Підземна газифікація твердих палив

Перетворення твердих палив (вугілля, горючих сланців) безпосередньо на місці їх залягання в надрах земної кори в горючий газ, к-рий виводять на пов-сть через бурові свердловини.

В пром. масштабі здійснена підземна газифікація вугілля (П. р. в.). Ідея її була запропонована Д. І. Менделєєвим (1888), к-рий писав: "... настане, ймовірно, з часом навіть така епоха, що вугілля з землі виймати не будуть, а там у землі його зуміють перетворювати на горючі гази ..."; пізніше (1912) цю ж ідею висловив У. Рамзай. В. І. Ленін у статті "Одна з великих перемог техніки "високо оцінив ідею П. г.у. та її переваги перед шахтним методом видобутку вугілля. СРСР належить пріоритет у розробці (з 1930) і впровадженні техн. рішень П. р. у.

Для стабільного отримання пального газу під землею необхідно враховувати особливості як самого шару палива, так і вміщають його порід (напр., склад і ступінь метаморфізму вугілля, міцність порід і т.д.). П.г.у. здійснюється під дією високої т-ри (1000-2000 ° С) і подається під тиском дуття - розл. окислювачів (як правило, повітря, О2 і водяної пари, рідше-СО2). Для підведення дуття і відводу газу газифікацію проводять в свердловинах, розташованих в певному порядку і утворюють т. з. підземний генератор. У ньому йдуть ті ж хім. р-ції, що й у звичайних газогенераторах (див. Газифікація твердих палив). Однак умови підземної газифікації специфічні. Вміщують пласт палива гірські породи являють собою своєрідні стінки реактора і одночасно матеріал, що заповнює вигазованное простір. У газифікації беруть участь підземні води, а також волога вугілля і гірських порід. На відміну від наземної газифікації, де паливо в міру витрати надходить у газогенератор, у разі підземної газифікації при вигазовиваніі однієї ділянки пласта палива потрібно перехід до іншому. Виникає необхідність паралельно з газифікацією одних ділянок пласта готувати до газифікації інші його ділянки.

Існує неск. методів П. р. у. Основою її практич. реалізації з'явився запропонований в СРСР (1933-34) і згодом розвинений (1945-48) поточний метод газифікації в цілики шару палива. Метод полягає в газифікації шару у штучно створеному каналі (т. з. каналі газифікації) з регульованою витратою дуття і газу. В експлуатації можуть перебувати відразу неск. таких каналів.

При потоковому методі газоутворення відбувається на пов-сті каналу, в термічно підготовлений. ділянці пласта палива і в самому каналі, пов-сть к-якого розділяє газову та тверду фази. Р-ції на пов-сті каналу гетерогенних; швидкість їх визначається гл. обр. дифузією дуття і розміром цієї пов-сті. У каналі газифікації, де рухається осн. маса дуття, газу та парів, протікають гомог. р-ції, швидкість яких брало залежить насамперед від т-ри і концентрації реагуючих в-в. У твердій фазі відбуваються тримаючи. розкладання і сушка орг. соед., що входять до складу вугілля і гірських порід. При русі утворюються продуктів по порах і тріщинах в напрямку каналу розвиваються як гетерогенні, так і гомогенні окісліт.-відновить. р-ції. Швидкість процесу у твердій фазі в осн. визначається його т-рою.

В кожен канал газифікації у відповідній послідовності через один кінець подають дуття, а через інший відводять газ. Ширина смуги вугілля, при до-рій в даних гірничо-геол. умовах відбувається газифікація, визначає відстань між каналами.

Спосіб створення Первонач. каналів газифікації в шарі палива багато в чому обумовлює конструктивну схему підземного газогенератора. Наиб. повно задовольняють тр сбованіям П. р. у. бесшахтние способи підготовки каналів, коли всі роботи здійснюють за пов-сті землі, зв'язок до-рій з пластом палива забезпечується свердловинами. Відповідно до гірничо-геол. умовами до зустрічі з шаром бурят вертикальні, похилі і криволінійні свердловини, обсаджували трубами, причому затрубний простір цементують. Для з'єднання (збійки) свердловин між собою використовують слід. способи: фільтраційний, електричний з застосуванням гідравлічний. розриву шару, а також буріння свердловин по вугільного пласту (похилих, горизонтальних і т. д.) з послід. розширенням створених щілин гідроразрива або каналів за допомогою випалювання вугілля.

