Спосіб періодичного одержання рідких синтетичних палив з вугільного пласта

Спосіб періодичного одержання рідких синтетичних палив з вугільного пласта, який включає буріння дуттьової і газовідвідної свердловини на вугільний пласт, з'єднання свердловин по пласту гідророзривом, заповнення перфорованої колони труб подрібненим каталізатором, запалювання пласта на вибої дуттьової свердловини, почергову подачу нагрітого повітря для розігріву пласта до температури 1500 К і гарячої води в нагрітий пласт через дуттьову свердловину, почерговий відвід продуктів горіння вугілля та синтез-газу, що утворився, через газовідвідну свердловину, де підтримують наперед задані термобаричні умови, який відрізняється тим, що стадію отримання синтез-газу припиняють при температурі самозапалення відкладеного на каталізаторі вуглецю і подають через газовідвідну свердловину повітря для регенерації каталізатора шляхом окиснення вуглецю, причому цей процес проводять з періодичністю, що визначається терміном придатності вибраного каталізатора, який визначають за об'ємом отриманого на поверхні синтез-газу. (19) UA (11) (21) a200912885 (22) 11.12.2009 (24) 12.12.2011 (46) 12.12.2011, Бюл.№ 23, 2011 р. (72) ЛОТОЦЬКИЙ ІГОР МИХАЙЛОВИЧ, СТЕФАНИК ЮРІЙ ВАСИЛЬОВИЧ (73) ЛОТОЦЬКИЙ ІГОР МИХАЙЛОВИЧ, СТЕФАНИК ЮРІЙ ВАСИЛЬОВИЧ (56) DE 484337 C, 16.10.1929 SU 1390238 A1, 23.04.1988 US 4313499 A, 02.02.1982 Стефаник Ю.В. Геотехнология некондиционных твердых топлив. - К.: Наукова думка, 1990. С.218-222 Шелдон Р.А. Химические продукты на основе синтез-газа. Пер с англ. / Под ред. С.М. Локтева. М.: Химия, 1987. С. 69-78. UA 79893 C2, 25.07.2007 UA 78628 C2, 10.04.2007 US 3986349 A, 19.10.1976 US 4218388 A, 19.08.1980 US 2472501 A, 07.06.1949 US 5769165 A, 23.06.1998 RU 2354820 C1, 10.05.2009 C2 2 96808 1 3 з виділенням 47 ккал тепла на моль утвореної води; 2nCO+(n+1)H2→CnH2n+2+nCO2 (2), з виділенням 47ккал тепла на моль утвореного діоксину вуглецю. Відомі вказані способи наземного одержання рідких синтетичних палив з вугілля є енерговитратними та непридатними для переробки з цією метою вугільних пластів на місці їх залягання. Найближчим за технологічною суттю до способу, що заявляється, є відомий спосіб [7], який вибрано за прототип, що полягає в отриманні рідких синтетичних речовин з вугільного пласта геотехнологічним методом підземної газифікації. Відомий спосіб [7] має низку наступних ознак, спільних з ознаками пропонованого технічного рішення, а саме: - буріння дуттьової та газовідбірної свердловини в вугільний пласт; - з'єднання свердловин по вугільному пласту каналом гідророзриву; - запалювання пласта на вибої дуттьової свердловини; - заповненням колони труб подрібненим каталізатором; - почергову подачу нагрітого повітря для розігріву пласта до температури 1500 К і гарячої води в розігрітий пласт через дуттьову свердловину; - почерговий відвід продуктів горіння вугілля та синтез-газу через газовідвідну свердловину; - підтримання наперед заданих термобаричних умов для одержання цільових продуктів. Недоліком способу [7] є низька його ефективність внаслідок високих енерговитрат, швидкого забруднення ("отруєння") каталізатора на вибої газовідвідної свердловини та необхідності багаторазового підняття рухомої колони труб на поверхню для заміни відпрацьованого каталізатора. В основу винаходу поставлена задача підвищити ефективність процессу за рахунок зниження його енергоємності та збільшення виходу рідких синтетичних палив за рахунок відновлення каталізатора на вибої газовідвідної свердловини. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому та найбільш близькому за технологічною суттю до пропонованого способі [7], який містить буріння дуттьової та газовідвідної свердловин на вугільний пласт, з'єднання свердловин по вугільному пласту каналом гідророзриву, заповнення перфорованої колони труб подрібненим каталізатором, розпалювання пласта навколо вибою дуттьової свердловини, почергову подачу нагрітого повітря для розігріву пласта до температури 1500 К та подачі гарячої води у вугільний пласт через дуттьову свердловину, почерговий відвід продуктів горіння вугілля та синтез-газу, що утворюється, через газовідвідну свердловину, де підтримують наперед задані термобаричні умови, згідно з винаходом, стадію отримання синтез-газу припиняють при температурі самозапалювання відкладеного на каталізаторі вуглецю і подають через газовідвідну свердловину повітря для регенерації каталізатора шляхом окиснення вуглецю з періодичністю, що визначається терміном придатності 96808 4 каталізатора, який визначають за об'ємом отриманого на поверхні синтез-газу. Причинно-наслідковий зв'язок між ознаками, що відрізняють та характеризують винахід, і технічним результатом, який буде досягнуто, полягає в тому, що: - розміщення в колоні труб газовідвідної свердловини подрібненого каталізатора з наступною його регенерацією дає можливість одержати рідкі синтетичні палива безпосередньо у цій сверловині протягом усієї розробки вугільного пласта без підйому колони труб на поверхню; - припинення процессу отримання синтезгазу при температурі самозапалювання відкладеного на каталізаторі вуглецю дає можливість проводити регенерацію каталізатора без додаткових свердловинних пристоїв для запалювання вуглецю; - контроль за якістю каталізатора в підземних умовах лічильником синтез-газу на поверхні дає можливість вчасно регенерувати каталізатор, що забезпечує найбільш ефективний вихід рідких синтетичних палив на поверхню. В джерелах патентної і науково-технічної інформації не виявлено вищенаведених нових ознак способу, що заявляється, отже можна стверджувати, що новий спосіб одержання рідких синтетичних палив з вугільного пласта відповідає критерію "новизна". Крім того, наведені вище ознаки нового способу, що відрізняють його від способу-прототипу і надають йому нових властивостей, а також послідовність їх здійснення, є суттєвими для реалізації способу та достатніми для досягнення технічного результату, який забезпечує винахід, отже відповідає критерію "суттєві відзнаки". Техніко-економічними перевагами пропонованого способу є підвищення ефективності процесу за рахунок зниження його енергоємності та збільшення виходу рідких синтетичних палив за рахунок відновлення каталізатора на вибої газовідвідної свердловини. Отже, пропонований спосіб є економічно та екологічно доцільним, оскільки направлений на енерго- та ресурсозберігання, а також дозволяє ввести в обіг запаси низькокалорійних вугільних пластів, малопотужних, тих, що залягають на великих глибинах, обводнених, високозольних тощо. Спосіб пояснюється кресленням: на якому зображена технологічна схема виконання пропонованого періодичного способу одержання рідких синтетичних палив з вугільного пласта, де 1 вугільний пласт, на який пробурена дуттьова 2 та газовідвідна 3 свердловини; 4 - канал газифікації; 5 - колона труб, наповнена подрібненим каталізатором 6; 7 - компресор; 8 - ємність для води; 9 водяний насос; 10 - засувка подачі води; 11, 12 засувка подачі повітря; 13 - засувка газів регенерації каталізатора; 14 - засувка подачі рідких синтетичних палив; 15 - ємність для рідких синтетичних палив; 16 - зона розпалення; 17 - лічильник синтез-газу; 18 - термопара в колоні з каталізатором; 19 - розділювач рідкої і газової фаз. Спосіб реалізують так. До геотехнологічної розробки долучають переважно некондиційний 5 (малопотужний) пласт 1, придатний для свердловинної розробки з поверхні Землі методом підземної газифікації. З поверхні Землі на вугільний пласт 1 бурять дуттьову 2 і газовідвідну 3 свердловини на відстані 60-80 