工業燃氣生產系統的製作方法

2023-12-10 14:12:52

本實用新型涉及煤炭地下氣化技術領域，具體而言，涉及一種工業燃氣生產系統。

背景技術：

煤炭地下氣化是集煤炭綠色開採與清潔轉化為一體的高效潔淨能源技術。具體來說，它既是將固體通過燃燒熱化學作用就地轉化為流體煤氣的化學採煤方法；又是從源頭治理煤炭開採與轉化過程中很長汙染鏈的潔淨煤新技術；還是大規模、低成本、環保型地下煤水制氣的高新技術。

利用煤炭地下氣化技術可以生產空氣煤氣、水煤氣、半水煤氣和合成氣等，可以應用於IGCC發電、工業/民用燃氣、合成甲醇、合成氨、制氫、燃料電池等過程工業。地下氣化生產的空氣煤氣熱值較低，一般僅適合作為工業燃料氣，如鍋爐、各種工業窯爐的燃料，也適合用作發電燃料。但是作為工業燃氣，現有技術生產的空氣煤氣的熱值一般在850～1000kcal/Nm3，而工業燃氣一般要求熱值為1100～1350kcal/Nm3，因而為了提高空氣煤氣熱值，改善煤氣的使用品質，必須改進現有地下氣化方法。

為了提高煤氣熱值，通常的做法是採用連續供給固定組份的氣化劑(如富氧氣化)或分階段供給不同組份的氣化劑(如兩階段方法)來進行煤炭地下氣化技術的研究和開發利用，但是這些氣化劑大部分是空氣或低濃度含氧空氣，而採用空氣或低濃度含氧空氣作為氣化劑時，會使得煤氣熱值較低，同時，從煤氣組分來看，地下氣化煤氣中CO2亦具有較高含量，進而使得煤氣熱值較低，也是潛在的CO2排放源。

技術實現要素：

鑑於此，本實用新型提出了一種工業燃氣生產系統，旨在解決現有技術中煤氣熱值低，難以達到工業應用的問題。

一個方面，本實用新型提出了一種工業燃氣生產系統。其中，該系統包括：輸配單元和脫碳單元；其中，輸配單元的出氣口用於與煤炭地下氣化系統的進氣口相連通，輸配單元用於配製氣化劑並將氣化劑輸送至煤炭地下氣化系統；氣化劑為含有預設濃度氧氣的氣化劑；脫碳單元的進氣口用於與煤炭地下氣化系統的出氣口相連通，脫碳單元用於接收煤炭地下氣化系統輸出的氣體並脫除氣體中預設濃度的二氧化碳。

進一步地，上述工業燃氣生產系統中，輸配單元包括：第一壓縮裝置、制氧裝置、第二壓縮裝置和輸配裝置；其中，制氧裝置的進氣口與第一壓縮裝置的出氣口相連通，用於接收第一壓縮裝置輸出的空氣並製備預設純度的氧氣；第二壓縮裝置用於壓縮二氧化碳；第一壓縮裝置的出氣口、制氧裝置的出氣口和第二壓縮裝置的出氣口均與輸配裝置的進氣口相連通，輸配裝置用於接收第一壓縮裝置輸出的空氣、制氧裝置輸出的氧氣和第二壓縮裝置輸出的二氧化碳並配製氣化劑；輸配裝置的出氣口用於與煤炭地下氣化系統的進氣口相連通。

進一步地，上述工業燃氣生產系統中，第二壓縮裝置的進氣口與脫碳單元的出氣口相連通，用於接收並壓縮脫碳單元輸出的二氧化碳。

進一步地，上述工業燃氣生產系統中，制氧裝置包括：冷卻裝置、分餾裝置和液氧蒸發裝置；其中，冷卻裝置的進氣口與第一壓縮裝置的出氣口相連通，冷卻裝置用於接收並冷卻第一壓縮裝置輸出的氣體；分餾裝置的進氣口與冷卻裝置的出口相連接，分餾裝置用於接收冷卻裝置輸出的物質並從物質中分離出液氧和氮氣；液氧蒸發裝置的入口與分餾裝置的液相出口相連通，用於接收並蒸發分餾裝置輸出的液氧；液氧蒸發裝置的出氣口與輸配裝置的進氣口相連通。

