Спосіб одержання водню з вугільного пласта

Спосіб одержання водню з вугільного пласта, який включає буріння нагнітальної та газовідвідної свердловин з колонами труб у вугільному пласті, з'єднання свердловин по пласту гідророзривом, C2 2 (19) 1 3 - підтримання наперед заданих термодинамічних умовин у пласті для отримання цільових продуктів. Відомий спосіб дає можливість отримати газову суміш (СН4, СО2, Н2, СО та ін.), але є малоефективним для одержання технічно чистого водню В основу винаходу поставлено задачу підвищити ефективність процесу за рахунок отримання технічно чистого водню, а також зниження енергоємності цього процесу геотехнологічним методом, за рахунок більш ефективного регулювання термодинамічних умовин у вугільному пласті. Поставлена задача вирішується тим, що в відомому та найбільш близькому за технічною суттю до запропонованого методу [2], який містить буріння нагнітальної та газовідвідної свердловин з колонами труб на вугільний пласт, з'єднання свердловин по пласту гідророзривом, розпал пласта навколо вибою нагнітальної свердловини, почергову подачу повітря для підігріву пласта до температури 1250°С та подачу підігрітої води у нагрітий пласт через нагнітальну свердловину, почерговий відвід продуктів горіння та синтез-газу через колону труб у газовідвідній свердловині, де підтримують задані термодинамічні умовини, згідно з винаходом на стадії розігріву вугільного пласта колону труб у газовідвідній свердловині заповнюють з поверхні відпрацьованим сорбентом для його регенерації газами горіння та в якій на стадії отримання синтез-газу для сорбції оксиду вуглецю підтримують температуру 65-70°С і тиск 1,3-1,4МПа з наступним винесенням на поверхню відпрацьованого сорбенту. Причинно-наслідковий зв'язок між ознаками, що відрізняють та характеризують винахід, і технічним результатом, який буде досягнутий полягає у наступному: - розміщення колони труб заповненої сорбентом у газовідвідній свердловині дає можливість отримувати водень безпосередньо у цій свердловині, підтримуючи і регулюючи в ній термодинамічні умовини сорбції СО, що є необхідним та достатнім для одержання технічно чистого водню; підтримання температури 65-70°С і тиску 1,31,4 МПа для одержання з синтез-газу (СО+Н2) водню забезпечує максимальну чистоту отримання водню; - винесення з газовідвідної свердловини відпрацьованого сорбенту на поверхню дає можливість шляхом скидання тиску виділити з нього СО і направити разом з окиснювачем в нагнітальну свердловину на стадії розігріву, що підвищить температуру розігріву пласта за рахунок екзотермічної реакції 2СО+О2 2СО2: - заповнення колони труб газовідвідної свердловини на стадії розігріву пласта відпрацьованим сорбентом, з якого видалений СО, дає можливість повністю регенерувати сорбент за рахунок фізичного тепла газів горіння вугілля. В джерелах патентної та науково-технічної інформації не виявлені вищенаведені нові ознаки способу, що заявляється. Отже, можна стверджувати, що новий спосіб отримання водню з вугільного пласта відповідає критерію "новизна". 92362 4 Крім того, наведені вище ознаки нового способу, що відрізняють його від способу - прототипу є суттєвим для реалізації способу та достатніми для досягнення технічного результату, який забезпечує винахід, отже відповідає критерію "суттєві ознаки". Техніко-економічні переваги пропонованого способу є підвищення ефективності процесу за рахунок отримання технічно чистого водню, а також зменшення енергоємності процесу за рахунок проведення регенерації сорбенту у вугільному пласті. Отже, пропонований спосіб є економічно та екологічно