Спосіб підземної газифікації твердого палива

Реферат: Спосіб підземної газифікації твердого палива належить до гірничої галузі, а саме до підземної розробки родовищ корисних копалин шляхом підземної газифікації вугільних та сланцевих пластів. Спосіб включає буріння похило-горизонтальних свердловин, збійку між ними, розпалювання пласта, подачу дуття гнучким перфорованим трубопроводом, газифікацію твердого палива, отримання продуктивного газу. Спосіб характеризується тим, що бурять і формують свердловини та реакційний канал підземного газогенератора одним буровим поставом, після чого по буровому ставу з поверхні землі або з виробки подають гнучкий трубопровід до виходу його на денну поверхню або у виробку й закріплюють, потім витягують буровий постав з свердловин та реакційного каналу й демонтують його, а гнучкий трубопровід виконують з перфорованою частиною в області зон реакційного каналу, при цьому перфоровану частину трубопроводу розділяють перегородкою на окислювальну і відновлювальну зони для направлення активних компонентів дуття безпосередньо на вогневий вибій та окислювальну і відновлювальну зони реакційного каналу. Винахід забезпечує можливість видобутку і переробки пластів твердого палива при керованості активними зонами реакційного каналу. Це призводить до збільшення ефективності, збалансованості та направленості процесу підземної газифікації і за рахунок цього підвищення якісних і кількісних показників продукту газифікації, зниження витрат на запуск і формування реакційного каналу та зменшення техногенного навантаження на довкілля. UA 103856 C2 (12) UA 103856 C2 UA 103856 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до гірничої галузі, а саме до підземної розробки родовищ корисних копалин шляхом підземної газифікації вугільних та сланцевих пластів, та може бути застосований при вигазовуванні вугільних пластів на малих та середніх глибинах з надмірною інтерференцією породного масиву над газогенератором в умовах підробки і надробки пласта, при переході диз'юнктивних й плікатних порушень вугільного пласта, та при вигазовуванні свити вугільних пластів. Відомий спосіб управління подачею точки дуття з перфорованої насадки з гнучким трубопроводом, озташованим в експлуатаційних свердловинах, які посуваються по мірі вигазовування вугільного пласта [Теория и практика термохимической технологии добычи и переработки угля. Монография /Под общ. ред. О.В. Колоколова / Днепропетровск: ΗΓΑ Украины, 2000.-281 с.]. Недоліками відомого способу є активізація лише окислювальної зони реакційного каналу газогенератора; складність конструкції перфорованої насадки і її орієнтації відносно вогневого вибою; втрати тиску і дуття при реверсі активних зон реакційного каналу. Найбільш близьким, за технічною суттю до способу, що заявляється, є спосіб підземної газифікації твердого палива, що включає розташування у вугільному пласті горизонтальних ділянок свердловин, збійку свердловин, розпалення пласта, подачу дуття та відведення продуктивних газів з формуванням на ділянках свердловин трубопроводів й переміщенням їх випускних отворів скважиною по мірі вигазовування вугілля, при цьому горизонтальні ділянки свердловин у вугільному пласті формують довжиною, що перевищує принаймні удвоє відстань між свердловинами, а свердловини розташовують на підошві пласта й формують діаметром, який складає не менше ніж 0,25-0,8 від потужності пласта, для чого використовують установки похило-направленого буріння, а трубопроводи, що формують у горизонтальних свердловинах, виконують з матеріалу з температурою плавлення до 150 °C, а стінки виконані з перфорацією, при цьому як дуттєву використовують свердловину, розташовану нижче, по падінню [Патент Росії RU 2381356, кл. Е21843/295, опублікований 10.02.2010]. До недоліків відомого способу належать застосування плавкого матеріалу як трубопроводу в горизонтальній частині свердловин негативно впливає на матеріальний баланс процесу, зменшує або перекриває діаметр експлуатаційних свердловин, унеможливлює отримання висококалорійного генераторного газу та його кількості, підвищує витрати на очистку та переробку продуктів підземної газифікації, значне техногенне навантаження на довкілля. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення способу підземної газифікації твердого палива, в якому буріння та формування свердловин і реакційного каналу одним буровим поставом, подача по буровому поставу з поверхні землі або з виробки гнучкого трубопроводу, який подають до виходу на денну поверхню або у виробку й закріплення його, виконання трубопроводу з перфорованою частиною в області зон реакційного каналу, розділення перегородкою перфорованої частини трубопроводу на окислювальну й відновлювальну зони, забезпечують можливість видобутку і переробки пластів твердого палива за рахунок керованості активними зонами реакційного каналу: окислювальної, перехідної і відновлювальної, при підготовці підземного газогенератора з поверхні землі та в шахтних умовах забезпеченням керованого формування екзотермічними і ендотермічними процесами газифікації вугілля, цим забезпечується ефективність, збалансованість та направленість процесу підземної газифікації і за рахунок цього досягається підвищення якісних і кількісних показників продукту газифікації, зниження витрат на запуск і формування реакційного каналу, зниження техногенного навантаження на довкілля. Поставлена