進一步地，上述工業燃氣生產系統中，脫碳單元包括：吸收裝置和分離裝置；其中，吸收裝置的進氣口用於與煤炭地下氣化系統的出氣口相連通，吸收裝置用於接收煤炭地下氣化系統輸出的氣體並吸收氣體中預設濃度的二氧化碳；分離裝置的入口與吸收裝置的液相出口相連通，用於接收吸收裝置輸出的液體並分離出液體中的二氧化碳；第二壓縮裝置的進氣口與分離裝置的氣相出口相連通，用於接收並壓縮分離裝置輸出的二氧化碳。

進一步地，上述工業燃氣生產系統，還包括：脫硫單元；其中，脫硫單元的進氣口用於與煤炭地下氣化系統的出氣口相連通，脫硫單元的出氣口與脫碳單元的進氣口相連通，脫硫單元用於接收煤炭地下氣化系統輸出的氣體並脫除氣體中的含硫物質。

進一步地，上述工業燃氣生產系統，還包括：預淨化單元；其中，預淨化單元的進氣口用於與煤炭地下氣化系統的出氣口相連通，預淨化單元的出氣口與脫硫單元的進氣口相連通，預淨化單元用於接收並淨化煤炭地下氣化系統輸出的氣體。

進一步地，上述工業燃氣生產系統，還包括：第一傳感器、第二傳感器、第三傳感器和控制器；其中，第一傳感器用於獲取煤炭地下氣化系統輸出的氣體組分，第二傳感器用於獲取氣化劑中的氧氣的濃度，第三傳感器用於獲取脫碳單元接收的氣體中以及脫碳單元輸出的氣體中二氧化碳的濃度；控制器與第一傳感器、第二傳感器和第三傳感器均電連接，用於接收氣體組分、氣化劑中的氧氣的濃度、接收的氣體中二氧化碳的濃度和輸出的氣體中二氧化碳的濃度，並根據氣體組分、氣化劑中的氧氣的濃度、接收的氣體中二氧化碳的濃度和輸出的氣體中二氧化碳的濃度控制輸配單元配製氣化劑以及控制脫碳單元脫除預設濃度的二氧化碳。

本實用新型的氣化劑含有預設濃度的氧氣，使用含有預設濃度氧氣的氣化劑對煤層進行氣化，可以提高煤氣的熱值；煤氣的組分中含有較高的二氧化碳，而較高的二氧化碳也會使煤氣的熱值較低，通過脫碳單元將煤氣中的二氧化碳脫除，達到了進一步提高煤氣熱值目的，同時，也減少了煤氣燃燒過程中二氧化碳的排放量，從而保護了環境。

附圖說明

通過閱讀下文優選實施方式的詳細描述，各種其他的優點和益處對於本領域普通技術人員將變得清楚明了。附圖僅用於示出優選實施方式的目的，而並不認為是對本實用新型的限制。而且在整個附圖中，用相同的參考符號表示相同的部件。在附圖中：

圖1為本實用新型實施例提供的工業燃氣生產系統的結構示意圖；

圖2為本實用新型實施例提供的工業燃氣生產系統中，煤炭地下氣化系統的結構示意圖；

圖3為本實用新型實施例提供的工業燃氣生產系統中，制氧裝置的結構示意圖；

圖4為本實用新型實施例提供的工業燃氣生產系統中，脫碳單元的結構示意圖；

圖5為本實用新型實施例提供的工業燃氣生產系統中，脫硫單元的結構示意圖；

圖6為本實用新型實施例提供的工業燃氣生產系統中，預淨化單元的結構示意圖。

具體實施方式

下面將參照附圖更詳細地描述本公開的示例性實施例。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實施例，然而應當理解，可以以各種形式實現本公開而不應被這裡闡述的實施例所限制。相反，提供這些實施例是為了能夠更透徹地理解本公開，並且能夠將本公開的範圍完整的傳達給本領域的技術人員。需要說明的是，在不衝突的情況下，本實用新型中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。下面將參考附圖並結合實施例來詳細說明本實用新型。