м одна від одної, вибої яких сполучають між собою каналом 4 газифікації, створеним способом гідророзриву. Колону труб 5 заповнюють подрібненим каталізатором 6, наприклад Сr2О3+К2СО3, і опускають на вибій газовідвідної свердловини. Далі свердловинним пристроєм [7] (на кресленні не показаний) або іншим способом, на вибої дуттьової свердловини 2 формують зону розпалення 16 з температурою 1500 К, для чого компрессором 7 через засувку 11 на устя свердловини 2 подають в зону розпалу 16 окиснювач - повітря. В цей час засувки 10, 12 і 14 закриті, відкривають засувку 11 і 13 на газовідвідній свердловині 3, і утворений в результаті процессу горіння вугільного пласта 1 газ (С+0,5О2→СО2) відводять через заслонку 13. При досягненні в зоні розпалення 16 температури 1500 К припиняють подачу повітря в дуттьову свердловину і через заслонку 10 подають воду з ємності 9 для виробництва у вугільному пласті 1 синтез-газу (оксиду вуглецю СО і водню Н2) за реакцією С+Н2О→СО+Н2. На цій стадії робіт перекривають засувки 11, 12, 13, відкривають засувку 14 і синтез-газ направляють у колону труб 5, заповнену каталізатором 6, яка виконує роль синтезатора. Синтез-газ через колону труб 5 і лічильник синтез-газу 17 потрапляє в ємність 15. Одержані синтетичні вуглеводні з температурою 550 К через засувку 14 подають у розділювач 19 фаз, де продукти синтезу охолоджують водою до температури 293 К і розділяють на газову фазу та рідку - з одержанням синтетичних речовин: від олефінів, які використовують як розчинників, і до тяжких фракцій - синтетичного дизпалива. При цьому газову фазу компенсують і використовують в подальшому при черговому розпалі вугільного пласта 1, домішуючи її до повітря. Робочий цикл синтезу рідких вуглеводнів (подачу води у вугільний пласт 1) припиняють, коли продуктивність по цільовому продукту різко спадає. Тоді знову розпочинають розпал зони 16 96808 6 до температури 1500 К, після чого процес продовжують шляхом нагнітання нової порції води, як описано вище. Вихід рідких вуглеводнів, фракційний склад, а також співвідношення між цільовою рідкою і газовою фазами синтезу залежить в першу чергу від характеристики вугільного пласта 1, термобаричних умов, що створюються в зоні синтезу в колоні 5 труб, та характеристики каталізатора. При показаннях лічильника синтез-газу 17 бі-1 льше як 100 год. об'ємної швидкості синтез-газу через подрібнений каталізатор 6 колони 5 процес отримання синтез-газу припиняють при температурі 600 К закриттям засувки 10, що фіксується термопарою 18, і через засувку 12 у газовідвідну колону 3 подається повітря компресором 7. Утворені гази регенерації каталізатора через засувку 13 виводять на поверхню через навколотрубний простір колони 5 газовідвідної свердловини 3. При досягненні на термопарі 18 температури 800 К процес припиняють закриттям засувок 12 і 13, після чого процес продовжують нагнітанням у пласт повітря компрессором 7 через засувку 11. Таким чином спосіб періодичного одержання рідких синтетичних палив з вугільного пласта забезпечує виконання поставленої технічної задачі. Джерела інформації: 1. UA 4481 А1, 23.04.1988 (SU 1390238 А1, 23.04.1988). 2. US 4313499 А, 02.02.1982. 3.Стефаник Ю.В. Геотехнология некондиционных твердых топлив. - К.: Наукова думка, 1990. - С.218-222. 4. Рапопорт И.Б. Искусственное жидкое топливо. Ч. ІІ: Синтез моторных топлив из окиси углерода и водорода. - М., Л.: Гос. научн. тех. изд-во нефт. и горнотопл. л-ры, 1950. С.121-152. 5. Шелдон Р.А. Химические продукты на основе синтез-газа. Пер с англ. / Под ред. С.М.Локтева. - М.: Химия, 1987. С.69-78. 6. DE 484337 C, 16.10.1929. 7. UA 79893 C2, 25.07.2007. 8. UA 4483 А1, 23.05.1989 (SU 1481409 А1, 23.05.1989). 7 Комп’ютерна верстка Н. Лисенко 96808 8 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601