Спосіб підвищення теплотворної спроможності газу підземної газифікації твердого палива

Реферат: Винахід належить до гірничо-видобувної промисловості, а саме до підвищення теплотворної спроможності газу при свердловинній газифікації вугільних пластів, та може бути застосований при розробці родовищ корисних копалин шляхом підземної газифікації вугільних, сланцевих та сірчаних пластів. Задачею винаходу є розділення вихідної газової суміші окремо на горючі й баластні гази, підвищення теплотворної спроможності газу, підвищення ефективності процесу отримання газу, зниження енергоємності та зменшення собівартості продуктивного газу. Спосіб підвищення теплотворної спроможності газу підземної газифікації твердого палива включає буріння з поверхні землі або у шахтних умовах похило-горизонтальних та/або горизонтальних експлуатаційних свердловин, з бурінням горизонтальної частини по пласту твердого палива, монтаж в експлуатаційних свердловинах дуттьового, керуючого трубопроводу, запалювання пласта твердого палива, подачу окислювального реагенту керуючим трубопроводом та подачу решти компонентів дуття свердловиною до реакційного каналу, отримання продуктів газифікації та розподілу їх у поверхневому комплексі очистки та переробки генераторного газу, встановлення мембранного комплексу та з'єднання його з трубопроводами і рекуперативним обладнанням поверхневого комплексу очистки й переробки генераторного газу, розділення газової суміші за розміром молекул газу окремо на горючі та баластні гази. UA 104704 C2 (12) UA 104704 C2 UA 104704 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до гірничо-видобувної промисловості, а саме до підвищення теплотворної спроможності газу при свердловинній газифікації вугільних пластів, та може бути застосований при розробці родовищ корисних копалин шляхом підземної газифікації вугільних, сланцевих та сірчаних пластів. Відомий спосіб видобутку корисних копалин, що включає буріння направлених свердловин, збійку горизонтальних частин свердловин, подачу робочих агентів горіння вугілля одними свердловинами й відведення генераторних газів іншими свердловинами [Авторське свідоцтво СРСР № 1261355, кл. Е21С 43/00, опубліковане 09.10.84]. До недоліків відомого способу належить низька теплотворна спроможність добутого газу підземною газифікацією вугілля, оскільки горизонтальна частина направленої свердловини обладнана обсадною колоною з цементацією затрубного простору, що призводить до періодичного затухання процесу газифікації та повторного розпалювання пласта. Відомий також спосіб підземної газифікації твердого палива, що включає буріння вертикально-горизонтальних (направлених) свердловин з горизонтальною частиною по пласту, збійку між ними, буріння закладної направленої свердловини по породі покрівлі пласта на у місці їх найбільшого розшарування, розпалювання вугілля, отримання штучного генераторного газу й закладання здеформованих порід у зоні вигазованого простору [Патент України на винахід № 21863, кл. Е21В 43/295, опублікований 30.04.1988]. Недоліками відомого способу є низька теплотворна спроможність отриманого генераторного 3 газу (всього 3-4 МДж/м ) за наявності в газі баластних газів: двоокису вуглецю (СО2), азоту (N2) і сірчаного газу (H2S), низька ефективність процесу одержання газу, висока енергоємність виробництва і значна собівартість продуктивного газу. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу підвищення теплотворної спроможності газу підземної газифікації твердого палива, в якому додаткове встановлення мембранного комплексу, з’єднання його з трубопроводами і рекуперативним обладнанням поверхневого комплексу очистки й переробки генераторного газу, забезпечують розділення вихідної газової суміші окремо на горючі й баластні гази, цим забезпечується підвищення теплотворної спроможності газу, підвищення ефективності процесу отримання газу, зменшення металомісткості поверхневого комплексу, зниження енергоємності та зменшення собівартості продуктивного газу. Поставлена задача вирішується тим, що у способі підвищення теплотворної спроможності газу підземної газифікації твердого палива, що включає буріння з поверхні землі або у шахтних умовах (вугільний розріз) похило-горизонтальних та/або горизонтальних експлуатаційних свердловин, з бурінням горизонтальної частини по пласту твердого палива, монтаж в експлуатаційних свердловинах дуттьового, керуючого трубопроводу, запалювання пласта твердого палива, подачу окислювального реагенту керуючим трубопроводом та подачу решти компонентів дуття свердловиною до реакційного каналу, отримання продуктів газифікації й розподілу їх у поверхневому комплексі очистки та переробки, згідно з винаходом, передбачені наступні відміни: - додатково встановлюють мембранний комплекс; - мембранний комплекс з'єднують з трубопроводами та рекуперативним обладнанням поверхневого комплексу очистки і переробки генераторного газу; - у мембранному комплексі, при проході потоку вихідної газової суміші уздовж пористої мембрани, газова суміш, під дією гідростатичного тиску, розділяється за розміром молекул газу окремо на горючі та баластні гази. Крім того, параметри розділення генераторного газу мембранного комплексу на горючі й баластні гази розраховують згідно з параметрами температур, тиску й матеріального балансу генераторного газу та показників контрольно-вимірювальної апаратури. Спосіб підвищення теплотворної спроможності газу при підземній газифікації твердого палива виконують за допомогою мембранного комплексу розподілу генераторного газу, який схематично зображений на кресленні. Мембранний комплекс складається з корпусу 1 з патрубком 2, яким, до корпусу 1, під гідростатичним тиском, надходить вихідна суміш генераторного газу, вихідна суміш генераторного газу складається з молекул горючого газу та баластного газу, при цьому, її молекули мають різні розміри, пористої мембрани 3, яка поділяє корпус 1 на дві камери: камеру 4, до якої надходить вихідна суміш генераторного газу та камера 5, куди, проходячи крізь пори мембрани 3, надходить відфільтрований генераторний (горючий) газ, патрубка 6 для виходу відфільтрованого генераторного газу та патрубка 7 для виходу баластного газу. Спосіб виконують наступним чином. 