參見圖1，圖中示出了本實用新型實施例提供的工業燃氣生產系統的優選結構。如圖所示，該系統包括：輸配單元1和脫碳單元2。

其中，輸配單元1的出氣口與煤炭地下氣化系統3的進氣口31相連通，輸配單元1用於配製氣化劑並將氣化劑輸送至煤炭地下氣化系統3，氣化劑與點火後的煤層6發生氣化反應，進而產生煤氣。氣化劑為含有預設濃度或比例氧氣的氣化劑，例如氧氣的濃度或比例可以為20％－50％，需要說明的是，氧氣的預設濃度或比例可以根據煤炭氣化特性、工業燃氣熱值要求、脫碳深度、運行經濟性等綜合判斷來確定，本實施例對其不做任何限定。具體實施時，氣化劑可以為富氧空氣、富氧空氣-水蒸氣、二氧化碳富氧、二氧化碳富氧-水蒸汽、純氧-水蒸汽或幾種氣體的組合。脫碳單元2的進氣口21與煤炭地下氣化系統3的出氣口32相連通，脫碳單元2可以脫除氣化產生的氣體中預設濃度的二氧化碳除去。具體實施時，氣體中的二氧化碳脫除的濃度可以人為調整，調整範圍可以為50％～100％，即二氧化碳可以被部分脫除，也可以被全部脫除。具體的二氧化碳的脫除的預設濃度可以根據需要的煤氣熱值來確定，本實施時例對其不做任何限定。

參見圖2，圖中示出了本實施例提供的煤炭地下氣化系統的優選結構。煤炭地下氣化系統3可以包括氣化通道33、氣化劑主管道34、進氣孔31、出氣孔32和煤氣主管道35。首先由地面經由上覆巖層7向煤層6中施工若干鑽孔，鑽孔藉助若干貫通方法，在煤層中建立氣化通道33以使進氣孔31和出氣孔32相互連通。具體實施時，鑽孔可以為垂直鑽孔、傾斜鑽孔或定向鑽孔，鑽孔也可以為礦井，例如豎井或斜井。具體的鑽孔形式、數量和結構可以根據需要的鑽孔功能、產氣規模和氣化煤層的地質條件來確定，本實施例對其不做任何限定。貫通方法可以為礦井井下人工貫通法，例如綜合機械化掘進法、鑽眼爆破法、水力充破法、風鎬破煤法等；也可以為地面鑽孔貫通法，例如定向鑽進法、水力壓裂法、火力貫通法、電力貫通法等。具體的貫通方法可以根據煤層特性和地層特性來確定，本實施例對其不做任何限定。由輸配單元1輸送來的含氧氣化劑，沿氣化劑主管道34，經由支管沿進氣孔31，將氣化劑送入氣化通道33內，並利用若干點火手段點燃煤層，具體實施時，煤層的點火手段可以為化學點火法，例如焦炭點火、固體燃料點火、火箭推進劑點火、強制氧化點火、矽烷點火等；也可以為物理點火法，例如電加熱器點火等；也可以利用氣化區域內的高溫區或火區。具體的點火方法可以根據煤層特性和地層特性來確定，本實施例對其不做任何限定。氣化劑與煤層6發生燃燒、氣化和乾餾反應並生成煤氣，煤氣的主要成分包括：一氧化碳、二氧化碳、甲烷、氫氣、硫化氫、焦油、粉塵、水蒸汽等。煤氣沿出氣孔32經由支管送入煤氣主管道35內。為了維持氣化過程的連續性，在進行氣化的同時，可以同步貫通後續鑽孔36，並使鑽孔36與進氣孔31在煤層6中建立氣化通道37，進而使鑽孔36與進氣孔31相互連通，而後續鑽孔38、39則同步進行鑽井或施工準備階段。為了保證產氣規模和維持氣化過程的穩定性，採取類似的10～12個單元平行運行的操作方式，每個氣化單元的進氣流量可以控制在3000～5000Nm3/h，進氣壓力可以控制在0.4～0.5MPa，所得粗煤氣的組分和熱值可以為：H2：19.11％，O2：0.02％，N2：51.60％，CH4：4.34％，CO：3.26％，CO2：21.67％，熱值：962.67kcal/Nm3。總硫含量1000mg/Nm3左右，焦油和塵含量150mg/Nm3，煤氣帶水量400g/Nm3。氣化劑送入煤層6的方法，可以為連續方法，例如CRIP方法；也可以為間歇式方法，例如兩階段方法等。具體的方法可以根據實際需要來確定，本實施例對其不做任何限定。注氣點可以為單點也可以為多點，各點氣化劑的具體成分可以根據要求的煤氣成分與熱值來確定，本實施例對其不做任何限定。

