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一種原位低壓高溫煤制氫的方法

文檔序號:41713884發布日期:2025-04-25 16:45閱讀:來源:國知局

技術特征:

1.一種原位低壓高溫煤制氫的方法,其特征在于,包括以下步驟:

2.根據權利要求1所述的一種原位低壓高溫煤制氫的方法,其特征在于,當目標煤層(1)為傾斜煤層時,先將目標煤層(1)中最深層的煤全部制氫完成,并對形成的采空區(2)完成充填工作后,再在緊鄰采空區(2)的上行煤層沿著煤層走向繼續布置開采單元,直至將傾斜的目標煤層(1)從深到淺全部制氫完成。

3.根據權利要求2所述的一種原位低壓高溫煤制氫的方法,其特征在于,由生產井(9)、注入井(6)、注漿井(3)和準備井(11)構成的開采單元在傾斜煤層中平行于煤層走向布置,每個開采單元的井筒深度一致;目標煤層(1)中最深層的煤開始制氫,逐級完成所有煤體的制氫工作,在這個過程中,下部采空區(2)充填工作依靠泥漿自重往下部充填,實現充填和制氫的天然分區,同時泥漿在圍巖預熱作用下蒸發出的水蒸氣為上部制氫反應提供蒸氣,實現圍巖余熱回收利用;上部煤層中的液態水在自重作用下流向下部采空區(2),防止液態水的存在消耗上一層制氫反應的熱量。

4.根據權利要求1所述的一種原位低壓高溫煤制氫的方法,其特征在于,當目標煤層(1)為厚度≥10m以上的厚煤層時,所有井筒的垂直段到達目標煤層(1)下部后分層布置水平井(4),水平井(4)包括上層煤水平井(401)和下層煤水平井(402);通過上層煤水平井(401)和下層煤水平井(402)的方式連通相鄰井筒,最終在煤層中形成以井筒為節點的水平井網,在所有下層煤水平井(402)實施體積壓裂,在目標煤層(1)的下層中形成煤層壓裂裂隙(36);按照步驟2至步驟6對下層煤水平井(402)對應的煤層進行高溫煤制氫開采,待完成該煤層煤制氫工作和注漿充填工作后,封堵所有井筒所對應分段的花管,開啟所有井筒在上層煤所在分段的花管,重復步驟2至步驟6,對上層煤水平井(401)對應的煤層進行高溫煤制氫開采,直至完成目標煤層(1)上層煤的原位制氫和所有采空區(2)的充填工作。

5.根據權利要求1-4任一項所述的一種原位低壓高溫煤制氫的方法,其特征在于,在水平井(4)內布置分布式溫壓傳感器(5)監控煤層溫度。

6.根據權利要求5所述的一種原位低壓高溫煤制氫的方法,其特征在于,水平井(4)內布置的分布式溫壓傳感器(5)的間距≤2m。

7.根據權利要求1-4任一項所述的一種原位低壓高溫煤制氫的方法,其特征在于,在目標煤層(1)上部地層均布地震波和沉降量監測孔(15)以及爆炸震源孔(16),在地震波和沉降量監測孔(15)底部放置高精度定位傳感器(1301)和小型高精度地震檢波器(1302),在爆炸震源孔(16)底部爆炸震源(14)處放置適量炸藥。

8.根據權利要求7所述的一種原位低壓高溫煤制氫的方法,其特征在于,步驟4中確定采空區(2)分布范圍,是引爆爆炸震源孔(16)底部爆炸震源(14)內的炸藥,通過地震波和沉降量監測孔(15)底部的高精度定位傳感器(1301)和小型高精度地震檢波器(1302)接收地震波信號和煤層頂板沉降情況確定采空區(2)的體積和分布范圍,并在完成該處采空區(2)分布特征監測之后,在爆炸震源孔(16)內重新裝入適量炸藥,用于下一次對采空區(2)分布的情況進行探測。

9.根據權利要求1所述的一種原位低壓高溫煤制氫的方法,其特征在于,注入井(6)通過氧氣注入泵(24)和氧氣流量壓力調節閥(25)連接有氧氣注入系統(18),且注入井(6)通過過熱水蒸氣流量壓力調節閥(26)和蒸氣注入調節泵(27)連接有過熱水蒸氣注入系統(19);注入過程中通過氧氣注入泵(24)和氧氣流量壓力調節閥(25)控制氧氣注入流量,防止氧氣與煤層制氫反應區(7)和預熱區(8)中未排盡的h2發生氧化反應。


技術總結
本發明公開了一種原位低壓高溫煤制氫的方法,屬于煤炭氣化開采技術領域;該方法通過在煤層內注入低壓過熱水蒸氣與氧氣,利用氧氣與煤的氧化反應釋放熱量,進一步加熱煤層至800?1000℃,并與水蒸氣反應生成氫氣和二氧化碳;本發明通過結合過熱水蒸氣和氧氣的協同注入,采用分布式溫壓監測和井網技術,在煤炭中進行原位高效制氫;該方法不僅能夠突破傳統煤炭開采的技術瓶頸,還能夠在減少二氧化碳排放的同時,提供清潔的氫能源,為煤炭資源的高效、清潔利用提供了新的技術路徑。

技術研發人員:黃旭東,張凱棟,楊棟,康志勤,趙靜,王磊,魯陽
受保護的技術使用者:太原理工大學
技術研發日:
技術公布日:2025/4/24
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