Спосіб газифікації вугілля

Спосіб газифікації вугілля, що включає електротермічне діяння на вугільний пласт, який відрізняється тим, що на вугільний пласт діють постійним електричним струмом щільністю 10-610-3А/см 2. Винахід відноситься до хімічної промисловості, в тому числі до те хніки й технології підземного видобутку газу із вугільної речовини. Відомий спосіб газифікації вугілля, у якому шляхом підземної термічної переробки вугілля одержують енергетичний газ [1. Лазченко К.Н., Терентьев Б.Д. Геотехнологические способы разработки месторождений полезных ископаемых. М: Из-во МГГУ, 2000. - с.22-41]. Недоліком цього способу є те, що при видобуванні газу необхідно вводити в зону реакції додатково кисень або повітря. Найбільш близькими до запропонованого винаходу є спосіб газифікації, у якому використовують електротермічне діяння на вугільний пласт, з метою нагрівання вугілля, збільшення його газопроникненості. Після чого вугілля обробляють повітряним дуттям [2. Кретин Е.В., Федоров Н.А., Звягинцев КН., Пьянкова Т.М. Подземная газификация угольных пластов. - М: Недра, 1982. - с.2540]. Недоліком цього способу є достатньо складне устаткування й високі енергетичні збитки. При електротермічній дії гази утворюються лише у високотемпературній зоні. Крім цього у способі викорис товують велику електричну напругу, що потребує особливих заходів щодо техніки безпеки. В основу винаходу поставлено задачу вдосконалення способу газифікації вугілля шля хом вибору параметрів електричної дії та інших те хнологічних параметрів, забезпечується можливість хімічної деградації вугільної речовини й перетворення її певної частини у радикали та інші рухомі компоненти, збільшення зони газоутворення і за рахунок цього можливість одержання газу при зниженні енергетичних витрат. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі газифікації вугілля, що включає електротермічне діяння на вугільний пласт, згідно винаходу, на вугільний пласт впливають постійним електричним струмом щільністю 10-6-10-3А/см 2. На Фіг.1 показана схема експериментального пристрою для обробки вугільної речовини, де на Фіг.1: 1 - зразок вугілля; 2 - котушка зі струмом; 3, 4 - металеві електроди; 5, 6- термопари; 7, 8 вольтметри; 9 - джерело живлення для котушки; 10 - джерело живлення для пропускання струму крізь зразок вугілля. На Фіг.2 показана типова дифрактограма вихідного зразку вугілля (а) та зразку вугілля (б), крізь який пропустили електричний струм. (19) UA (11) 83950 (13) C2 (21) a200703420 (22) 29.03.2007 (24) 26.08.2008 (46) 26.08.2008, Бюл.№ 16, 2008 р. (72) СОБОЛЄВ ВАЛЕРІЙ ВІКТОРОВИЧ, U A, ЧЕРНЯК СТАНІСЛАВ ОЛЕКС АНДРОВИЧ, UA, БІЛАН НАТАЛІЯ ВАЛЕРІЇВН А, U A (73) НАЦІОН АЛЬНИЙ ГІРНИЧИЙ УНІВЕРСИТЕТ, UA (56) UA 200607632, 15.08.2006 SU 71038, A, 04.09.1959 3 83950 Дослідження структурних і фазових перетворень у вугіллі здійснювалося наступним чином. Вугілля розміщували у спеціальному пристрої за схемою Фіг.1. Після цього здійснювали нагрівання і пропускання електричного струму. Час обробки складав у різних експериментах від 3-х до 24-х годин. Обробці піддавали вугілля марки Г. Безперервно фіксувалася температура та величина струму. За даними рентгеноструктурного аналізу, електронного парамагнітного аналізу та інфрачервоної спектроскопії робились висновки щодо ефективності обробки окремо по кожному досліду. Робилися висновки та коректування параметрів обробки. Приклади реалізації способу Приклад 1. Зразок вугілля (на прикладі вугілля марки Г) 1 розміщують у порожнині керамічної котушки з током 2, Фіг.1, стискають металевими електродами 3 і 4 з термопарами 5 і 6. Температуру фіксують безперервно вольтметрами 7 і 8. Для нагрівання зразка вугілля до температури 320330К крізь котушку 2 пропускають електричний струм за допомогою джерела живлення 9. Електричний струм крізь зразок вугілля пропускають за допомогою джерела живлення 10. Фізичні умови обробки усіх без винятку зразків вугілля відповідали закритій термодинамічній системі: обміну енергією та речовиною з навколишнім середовищем не було - на період обробки зразок був ізольованим. Крізь зразок вугілля безперервно пропускають електричний струм щільністю 10-6А/см 2 на протязі 4 годин. Температура нагрівання зразка складала близько 325К. Збільшення інтенсивності ліній сигналу електронного парамагнітного резонансу (ЕПР) свідчить про утворення нових ЕПР-центрів, які з'являються за рахунок дисоціації хімічних зв'язків, обумовленої коливально-збудженним станом макромолекул або вуглецево-водневих ланцюжків. Рентгеноструктурним аналізом встановлено, що після обробки зразки вугілля набули нового стану, який характерезується збільшенням газової складової і зменшенням розмірів кришталево подібних мікрочастинок вугільної речовини. Приклад 1а. Умови обробки відрізняються від прикладу 1 тривалістю обробки - 24год. Приклад 2. Умови проведення експерименту відрізняються від наведених прикладів тим, що крізь вугільну речовину пропускають електричний струм щільністю 10-5А/см 2. Дані аналізу ЕПР та загальна картина дифрактограм аналогічні прикладам 1, 1а. Основні дані за прикладом наведені у табл. 1. Приклад 2а. Умови