與現有技術中氣化劑為空氣相比，本實施例中，氣化劑含有預設濃度的氧氣，使用含有預設濃度氧氣的氣化劑對煤層6進行氣化，可以提高煤氣的熱值；煤氣的組分中含有較高的二氧化碳，而較高的二氧化碳也會使煤氣的熱值較低，通過脫碳單元2將煤氣中的二氧化碳脫除，達到了進一步提高煤氣熱值目的，同時，也減少了煤氣燃燒過程中二氧化碳的排放量，從而保護了環境。

上述實施例中，輸配單元1可以包括：第一壓縮裝置11、制氧裝置12、第二壓縮裝置13和輸配裝置14。其中，制氧裝置12的進氣口121與第一壓縮裝置11的出氣口111相連通，制氧裝置12可以接收第一壓縮裝置11輸出的空氣並製備預設純度的氧氣。具體實施時，氧氣的預設純度可以根據實際需要來確定，本實施例對其不做任何限定。第二壓縮裝置13用於壓縮二氧化碳，具體實施時，二氧化碳可以來自於空氣。第一壓縮裝置11的出氣口111、制氧裝置12的出氣口122和第二壓縮裝置13的出氣口131均可以與輸配裝置14的進氣口141相連通，輸配裝置14可以接收第一壓縮裝置11輸出的空氣、制氧裝置12輸出的氧氣和第二壓縮裝置13輸出的二氧化碳並利用空氣、氧氣和二氧化碳配製氣化劑。輸配裝置14的出氣口142可以與煤炭地下氣化系統3的進氣口31相連通。

本實施例中，利用制氧裝置12製備出預設純度的氧氣，將預設純度的氧氣用於氣化劑的配置，使氣化劑為富氧氣化劑，進而提高了煤氣的熱值。

上述實施例中，第二壓縮裝置13的進氣口132可以與脫碳單元2的出氣口22相連通，第二壓縮裝置13可以接收並壓縮脫碳單元2輸出的二氧化碳，並將二氧化碳用於氣化劑的配製，實現了二氧化碳的循環利用，減少CO2排放量，進而降低了大氣中CO2的濃度。此外，二氧化碳可以代替氮氣對氧氣進行稀釋，進而配製含有預設濃度氧氣的氣化劑，大大降低了煤氣中氮氣的含量，進而降低了煤氣燃燒過程氮氧化物的排放量，並且，二氧化碳可以與煤層反應，提高工業燃氣中一氧化碳的含量，實現了資源化利用。

上述實施例中，制氧裝置12可以包括：冷卻裝置(圖中未示出)、分餾裝置(圖中未示出)和液氧蒸發裝置(圖中未示出)。其中，冷卻裝置的進氣口與第一壓縮裝置11的出氣口111相連通，冷卻裝置可以接收並冷卻第一壓縮裝置11輸出的氣體。分餾裝置的進氣口可以與冷卻裝置的出口相連接，分餾裝置可以接收冷卻裝置輸出的物質並從該物質中分離出液氧和氮氣。液氧蒸發裝置的入口可以與分餾裝置的液相出口相連通，液氧蒸發裝置可以將分餾裝置輸出的液氧蒸發成氧氣。液氧蒸發裝置的出氣口可以與輸配裝置14的進氣口141相連通，從而將氧氣輸送至輸配裝置14內並進行氣化劑的配製。優選地，制氧裝置12的結構可以參見圖3。如圖3所示，制氧裝置12可以包括：冷卻裝置121、純化裝置122、增壓機123、膨脹機124、熱交換裝置125、分餾塔126、液氧儲槽127和液氧蒸發裝置128。原料空氣經第一壓縮裝置11進行壓縮，可以使壓力升至0.6MPa左右，升壓後空氣溫度會升高，需要再經冷卻裝置121降溫，使溫度降至12℃左右。降溫後的空氣再經純化裝置122除去水分、二氧化碳及碳氫化合物等雜質，得到純化的空氣再經增壓機123、膨脹機124製冷，使空氣的溫度降至-175℃左右。然後利用氣體冷凝點的不同，製冷後的低溫空氣經分餾塔126分離出液氧和氮氣。之後，一部分液氧經液氧泵(圖中未示出)加壓送往用戶或液氧儲槽128，另一部分液氧則被引進熱交換裝置125，在熱交換裝置125內與進入到分餾塔126的部分空氣進行換熱氣化，換熱氣化後再被外送到液氧蒸發裝置128，氣體經過液氧蒸發裝置128復熱至常溫。復熱至常溫的氧氣被輸送至輸配裝置14，可以用於配製成氧氣濃度為35％的富氧空氣，富氧空氣的流量可以控制在50000～52000Nm3/h，壓力可以控制在0.5MPa左右。分離出的氮氣可以從分餾塔126引出，一部分氮氣可以作為純化裝置122分子篩吸附的再生氣體，一部分氮氣可以作為冷源冷卻循環水，一部分氮氣可以作為廢氣放空。

