采出井竖直设置在煤层内；

6、所述采出井底部设有催化裂解层，所述采出井侧壁设有催化裂解管道，所述催化裂解管道的入口与第二加压器的出口相连，所述催化裂解管道的出口设置在催化裂阶层的下方；

7、所述制氢模块设置在煤层内，所述制氢模块的出口与气体分离装置的第一入口相连；

8、所述气体分离装置的第一出口与第一加热器的入口相连，所述气体分离装置的第二出口与第二加热器的入口相连，所述气体分离装置的第二入口与冷凝分离器的出口相连；

9、所述第一加热器的出口与第一加压器的入口相连，所述第一加压器的出口与开采井的入口相连；

10、所述第二加热器的出口与第二加压器的入口相连；

11、所述采出井的出口与冷凝分离器的入口相连，所述加氢催化剂装置竖直设置在煤层内。

12、本发明的进一步改进在于：所述加氢催化剂装置包括若根竖直设置的支撑杆，每根所述支撑杆侧壁上均匀设有若干第一催化剂。

13、本发明的进一步改进在于：所述制氢模块包括两根竖直井，所述两根竖直井的底部之间通过水平井相连通，所述水平井内设有甲烷化催化剂填充层，两根所述竖直井的中部均设有甲烷水蒸气重整催化剂填充层，两根所述竖直井的出气口与氢气分离装置的进气口相连。

14、本发明的进一步改进在于：所述竖直井外壁设有保温层。

15、本发明的进一步改进在于：所述第一加热器用于对第一加压器用于氢气和水蒸气进行高温加热，第一加压器用于对高温加热后的氢气和水蒸气进行加压，形成高温混合热载体。

16、本发明的进一步改进在于：所述冷凝分离器用于对焦油进行提质分离，冷凝分离器温度小于等于50℃。

17、本发明的进一步改进在于：所述气体分离器用于对气体产物进行分离，分离气包括热解气和循环气；

18、所述循环气包括h2o、h2、ch4和co2；

19、所述热解气包括小分子烷烃、co和h2s气体。

20、本发明的进一步改进在于：所述第一催化剂为镍-钼类催化剂，所述催化裂解层所用的催化剂为钼-铁基类催化剂。

21、第二方面，本发明提供一种用于煤炭地下原位热解焦油提质的方法，包括：

22、由上地层向煤层内挖掘开采井和采出井，压裂煤层形成煤层裂缝；

23、h2和h2o在第一加热器里混合加热后通入第一加压器，加压后形成高温混合热载体；高温混合热载体由开采井通入煤层裂缝，加热煤层并进行热解，形成油气混合物；

24、油气混合物在加氢催化剂装置的加氢提质工段进行催化除杂，获得催化后的油气混合物；

25、ch4和co2在第二加热器加热后运输到第二加压器加压后由催化理解管道通入煤层底部；加氢提质后的油气混合物，在催化裂解层与通入底部的ch4和co2进行催化裂解，获得油气产物；

26、通过采出井开采油气产物，开采后的油气产物通入冷凝分离器分离出提质焦油，剩余混合气体；混合气体进入气体分离装置分离出热解气与其他气体，热解气通入第一加热器和第二加热器循环利用。

27、本发明的进一步改进在于：所述油气混合物内包含混合气体和重质焦油，重质焦油在催化裂解层与通入底部的ch4和co2进行催化裂解，获得轻质焦油，混合气体在气体分离装置中分离出热解气。

28、本发明至少具有以下有益效果：

29、本发明开采注入井和采出井，在煤层底部紧贴煤层下边界处设置催化剂层，将高温混合热载体由注入井通入煤层裂缝，热解形成油气混合物，油气混合物依次在加氢催化剂装置和催化裂解层进行加氢提质和催化裂解，获得油气产物，油气产物通过冷凝分离器分离出提质焦油，再通过气体分离装置分离出热解气进行循环利用；使得焦油直接在井下提质，无需抽采分离后在地面上进行工艺操作；利用地下的高压条件进行加氢脱杂原子反应以及重质焦油的催化裂解重整。避免了对焦油产品的运输和加工，提高了产业工艺效率，降低能耗。

技术特征：

1.一种用于煤炭地下原位热解焦油提质的系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种用于煤炭地下原位热解焦油提质的系统，其特征在于，所述加氢催化剂装置(8)包括若根竖直设置的支撑杆(81)，每根所述支撑杆(81)侧壁上均匀设有若干第一催化剂(82)。

3.根据权利要求1所述的一种用于煤炭地下原位热解焦油提质的系统，其特征在于，所述制氢模块包括两根竖直井，所述两根竖直井的底部之间通过水平井相连通，所述水平井内设有甲烷化催化剂填充层(152)，两根所述竖直井的中部均设有甲烷水蒸气重整催化剂填充层(151)，两根所述竖直井的出气口与氢气分离装置(18)的进气口相连。

4.根据权利要求3所述的一种用于煤炭地下原位热解焦油提质的系统，其特征在于，所述竖直井外壁设有保温层。

5.根据权利要求1所述的一种用于煤炭地下原位热解焦油提质的系统，其特征在于，所述第一加热器(9)用于对第一加压器(10)用于氢气和水蒸气进行高温加热，第一加压器(10)用于对高温加热后的氢气和水蒸气进行加压，形成高温混合热载体。

6.根据权利要求1所述的一种用于煤炭地下原位热解焦油提质的系统，其特征在于，所述冷凝分离器(13)用于对焦油进行提质分离，冷凝分离器(13)温度小于等于50℃。

7.根据权利要求1所述的一种用于煤炭地下原位热解焦油提质的系统，其特征在于，所述气体分离器(12)用于对气体产物进行分离，分离气包括热解气和循环气；

8.根据权利要求1所述的一种用于煤炭地下原位热解焦油提质的系统，其特征在于，所述第一催化剂(82)为镍-钼类催化剂，所述催化裂解层(6)所用的催化剂为钼-铁基类催化剂。

9.一种用于煤炭地下原位热解焦油提质的方法，其特征在于，基于权利要求1-8中任一项所述的一种用于煤炭地下原位热解焦油提质的系统，包括：

10.根据权利要求8所述的一种用于煤炭地下原位热解焦油提质的方法，其特征在于，所述油气混合物内包含混合气体和重质焦油，重质焦油在催化裂解层(6)与通入底部的ch4和co2进行催化裂解，获得轻质焦油，混合气体在气体分离装置(14)中分离出热解气。

技术总结本发明属于煤炭地下热解技术领域，具体公开了一种用于煤炭地下原位热解焦油提质的系统及方法，本发明开采注入井和采出井，在注入井和采出井之间设置加氢提质装置，在采出井底部设置催化裂解层，将高温混合热载体由注入井通入煤层裂缝，热解形成油气混合物，油气混合物依次在加氢提质装置的加氢提质工段和催化裂解加氢提质装置进行加氢改质和催化裂解，获得油气产物，通过冷凝分离器分离出提质焦油，再通过气体分离装置分离出热解气进行循环利用；使得焦油直接在井下提质，无需抽采分离后在地面上进行工艺操作；利用地下的高压条件进行加氢脱杂原子反应以及重质焦油的催化裂解重整。避免了对焦油产品的运输和加工，提高了产业工艺效率，降低能耗。技术研发人员：杨甫,王晶,杨盼曦,吴志强,马丽,俞尊义,王振东,段中会,杨伯伦,李明杰,魏进家受保护的技术使用者：陕西省煤田地质集团有限公司技术研发日：技术公布日：2024/3/31