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专利号: 202210927203X
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-27
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种低碳可循环式高温富氧水蒸气的制备装置,包括产出井、注入井、煤层、气化通道、燃烧面,其特征在于:还包括蓄水池、太阳能吸热板、工业制氧机、第一截止阀、氧气增压泵、氧气换热螺旋管、换热水箱、第一循环泵、第二循环泵、射流雾化器和超临界二氧化碳循环管道;蓄水池用来储存常温水,蓄水池与太阳能吸热板连通,太阳能吸热板与第一循环泵的一端连通,第一循环泵的另一端与换热水箱连通;换热水箱一侧端口与第二循环泵的一端连通,第二循环泵的另一端与射流雾化器的一个输入端连通,射流雾化器的另一个输入端通过连管与氧气换热螺旋管的输出端连通,氧气换热螺旋管安装在换热水箱中,换热水箱对氧气换热螺旋管加热,氧气换热螺旋管的输入端与氧气增压泵的输出端连通,氧气增压泵的输入端与第一截止阀的输出端连通,第一截止阀的输入端与工业制氧机的输出端连通;射流雾化器的输出端与注入井的输入端连通,注入井的输出端与煤层的燃烧面相通,煤层中开设有贯通的气化通道,气化通道的一端与燃烧面相通,气化通道的另一端与产出井的下端连通;产出井上端设置出口用来输出煤层气化反应后的CH4、H2、CO气体;超临界二氧化碳循环管道的吸热端安装于产出井内,超临界二氧化碳循环管道的放热端安装于换热水箱;超临界二氧化碳循环管道包括:第二截止阀、二氧化碳增压泵、加热换热螺旋管和井中换热螺旋管;

应用低碳可循环式高温富氧水蒸气的制备装置进行高温富氧‑水蒸气的注入方法为:

(1)开启设备:在井下气化炉点燃前,将低碳可循环式高温富氧水蒸气的制备装置的部件连接,然后启动第一循环泵,把太阳能吸热板加热为90‑100℃的水注入到换热水箱中;向超临界二氧化碳循环管道中充满7‑10MPa的液态二氧化碳,开启二氧化碳管道上的第二截止阀、二氧化碳增压泵,液态二氧化碳经过换热水箱加热后温度升到31.1℃以上,二氧化碳进入到超临界状态;

(2)开启气化反应:开启第一截止阀、工业制氧机,氧气增压泵将工业制氧机产生的氧气增压输送到氧气换热螺旋管中,氧气换热螺旋管中的氧气经过换热水箱加热送入射流雾化器,氧气通过射流雾化器进入注入井,点燃井下气化炉,开启地下煤层燃烧及气化反应;

(3)制备高温富氧‑水蒸气:产出井产出高温气化气体后,增加二氧化碳增压泵功率,通过超临界二氧化碳热循环来加热换热水箱中的水;启动第二循环泵,经过气化余热和太阳能加热的水和氧气在射流雾化器中形成高温雾状流体,雾状流体在注入井的传输过程中发展成高温富氧‑水蒸气;

(4)储存热能:高温富氧‑水蒸气由注入井通向煤层,一部分高温富氧‑水蒸气参与燃烧面的燃烧,另一部分高温富氧‑水蒸气参与气化通道内的气化反应,燃烧热和高温富氧‑水蒸气的热能通过气化吸热反应储存在气化气体中;

(5)余热再利用:气化气体通过产出井流出,气化气体中余热通过超临界二氧化碳热循环传递到换热水箱中的氧气和水中。

2.根据权利要求1所述的低碳可循环式高温富氧水蒸气的制备装置,其特征在于:所述第一循环泵用来提供蓄水池、太阳能吸热板、换热水箱之间水流动的动力;第二循环泵用来提供换热水箱和射流雾化器之间水流动的动力;射流雾化器能够产生高温富氧‑水蒸气。

3.根据权利要求2所述的低碳可循环式高温富氧水蒸气的制备装置,其特征在于:所述太阳能吸热板包括吸热材料和盘管,蓄水池向盘管中注入水,太阳能吸热板能够将吸收的太阳能热量传递给盘管中的水,将水加热到60‑100℃。

4.根据权利要求3所述的低碳可循环式高温富氧水蒸气的制备装置,其特征在于:所述第一截止阀用来控制管路流体的流通与关闭;工业制氧机用来分离空气、产生纯度为90%以上的氧气,氧气增压泵用来对工业制氧机产生的氧气增压输送到氧气换热螺旋管中。

5.根据权利要求4所述的低碳可循环式高温富氧水蒸气的制备装置,其特征在于:所述井中换热螺旋管安装在产出井内,井中换热螺旋管能够将产出井中管外气化气体的热量传递给井中换热螺旋管内的超临界二氧化碳,井中换热螺旋管的输出端与加热换热螺旋管的输入端连通,加热换热螺旋管安装在换热水箱中,加热换热螺旋管对换热水箱中的水加热;

加热换热螺旋管的输出端与二氧化碳增压泵的输入端连通,二氧化碳增压泵的输出端与第二截止阀的输入端连通,第二截止阀的输出端与井中换热螺旋管的输入端连通,第二截止阀用来控制管路内流体的流通与关闭;二氧化碳增压泵用来对加热换热螺旋管输出的二氧化碳增压输送到井中换热螺旋管中;所述产出井、注入井、煤层处于地下的围岩中。

6.根据权利要求5所述的低碳可循环式高温富氧水蒸气的制备装置,其特征在于:所述射流雾化器包括喷嘴、挡板和环形流道,喷嘴的输入端与氧气换热螺旋管的输出端连通,喷嘴能够把加热、增压1‑2MPa的氧气形成高速射流,第二循环泵输入射流雾化器中的水进入环形流道,高速射流能够通过环形流道对加热后60‑100℃的水进行卷吸,高速射流与卷吸水碰到射流雾化器上部设置的挡板后能够形成气液两相的雾化流体,气相由射流雾化器输出端分离输出为富氧‑水蒸气。