本實施例中，利用冷卻裝置、分餾裝置和液氧蒸發裝置即可完成預設純度氧氣的配製，結構簡單，易於實現。

上述實施例中，脫碳單元2可以包括：吸收裝置(圖中未示出)和分離裝置(圖中未示出)。其中，吸收裝置的進氣口可以與煤炭地下氣化系統3的出氣口32相連通，吸收裝置可以對煤炭地下氣化系統3輸出的氣體中預設濃度的二氧化碳進行吸收。分離裝置的入口可以與吸收裝置的液相出口相連通，分離裝置可以接收吸收裝置輸出的液體，並將液體中的二氧化碳分離出來。第二壓縮裝置13的進氣口132可以與分離裝置的氣相出口相連通，第二壓縮裝置13可以接收並壓縮分離裝置輸出的二氧化碳，進而將二氧化碳用於氣化劑的配製。具體實施時，脫碳的方法可以為化學吸收法，例如胺化合物吸收法、鈣基吸收劑法、金屬氧化物法、膜分離法、O2/CO2循環燃燒法、化學鏈燃燒法及生物吸收法等；也可以為物理吸收法，例如加壓水洗法、低溫甲醇洗法、聚乙二醇二甲醚法(NHD法)、碳酸丙烯酯法等；也可以為物理-化學吸收法，例如甲基二乙醇法(MDEA法)等。具體的脫碳方法可以根據實際需要來確定，本實施例對其不做任何限定。

以NHD脫碳方法為例，優選地，脫碳單元2的結構可以參見圖4。如圖4所示，脫碳單元2可以包括：壓縮機21、吸收塔22、渦輪23、加壓閃蒸槽24、氣液分離器25、低壓閃蒸槽26、汽提塔27、低壓閃蒸槽28、貧液泵29和氨冷器210。煤炭地下氣化系統3的出氣口32輸出的氣體首先經過壓縮機21壓縮，再進入吸收塔22內，NHD溶液從吸收塔22的頂部流入，並與氣體逆流接觸，進而吸收氣體中的二氧化碳，通過調整NHD溶液的濃度和噴淋量即可實現吸收預設濃度的二氧化碳。吸收了二氧化碳的富液從吸收塔22的塔底流出，一部分富液經渦輪迴收能量，另一部分富液則進入加壓閃蒸槽24，經過加壓閃蒸槽24閃蒸出氮氣、少部分的氫氣和一部分二氧化碳，閃蒸壓力可以為0.98MPa。從加壓閃蒸槽24頂部出來的高閃氣進入氣液分離器25，通過氣液分離器25分離出的氣體先進入壓縮機21三段入口，經壓縮機21壓縮後再進入吸收塔22內，循環進行二氧化碳的吸收和氮氣的脫除。從加壓閃蒸槽24底部流出的富液進入低壓閃蒸槽26，可以在低壓閃蒸槽26中0.03MPa的壓力下繼續閃蒸。從低閃槽26流出的富液經富液泵加壓後，打到汽提塔27的頂部，並與氣提空氣逆流接觸，使得溶液得到再生。再生後的貧液從汽提塔27的底部流出並被輸送至貧液泵29，貧液由貧液泵29打入氨冷器210，貧液經氨冷器210溫度降至-5℃～-2℃，然後再被送到吸收塔22的頂部，循環進行二氧化碳的吸收和氮氣的脫除。從汽提塔27流出的氣體可以進入低壓閃蒸槽28，在低壓閃蒸槽28中繼續閃蒸並得到二氧化碳。