доцільним, оскільки направлений на енерго-ресурсозабезпечення, а також дозволяє отримати водень з некондиційних вугільних пластів (малопотужних, глибокозалягаючих, сильно обводнених, високозольних тощо). Спосіб пояснюється кресленнями: на Фіг. - технологічна схема виконання пропонованого способу для отримання водню з вугільного пласта, де 1 - вугільний пласт на який пробурені нагнітальна 2 та газовідвідна 3 свердловини; 4 - колона труб, навколо якої розміщений трубний змійовик 5, сполучений на виході з патрубком 6 для подачі гарячої води для підігріву відпрацьованого сорбенту; 7, 8 - засувки на колоні труб 4 та на газовідвідній 3 свердловині; 9 - насос-компресор, 10 - патрубок для підводу гарячої води з накопичувана 12 до змійовика 5; 13 трубопровід відводу технічного водню; 14 - рухома зона розпалу (газифікації) вугільного пласта; 15 - канал гідророзриву; 16 - сорбент; 17 - термопара; 18 - манометр; 19, 20, 21 засувки на трубопроводі відводу Н2 ; 22 - накопичувач відпрацьованого сорбенту; 23 - вакуумнасос; 24 - компресор; 25, 26, 27 - трубопроводи; 28 - газгольдер. Спосіб реалізується наступним чином. До геотехнологічної розробки долучаються переважно некондиційний малопотужний (наприклад, потужністю менше 0,5м) вугільний пласт 1, придатний для свердловинної переробки з поверхні Землі методом підземного спалювання. З поверхні і Землі на вугільний пласт 1 бурять до підошви нагнітальну 2 та газовідвідну 3 свердловини на відстані 80-100 м одна від одної, вибої яких сполучаються між собою каналом газифікації 15, створеним методом гідророзриву і забутованим крупнозернистим піском. Для цього на вибій свердловини 2 опускають свердловинний гідромонітор [7] (на Фіг. не показаний) з метою проведення орієнтовного з'єднання свердловин 2 і 3. Свердловинний гідромонітор має гнучкий робочий орган - зонд, який просувають по пласту в напрямку від нагнітальної 2 до газовідвідної 3 свердловини, після чого в утворені канали під тиском вище геостатичного нагнітають воду, виконуючи гідророзрив і бутують тріщини гідророзриву крупнозернистим піском. Далі свердловинним пристроєм [8] (на Фіг не показаний) або іншим відомим способом, на вибої нагнітальної 2 свердловини формують зону розпалу (газифікації) 14 з температурою 1250°С, для чого насос - компресором 9 через патрубок 10 на гирлі свердловини 2 подають в зону розпалу 14 окиснювач - повітря або технічний кисень. В цей час патрубок колони труб, запо 5 внений відпрацьованим сорбентом (наприклад, [Сu2(NН3)2 2Н2О]Сl2 з якого на поверхні вилучено СО), закритий засувкою 7, відкривають засувку 8 на газовідвідній 3 свердловині і утворений в результаті процесу спалювання вугільного пласта 1 газ (С+0,5О2 СО2) відводять через накопичувач 12 води. При цьому в колоні 4 труб відбувається регенерація сорбенту за схемою 65 70 C [Cu2(NH3)2 2H2O]Cl2 Cu2Cl2+2NH4OH. При досягненні в рухомій зоні розпалу 14 вугільного пласта 1 температури 1250°С припиняють подачу повітря в нагнітальну 2 свердловину і через патрубок 10 в неї подають підігріту в накопичувачі 12 воду для утворення у вугільному пласті 1 синтез-газу (оксиду вуглецю СО та водню Н2) за реакцією С+H2O СО+Н2. На цій стадії робіт перекривають засувку 8, відкривають засувку 7 і синтез-газ направляють через перфораційні отвори у колону 4 труб, яка виконує роль сорбенту СО. У випадку коли зона горіння 16 знаходиться достатньо далеко від газовідвідної 3 свердловини і гази горіння (СО2) поступають в її порожнину з температурою меншою за необхідну температуру для ефективної сорбції СО в колоні 4, через змійовик 5, що розташований навколо колони 