обробки відрізняються від прикладу 1 тривалістю обробки - 24год. Приклад 3. Умови проведення експерименту відрізняються тим, що крізь зразок вугілля пропускають струм щільністю 10-4А/см 2. На Фіг.2 показані дифрактограми вугілля ви хідного зразку (а) і після пропускання електричного струму (б) - на дифрактограмі спостерігається більш виразне гало, що свідчить про зменшення кристалітів і збільшення у 4 системі рухомих компонентів (радикалів, газу). Дані за прикладом наведені у табл. 1. Приклад За. Умови обробки відрізняються від прикладу 1 тривалістю обробки - 24год. Приклад 4. Умови проведення експерименту відрізняються від попередніх тим, що температура нагрівання складала 330К, а щільність електричного струму - 10-3А/см 2. Дані за прикладом наведені у табл. 1. Приклад 4а. Умови обробки відрізняються від прикладу 1 тривалістю обробки - 24год. Приклад 5. Умови проведення експерименту відрізняються від попередніх тим, що температура нагрівання зразків вугілля дорівнює 330К, щільність електричного струму складає - 10-6А/см 2. Дані за прикладом у табл. 1. Приклад 5а. Умови обробки відрізняються від прикладу 1 тривалістю обробки - 24год. Приклад 6. Умови проведення експерименту відрізняються від попередніх тим, що температура нагрівання зразків вугілля дорівнює 325К, щільність електричного струму складає - 10-5А/см 2. Дані за прикладом у табл. 1. Приклад 6а. Умови обробки відрізняються від прикладу 1 тривалістю обробки - 24год. Приклад 7. Умови проведення експерименту відрізняються від попередніх тим, що температура нагрівання зразків вугілля дорівнює 325К, щільність електричного струму складає - 10-4А/см 2. Дані за прикладом у табл. 1. Приклад 7а. Умови обробки відрізняються від прикладу 1 тривалістю обробки - 24год. Приклад 8. Умови проведення експерименту відрізняються від попередніх тим, що температура нагрівання зразків вугілля дорівнює 320К, щільність електричного струму складає - 10-3А/см 2. Дані за прикладом у табл. 1. Приклад 8а. Умови обробки відрізняються від прикладу 1 тривалістю обробки - 24год. Із наведених прикладів найкращий результат одержано за прикладами 4 і 4а. Збільшення інтенсивності ліній ЕПР на 18-20 відсотків свідчить про значне збільшення концентрації парамагнітних центрів, а іншими словами - про збільшення газу за рахунок хімічної реакції переходу вугілля у газ. Зменшення інтенсивності максимуму на дифрактограмах свідчить про перехід вугільної речовини до більш аморфного стану (збільшилася концентрація радикалів або газу) за рахунок деградації структури органічної маси, що була стимульована пропусканням електричного струму. Але до найбільш раціональних параметрів обробки вугільної речовини слід віднести дані за прикладами 3 і 7. Особистістю властивостей вугілля марки Г є високий електричний опір. Збільшення щільності струму на один порядок величини приводе до значного збільшення енерговитрат. Слід відзначити, що збільшення часу обробки вугілля не дає значного результату. Практично за перші декілька годин (3,5-4 години) у вугіллі під дією електричного струму настає стан рівноваги і тому помітних перетворень органічної маси вугілля у газ не спостерігається. 5 83950 Таким чином, на підставі того, що основні параметри вугільної речовини при збільшенні щільності току покращуються не суттєво слід виділити 6 приклад 3 як найкращий результат до практичного застосування. Таблиця 1 Результати експериментів за прикладами Приклади Щільність Час оброб- Темпера- Інтенсивність Концентрація пара- Інтенсивність максивиконання струму, ки, годин тура об- ліній ЕПР, % магнітних центрів на муму рентгенівських способу А/см 2 робки, К один грам вугілля диф-рактограм, імп/с вихідний зра100 4,9·1018 380 зок 1 4 109 – 302 10-6 325 1а 24 110 5,3·1018 290 2 -5 4 110 – 247 10 320 2а 24 112 6,2·1018 190 3 -4 4 113 7,9·1018 155 10 320 3а 24 114 – 150 4 -3 4 118 4,6·1019 130 10 330 4а 24 120 5,4·1019 119 5 4 110 5,2·1018 295 10-6 330 5а 24 111 – 270 6 -5 4 111 5,8·1018 230 10 325 6а 24 112 197 7 -4 4 114 4,1·1019 140 10 325 7а 24 115 – 130 8 -3 4 116 4,5·1019 135 10 320 8а 24 117 4,7·1019 124 Ме ханізм утворення рухомих компонентів (радикалів, газу і т. інш.) із речовини органічної маси вугілля обумовлений дією електричного струму, що проходе крізь вугільну речовину. Встановлено (і теоретично обгрунтовано), що струм збуджує хімічні зв'язки вуглецевих, водневих та вуглецевоводневих ланцюжків, які скріплюють між собою мікрокристаліти. В результаті збудження хімічні зв'язки між атомами чи молекулами ланцюжків дисоціюють. Крім цього, квантово-механічні розра хунки показують, що існує критична кількість атомів у ланцюжках, менше якої ланцюжки спонтанно руйнуються. Величина та ефективність дії струму встановлені експериментально. В результаті реалізації способу у порівнянні з найбільше близьким технічним рішенням виключені такі технологічні операції як збивання свердловин, спеціальне очищення газу, а також використання складного обладнання для реалізації цих операцій при збереженні потрібної якості. 7 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 83950 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601