本實施例中，由於氣化劑中的氮氣會使氣化所得的煤氣中也含有較高組份的氮氣，因此對煤氣進行脫碳處理的同時，也對煤氣進行脫氮處理，進而增加了後續壓縮輸送的功耗。同時，對煤氣進行脫氮處理，也降低了煤氣的含氮量，減少了排入大氣中的含氮氣體。

上述實施例中，還可以包括：脫硫單元4。其中，脫硫單元4的進氣口41可以與煤炭地下氣化系統3的出氣口32相連通，脫硫單元4的出氣口42可以與脫碳單元2的進氣口21相連通，脫硫單元4可以接收煤炭地下氣化系統3輸出的氣體並脫除氣體中的含硫物質，即煤炭地下氣化系統3輸出的氣體可以先經脫硫單元4脫硫，再經脫碳單元2脫碳。具體實施時，脫硫方法可以為溼法脫硫，例如砷鹼法、ADA法、改良ADA法、栲膠法、低溫甲醇洗法等；也可以為幹法脫硫，例如氧化鐵法、氧化鋅法、活性炭法等。具體的脫硫方法可以根據實際需要來確定，本實施例對其不做任何限定。

以栲膠脫硫方法為例，優選地，脫硫單元4的結構可以參見圖5。如圖5所示，脫硫單元4可以包括：脫硫塔41、置於脫硫塔底部的液封槽42、反應槽43、再生泵44、再生槽45、液位調節器46、貧液槽47、脫硫泵48、加熱器49、收集槽410和過濾機411。煤炭地下氣化系統3輸出的氣體可以從脫硫塔41的下部進入脫硫塔41內，與塔上噴淋下來的脫硫液逆向接觸，進而使氣體中的硫化氫被脫硫液吸收。

吸收硫化氫後的脫硫液依次經過脫硫塔底部的液封槽42和反應槽43，然後進入再生泵44，由再生泵44將吸收硫化氫後的脫硫液打入自吸空氣再生噴射器(圖中未示出)，並與噴射器吸引的空氣進行氧化，進而使脫硫液再生。再生後的脫硫液進入再生槽45，通過液位調節器46對再生槽45內的液位進行調節，進而使硫泡沫在再生槽45內浮選出來，浮選出的硫泡沫依次流入收集槽410和過濾機411，最後被擠成硫膏。而再生槽45中的液體依次進入貧液槽47、脫硫泵48和加熱器49，最後被打入脫硫塔41內循環使用。脫硫塔41可以與壓縮機21相連通。經過脫硫後的煤氣，總硫含量可以小於20mg/Nm3。

本實施例中，利用脫硫單元4對煤氣進行脫硫處理，減少了煤氣燃燒過程中二氧化硫的排放量，進一步保護了環境。

上述實施例中，還可以包括：預淨化單元5。其中，預淨化單元5的進氣口可以與煤炭地下氣化系統3的出氣口32相連通，具體實施時，預淨化單元5的進氣口可以與煤氣主管道35相連通。預淨化單元5的出氣口可以與脫硫單元4的進氣口41相連通。預淨化單元5可以接收並淨化煤炭地下氣化系統3輸出的氣體。優選地，預淨化單元5的結構可以參見圖6。如圖6所示，預淨化單元5可以包括：旋風除塵器51、廢熱鍋爐52、洗滌器53、立管式冷卻器54、電捕焦油器55、機械化澄清槽56、氣櫃57和羅茨鼓風機58。粗煤氣可以由煤氣主管35被輸送至預淨化單元5，粗煤氣依次經旋風除塵器51除去灰塵、廢熱鍋爐52回收顯熱、洗滌器53噴灑氨水洗滌雜質、立管式冷卻器54降溫冷凝，然後經電捕焦油器55除去焦油和霧滴，之後再被送入氣櫃57緩衝貯存，最後可以經羅茨鼓風機58加壓抽送到後序脫硫單元4。淨化過程中產生的冷凝液、洗滌液、粉塵、焦油等雜質可以進入機械化澄清槽56。淨化後煤氣的焦油和塵含量可以小於20mg/Nm3，幹煤氣流量可以達到10.4萬Nm3/h。