1 UA 104704 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 Мембранний комплекс встановлюють перед поверхневим комплексом очистки й переробки генераторного газу та герметично з'єднують його з трубопроводами і рекуперативним обладнанням поверхневого комплексу. Процес розподілу газової суміші відбувається в потоці вихідної газової суміші, яку під дією гідростатичного тиску направляють патрубком 2 до корпусу 1 мембранного комплексу. Потік газової суміші рухається уздовж розподільної мембрани 3, при цьому суміш втрачає окремі газові частинки (СО2, N2 і H2S), та збільшує концентрацію газів (CO, H2, СН4 і О2) у відфільтрованому газовому потоці, який проходить крізь пори мембрани до камери 5. Рухомою силою розподілу вихідного потоку є градієнт концентрації газів, що розподіляють. За рахунок градієнта гідростатичного тиску концентрація балансових газів, які не можуть пройти крізь пори мембрани 3 за розміром молекул, зростає в камері 4 та виходить патрубком 7. А горючі гази вихідної суміші, що проходять крізь пори мембрани 3 накопичуються в камері 5 та виходять патрубком 6. В спрощеному вигляді процес перерозподілу газу відбувається при умові, що баластні гази уявляють частинки газових молекул більших розмірів, тому менші частинки проходять крізь маленькі отвори (пори) розподільної мембрани 3, а частинки більших розмірів залишаються в початковому (вихідному) потоці газів. Для розподілу газів свердловинної підземної газифікації вугільних пластів можуть бути використані мембранні промислові установки, які пропускають через себе великі об'єми промислових газів. Для ефективної роботи мембранних елементів і модулів потрібна попередня обробка газової суміші перед подачею її безпосередньо на мембранну установку. Тому увесь об'єм утвореного генераторного газу очищують відомими способами (сепараторами) від твердих частин (вугільно-породного пилу, золи, смол, крапель насичених парів води і самої пари, легкоконденсуючих вуглеводнів тощо). Висококонцентрований газ після очищення і проходження через мембранні комплекси в подальшому надходить до шахтної котельні, де спалюється в топці котлів. Частина газу може бути використана для спалювання в газових турбінах для виробництва електричної, механічної і теплової енергії. Запропонована технологія ефективна при відпрацюванні пластів твердого палива з підготовкою газогенератора з поверхні землі або в умовах шахт та отриманні на цій основі екологічності і селективності процесу розподілу генераторного газу шляхом впровадження мембранного методу розділення і направленості газового продукту, є перспективним не тільки з технологічних, але й з економічних позицій. Технологія підземної газифікації вугілля з мембранним очищенням від баластних газів дозволяє збільшити питомий вихід продуктивного газу, підвищити його теплотворну спроможність, знизити енергоємність процесу газифікації вугільних пластів і в кінцевому порядку, знизити собівартість продуктивного газу до рівня конкурентної здатності з традиційними способами видобутку вугілля. Мембранна технологія дозволяє будувати укрупнені одиничні потужності не менше 2 млрд. 3 м газу на рік для комплексного використання генераторного газу у виробництві електроенергії на газотурбінних електростанціях та теплової енергії на ТЕЦ. Такі виробництва необхідно будувати біля великих міст. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 50 55 60 1. Спосіб підвищення теплотворної спроможності газу підземної газифікації твердого палива, що включає буріння з поверхні землі або у шахтних умовах (вугільний розріз) похилогоризонтальних та/або горизонтальних експлуатаційних свердловин, з бурінням горизонтальної частини по пласту твердого палива, монтаж в експлуатаційних свердловинах дуттьового, керуючого трубопроводу, запалювання пласта твердого палива, подачу окислювального реагенту керуючим трубопроводом та подачу решти компонентів дуття свердловиною до реакційного каналу, отримання продуктів газифікації та розподілу їх у поверхневому комплексі очистки та переробки генераторного газу, який відрізняється тим, що додатково встановлюють мембранний комплекс та з'єднують його з трубопроводами і рекуперативним обладнанням поверхневого комплексу очистки й переробки генераторного газу, при цьому у мембранному комплексі, при проході потоку вихідної газової суміші уздовж пористої мембрани, газова суміш, під дією гідростатичного тиску, розділяється за розміром молекул газу окремо на горючі та баластні гази. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що параметри розділення генераторного газу мембранним комплексом на горючі й баластні гази розраховують згідно з параметрами 2 UA 104704 C2 температур, тиску й матеріального балансу генераторного газу та показників контрольновимірювальної апаратури. Комп’ютерна верстка С. Чулій 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 3