Спосіб одержання метану

Реферат: Спосіб одержання метану включає обробку вугілля водним розчином сполук дво- або тривалентного заліза, відведення утвореного метану. Видобуте вугілля попередньо подрібнюють. UA 74040 U (12) UA 74040 U UA 74040 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до паливної промисловості і може бути використана для одержання синтетичного природного газу з видобутого вугілля. Відомий спосіб одержання вуглеводневого палива шляхом подання в пробурені свердловини води в достатній кількості для перетворення двовалентного заліза у тривалентне та відведення отриманого газоподібного вуглеводневого палива (див. патент України на винахід UA № 84691 С2, МПК Е21В43/295, 2003). Утворення метану відбувається в результаті хімічних процесів перетворення двовалентного заліза у тривалентне залізо. Недоліками способу є його трудомісткість за рахунок необхідності буріння свердловин та їх додаткової герметизації. Відомий також, вибраний як найближчий аналог, спосіб одержання метану з підземного вугільного відкладу, в якому пробурюють свердловини, нагнітають у відклад водний розчин окисника, витримують водний розчин окисника у вугільному відкладі впродовж певного часу та видобувають метан із вугільного відкладу (див. патент України на винахід UA № 52647, МПК Е21В43/27, 1998). Як окисник використовують водорозчинні солі металу: солі натрію або калію та ін. Недоліком цього способу є необхідність буріння глибоких свердловин та додаткова герметизація пласта. В основу корисної моделі поставлена задача – зменшити трудомісткість процесу видобування метану з вугільної речовини шляхом термохімічної обробки видобутого вугілля із збереженням можливості його подальшого традиційного використання. Поставлена задача вирішується тим, що в способі одержання метану, що включає обробку вугілля водним розчином солей металу, відведення утвореного метану, згідно з корисною моделлю, видобуте вугілля попередньо подрібнюють, а як водний розчин солей металу для обробки вугілля використовують водний розчин сполук дво- або тривалентного заліза, отриману суміш нагрівають до температури 100-300 °C, після чого відводять утворений метан. Згідно з абіогенною моделлю утворення вугілля, у вугіллі постійно йде синтез метану, аналогічний певною мірою синтезу Фішера-Тропша. Так у роботі (див. Medina J.C., Butala S.J., Bartholomew C.H., Lee M.L. Fuel.-2000.-79. -P. 89) досліджували роль гідрування СО2 у формуванні природного газу вугільних шарів у присутності оксиду заліза. В наших численних дослідженнях вугілля Донецького басейну наявність оксиду заліза не виявлена. Експериментально встановлено, що інтенсивність утворення та кількість метану залежить від складу та кількості сполук заліза у вугіллі. Обробка подрібненого вугілля водним розчином сполук дво- або тривалентного заліза збільшує концентрацію електронних спінів у вугіллі, тобто кількість обірваних зв'язків на атомах вуглецю, і одночасно є джерелом водню, що спричиняє інтенсивне утворення метану. Експериментально встановлено, що більш інтенсивно (вдвічі) підвищують утворення метану у вугіллі сполуки двовалентного заліза у порівнянні із тривалентним залізом. Проведеними нами дослідженнями (А.Р. Skoblik, B.D. Shanina, V.N. Kolesnik, A.A. Konchits, V.G. Gavriljuk. A Modeling for Effect of Iron Compounds on Methane Formation in the Coal. http://dx.doi.Org/10.1016/j.fuel.2012.01.080) також встановлено, що метан формується навіть, якщо вугілля містить тільки сполуки тривалентного заліза. Нагрівання до температури 100-300 °C дозволяє зберегти незмінною теплоутворюючу спроможність вугілля, яке залишається придатним для подальшого традиційного використання. Нагрівання до температури нижче 100 °C знижує інтенсивність утворення метану в вугіллі. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де зображені: - на фіг. 1 - температурна залежність газовиділення із зразка вугілля марки "Д", шахта "Трудовська", пласт l4, немає метану, викидобезпечний; - на фіг. 2 - температурна залежність газовиділення з вугільної суміші вугілля марки "Д", шахта "Трудовська", пласт l4, та водного розчину залізного купоросу (FeSC4 × 7H2O) (двовалентне залізо); - на фіг. 3 - температурна залежність газовиділення з вугільної суміші реакторного графіту, що не містить ніяких сполук заліза, та піриту FeS2 (тривалентне залізо). За запропонованим способом досліджено температурні залежності виділення газів із зразків вугілля різних сортів за допомогою мас-спектрометра. Для вимірювань складу газової суміші, що виділялась з вугілля при його нагріванні було застосовано малогабаритну масспектрометричну установку. Цей спектрометр дозволяє практично одночасно реєструвати інтенсивності від шести різних сполук під час нагріву. На фіг. 1 показано динаміку газовиділення з вугілля, в якому немає сполук заліза. Видно, що метан з цього вугілля не виділяється. На фіг. 2 показано динаміку газовиділення з сумішей даного зразка вугілля, в якому немає сполук заліза, з водним розчином залізного купоросу (двовалентне залізо). На фіг. 3 показано динаміку газовиділення з суміші реакторного графіту з водним розчином піриту (тривалентне залізо). 1 UA 74040 U 5 10 Таким чином, при нагріванні обох сумішей підвищується інтенсивність утворення метану в вугіллі, в якому до цього не було метану. Але суміш з водним розчином залізного купоросу (фіг. 2) більш інтенсивно підвищує утворення метану в вугіллі. Заявлений спосіб здійснюють таким чином. Видобуте вугілля подрібнюють до дрібної фракції і насищають водним розчином залізного купоросу. Оброблене таким чином вугілля розміщують в герметичному контейнері. Конструкція контейнера дозволяє відкачування з нього газів, що виділяються з вугілля в процесі термохімічних реакцій. Контейнер з вугіллям нагрівають до температури 70-80 °C витримують при цій температурі до 24 годин для виведення (випарювання) надлишкової води з вугілля. Контейнер з висушеною сумішшю догрівають до невеликих температур 100-300 °C, що дозволяє залишати незмінною теплоутворюючу спроможність вугілля, а утворені під час термохімічних реакцій гази, в тому числі метан, відводять з об'єму контейнера. Відбір метану з суміші отриманих газів здійснюється, наприклад, його зріджуванням. Вугілля, що залишилось після синтезу метану за даною схемою, придатне для подальшого традиційного використання. 15 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 Спосіб одержання метану, що включає обробку вугілля водним розчином солей металу, відведення утвореного метану, який відрізняється тим, що видобуте вугілля попередньо подрібнюють, як водний розчин солей металу використовують водний розчин сполук дво- або тривалентного заліза, отриману суміш нагрівають до температури 100-300 °C, після чого відводять утворений метан. 2 UA 74040 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 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