4, закачують через патрубок 6 гарячу воду отриману в накопичувачі 12 і підігріту газами горіння (СО2). Таким чином підтримують температурний режим в колоні 4 труб і досягають температури в її порожнині рівної 65-70°С, тобто температури необхідні для найбільш ефективного сорбування CO в колоні 4 труб із суміші газів CO і Н2. Тиск 1,3-1,4МПа процесу сорбції СО в колоні 4 регулюють засувкою 7. При цих температурі та тиску забезпечують максимальну сорбцію СО у колоні 4 труб. Наповнення колони 4 труб пористим сорбентом дає можливість провести отримання водню безпосередньо в цій колоні, підтримуючи в ній термодинамічні умови процесу сорбції CO, котрі є необхідними та достатніми для одержання технічно чистого водню. Одержаний технічний водень з температурою 65-70°С через відкритий патрубок 7 подають по трубопроводу 13 в охолоджувач, а далі через компресор закачують у балони чи інші ємності для зберігання та подальшого транспортування до споживача (на Фіг. охолоджувач, компресор і балони не показані). Перед закінчення подачі води у нагнітальну 2 свердловину закривають засувку 7 і створюють у пласті надлишковий тиск, який енергією стиснених у пласті газів видавлює відпрацьований сорбент через засувку 19 у накопичувач відпрацьованого 92362 6 сорбенту 22. Далі при закритих засувках 19 і 20 відкривають засувку 21 і вакуум-насосом 23 відкачують з накопичувана відпрацьований сорбент 22 через трубопровід 27 подають його у газгольдер 28. Після припинення вакуумування закривають засувку 21, відкривають засувку 20 і компресором 24 через трубопровід 25 подають у колону 4 труб відпрацьований сорбент, з якого вилучено CO, після чого закривають засувку 20. Робочий цикл отримання технічно чистого водню (подачу води у вугільний пласт 1) припиняють, коли продуктивність виробництва водню різко спадає. Тоді знову розпочинають розпал золи 14, розігрів пласта до температури 1250°С, при цьому насос-компресором 9 нагнітають у пласт разом з повітрям накопичений у газгольдері 28 діоксид вуглецю, після чого процес продовжують шляхом нагнітання нових порцій води, як описано вище. Таким чином, спосіб отримання технічно чистого водню з вугільного пласта забезпечує виконання поставленої задачі. Література: 1. Патент США №4313499, кл. С10 j 5/00, 1982 2. Патент України №4483 SU 1481409, А1 МПК4 Е21 С 43/00, С 10 j 5/00. Спосіб метанізації обводнених покладів вугілля // Бюл. пром. власн. 1994.- №6 -1. Опубл. 27.12.94. - прототип. 3. Шелдон Р.А. Химические продукты на основе синтез-газа: Пер. с англ. / Под ред. С.М. Локтева. - М: Химия, 1987. - С.23-24. 4. Гойхрах И.М., Пинягин Н.Б. Химия и технология исскуственного жидкого топлива. - М: Гос. науч-техн. изд-во нефт. и горно-топл. л-ры, 1954. С.189-202. 5. Патент України №4482 SU 1428764, А1 МПК4 С10j 5/00. Спосіб газифікації вуглевміщуючого пласта // Бюл. пром. власн. - 1994.- №6-1. Опубл. 27.12.94. 6. Патент України №4481 SU 1390238, А1 МПК4 С 10 j5/00. Спосіб підземної газифікації вугілля // Бюл. пром. власн. - 1994.- №6 -1. Опубл. 27.12.94. – прототип. 7. Степанчиков А.Е., Гвоздевич О.В., Баширов В.В., Темнов Г.М. Скваженные гидростуйные аппараты для интенсификации процеса нефтеизвлечения. - М.: ВНИИОЭНГ, 1990. - С.44 8. Гвоздевич О.В., Стефаник Ю.В., Степанчиков А.Е. О розжиге углесодержащих массивов при геотехнологических разработках месторождений // Сб. науч. тр. АН УССР. Ин-т геологии и геохимии горючих ископаемых / Отв. ред. Э.Б. Чекалюк. Киев: Наук. Думка, 1989. - С.25-32. 7 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 92362 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601