需要說明的是，預淨化單元5包括的設備、設備的布置次序以及汙染物的脫除順序可以根據後續脫硫單元4的要求和產品煤氣的要求來確定，本實施例對其不做任何限定。

利用含有預設濃度氧氣的氣化劑對煤層進行氣化並對氣化產生的煤氣依次進行淨化、脫硫、脫碳處理，即通過對工藝過程的整合，可以使得所的脫碳煤氣或工業燃氣的組分和熱值為：H2：28.98％，O2：0.07％，N2：0.31％，CH4：8.41％，CO：15.68％，CO2：46.55％，熱值：1941.09kcal/Nm3，煤氣熱值提高幅度達到了102％。

本實施例中，利用預淨化單元5對煤氣進行淨化，除去了煤氣中的粉塵、焦油、酚、萘等雜質，提高了煤氣的質量。

上述各實施例中，還可以包括：第一傳感器(圖中未示出)、第二傳感器(圖中未示出)、第三傳感器(圖中未示出)和控制器(圖中未示出)。其中，第一傳感器可以獲取煤炭地下氣化系統3輸出的氣體組分，第二傳感器可以獲取氣化劑中的氧氣的濃度，第三傳感器可以獲取脫碳單元2接收的氣體中二氧化碳的濃度以及脫碳單元2輸出的氣體中二氧化碳的濃度。具體實施時，第一傳感器也可以獲取預淨化單元5輸出的氣體組分。而與第一傳感器、第二傳感器和第三傳感器均電連接的控制器可以接收第一傳感器獲取的氣體組分、第二傳感器獲取的氣化劑中氧氣的濃度、第三傳感器獲取的接收的氣體中二氧化碳的濃度和輸出的氣體中二氧化碳的濃度。為了使工業燃氣生產過程的成本最低，控制裝置可以根據氣體組分、氣化劑中的氧氣的濃度、接收的氣體中二氧化碳的濃度和輸出的氣體中二氧化碳的濃度以及關係式f＝kxlymun控制輸配單元1配製氣化劑以及控制脫碳單元2脫除預設濃度的二氧化碳。其中，對於給定的煤層及地層條件，u為煤氣熱值，x為氣化劑中氧氣的濃度，y為CO2脫除率，係數k、l、m、n取決於實際運行過程中配製含預設濃度氧氣的氣化劑和脫除CO2運行操作成本、工業燃氣預期熱值等因素。具體實施時，為使工業燃氣生產過程的成本最低，應使f趨於極小值，即在滿足給定的約束條件下，使f取極小值minf＝minf(x,y,z)，相應的約束條件為u＝u(x,y)，即煤氣熱值u是氣化劑中氧氣的濃度x、CO2脫除率y的函數。在不考慮脫碳的情況下，煤氣熱值與氣化劑中氧氣的濃度的函數關係可以表示為u＝alnx+b，其中，係數a、b取決於煤層湧水量、氣化強度、煤層厚度等因素。在僅考慮脫碳的情況下，煤氣熱值與CO2脫除率的函數關係可以表示為u＝u0(1-cy)，其中，u0為脫碳前煤氣的熱值，c為脫碳前煤氣中CO2的濃度。一般來說，x越低，相應的成本也低；y越高，相應的成本會略有提高但是存在最大值；u越高，其成本也越高。

本實施例中，控制器可以根據氣體組分、氣化劑中的氧氣的濃度、接收的氣體中二氧化碳的濃度和輸出的氣體中二氧化碳的濃度自動優化給出合適的氣化劑中氧氣的濃度和CO2脫除率，並控制輸配單元1配製氣化劑以及控制脫碳單元2脫除預設濃度的二氧化碳，實現了保證煤氣熱值的同時使工業燃氣生產過程的成本最低的目的。

綜上，本實施例中氣化劑含有預設濃度的氧氣，使用含有預設濃度氧氣的氣化劑對煤層進行氣化，可以提高煤氣的熱值；煤氣的組分中含有較高的二氧化碳，而較高的二氧化碳也會使煤氣的熱值較低，通過脫碳單元將煤氣中的二氧化碳脫除，達到了進一步提高煤氣熱值目的，同時，也減少了煤氣燃燒過程中二氧化碳的排放量，從而保護了環境。

顯然，本領域的技術人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和範圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬於本實用新型權利要求及其等同技術的範圍之內，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內。