При фільтрац. способі повітря, що нагнітається через одну з свердловин, поширюючись по пласту палива та гірських порід, частково проходить і в сусідні свердловини. Створений за допомогою однієї з свердловин осередок горіння в шарі палива підтримується за рахунок повітря (або ін окислювача), притікає з дерев свердловини, і переміщується назустріч потоку дуття. При підході вогнища горіння до дутьевих свердловині гідравлічний. опір проходженню дуття знижується; утворився канал можна застосовувати для газифікації. У пластах палива, що володіють малою газопроникністю, використовують дуття, стиснене до тиску, до-рої перевищує тиск гірських порід на даній глибині залягання пласта. При цьому істотно зростає кількість дуття, що приймається свердловиною.

електричн. спосіб створення газопроникних каналів заснований на зниженні ділянки шару палива під впливом теплового пробою при додатку через свердловини елек-тріч. струму високої напруги. Отриманий електропровідний канал між свердловинами використовується з метою підведення струму невеликого напруги для коксування палива під дією тепла, що виділяється. Цей канал має достатньою газопроникністю і м. б. застосований для збійки свердловин фільтрац. способом до утворення своб. каналу, к-рий згодом використовують для газифікації по поточному методу.

За мірою вигазовиванія шару палива покривають його верх. породи під дією гірського тиску зсуваються і заповнюють вироблений простір. Внаслідок цього розміри і структура каналів газифікації протягом продовжить. періоду практично не змінюються, що поряд з квазістаціонарних газифікації обумовлює сталість складу одержуваного газу. Залежно від кач-ва вугілля, характеристик і св-в пласта і вміщають його порід газифікація стійка до досягнення оптимальної для даної гірничо-геол. обстановки ступеня вигазованності ділянки пласта. Подальше збільшення цього параметра призводить до доповнить. витрат тепла на нагрівання гірської породи, випаровування вологи, а також до утворення обводнених потоків дуття, допалює горючі компоненти газу. Якість під газу погіршується, виникає необхідність введення в експлуатацію нових каналів газифікації. Через відсутність газонепроникних стінок відбуваються втрати дуття і газу.

Крім потокового методу П. р. у. відомий метод, к-рий базується на використанні прир. тріщин і пір вугільного пласта. Для газифікації цей пласт на певному ділянці запалюють і нагнітають через свердловину дуття. При поступовому нагріванні вугілля число тріщин і пористість зростають, що викликає збільшення газопроникності ділянки пласта. Газоподібні продукти проходять через пори і тріщини до газовідвідного колектору (або свердловині). Даний метод не знайшов застосування через малу і нерівномірного проникності більшості пластів твердих палив, підвищ. витрат енергії і втрат дуття і газу, особливо при обваленні покрівлі над вигазованним простором.

Склад і теплота згоряння газу (див. табл.) залежать як від кач-ва вугілля і складу дуття, так і від гірничо-геол. умов (перш за все від потужності і кута залягання пластів, св-в гірських порід, припливу підземних вод тощо).

Газ, вироблений шляхом П. р. у., застосовують для енергетичних. потреб (в осн. як котельне паливо). Собівартість газу (в перерахунку на умовне паливо) нижче собівартості вугілля, що видобувається шахтним способом, і вище собівартості вугілля відкритого видобутку. Техніко-економiчного. показники П. р. у. визначаються масштабами вироби, газу. При П. р. у. відпадає необхідність у праці людей під землею, поліпшуються його умови і стан повітряного басейну, не порушується родючий шар грунту. Однак газ, отриманий на повітряній дуття, що по теплотехн. св-вам істотно поступається природному.

Характеристика газу, отриманого газифікацією вугілля на повітряній дуття

освоєність процесу на повітряному дуття і глиб. до 250-300 м відкриває перспективу П. р. у. при підвищ. тиску і на парокіслородном дуття з отриманням газу, що містить значні кол-ва СН4 та ін горючих компонентів.

Подальше розвиток за певних умов (мала глибина залягання, наявність невеликих кол-в мінер. домішок і т.д.) отримають також дослідження в галузі підземної газифікації горючих сланців.

Крім СРСР, роботи з підземної газифікації проводяться в США, ФРН, Франції та ін країнах. Обсяг виробленого в СРСР газу бл. 1,5 млрд. м3 (1980).

Список літератури

Менделєєв Д. І., Соч., Т. 11, Л.-М., 1949, с. 66; Скафа П. В., Підземна газифікація вугілля, М., 1960;

Підземна газифікація вугільних пластів, М., 1982.

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.xumuk.ru/