задача вирішується тим, що у способі підземної газифікації твердого палива, що включає буріння похило-горизонтальних свердловин, збійку між ними, розпалювання пласта, подачу дуття гнучким перфорованим трубопроводом, газифікацію твердого палива, отримання продуктивного газу, згідно з винаходом, передбачені наступні відміни: - бурять і формують свердловини та реакційний канал підземного газогенератора одним буровим поставом; - по буровому поставу з поверхні землі або з виробки подають гнучкий трубопровід до виходу на денну поверхню або у виробку й закріплюють його; - витягують буровий постав з свердловин та реакційного каналу й демонтують його; - гнучкий трубопровід виконують перфорованим в області зон реакційного каналу; - перфоровану частину гнучкого трубопроводу розділяють перегородкою на окислювальну та відновлювальну частини для направлення активних компонентів дуття безпосередньо на вогневий вибій та окислювальну й відновлювальну зони реакційного каналу. Крім того, виконують роздільну подачу активних компонентів дуттьової суміші безпосередньо у зони реакційного каналу з екзотермічними та ендотермічними процесами 1 UA 103856 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 газифікації вугілля; монтаж гнучкого трубопроводу здійснюють у буровому поставі, перфоровану і розділену зони якого орієнтують у реакційному каналі згідно з активними зонами вогневого вибою; гнучкий трубопровід по мірі вигазовування вугільного пласта посувається слідом за вогневим вибоєм з урахуванням змін геометричних параметрів активних зон. Суть винаходу пояснюється кресленнями технологічної схеми, за якою виконують спосіб, де на: фіг. 1 зображена технологічна схема монтажу перфорованого, гнучкого трубопроводу у буровому поставі після сформування експлуатаційних свердловин і реакційного каналу; фіг. 2 - розріз за А-А фіг. 1; фіг. 3 - технологічна схема розміщення перфорованого, гнучкого трубопроводу в експлуатаційних свердловинах і реакційному каналі підземного газогенератора; фіг. 4 - розріз за Б-Б фіг. 3. Технологічна схема виконання способу підземної газифікації твердого палива складається з дуттьової свердловини 1; газовідвідної свердловини 2; реакційного каналу 3; вугільного пласта 4; породного масиву 5; бурового поставу 6; перфорованого гнучкого трубопроводу 7; пристрою 8 для посування та видачі перфорованого гнучкого трубопроводу 7; устя 9 експлуатаційних свердловин 1, 2 на рівні поверхні землі; напрямку 10 видачі та демонтажу бурового поставу 6; вогневого вибою 11 підземного газогенератора; перегородки 12 перфорованої частини гнучкого трубопроводу 7; перфорованої частини гнучкого трубопроводу 7 окислювальної зони 13 газогенератора; перфорованої частини гнучкого трубопроводу 7 відновлювальної зони 14 газогенератора; напрямку 15 подачі перфорованого гнучкого трубопроводу 7; бурового станка 16 для видачі бурового поставу 6; компресора 17; компресора 18 для подачі компонентів дуття перфорованим гнучким трубопроводом 7; напрямку 19 подачі дуття перфорованим гнучким трубопроводом 7; напрямку 20 подачі дуття свердловиною 1; напрямку 21 виходу генераторного газу. Спосіб реалізують наступним чином. При здійсненні способу, перевага надається тонким некондиційним вугільним пластам, а також шахтам, які вичерпали термін експлуатації й мають локальні запаси твердого палива. Розкриття та підготовка підземного газогенератора здійснюється з поверхні землі або у шахтних умовах похило-горизонтальними й горизонтальними свердловинами з бурінням по пласту горизонтальних експлуатаційних свердловин: дуттьової 1 і газовідвідної 2, з формуванням реакційного каналу 3 між ними (фіг. 1). Довжина реакційного каналу 3 визначається, виходячи з показників матеріального та теплового балансу, розмірів зони екзотермічних реакцій, та геомеханічних параметрів породного масиву 5 і вугільного пласта 4, що вміщують газогенератор. Спосіб управління процесом підземної газифікації твердого палива, що включає монтаж в експлуатаційних свердловинах 1, 2 (відповідно дуттьової й газовідвідної) та реакційному каналі 3 підземного газогенератора перфорованого гнучкого трубопроводу 7, розділеного перегородкою 12 на дві частини за довжиною: окислювальної зони 13 та відновлювальної зони 14. Монтаж гнучкого трубопроводу 7 у підземному газогенераторі здійснюють після підготовки експлуатаційних свердловин 1, 2 та реакційного каналу 3 буровим поставом 6, по якому з боку дуттьової свердловини 1 подають гнучкий трубопровід 7, який по мірі подачі напрямком 15 виходить до устя 9 поверхні землі з газовідвідної свердловини 2, де його закріплюють. Буровий постав 6 демонтують через газовідвідну свердловину 2 за допомогою бурового станка 17. Гнучкий трубопровід 7 орієнтують згідно з довжиною експлуатаційних свердловин 1, 2 та зон 13, 14 реакційного каналу 3 підземного газогенератора (фіг. 1). Як активний реагент, в окислювальну зону 13 дуттьової свердловини 1 компресором 18 та гнучким трубопроводом 7 подають кисень O2, у простір свердловини 1 подають компресором 17 у напрямку 20 інші компоненти дуття, які реагують з вогневим вибоєм 11 реакційного каналу 3 газогенератора. Формування і робота окислювальної зони 13, яка займає 30-33 % довжини реакційного каналу 3, пов'язана з екзотермічними реакціями, що формують кінетику відновлювальної зони 14 (ендотермічні реакції), в яку компресором 18 з боку газовідвідної свердловини 2 гнучким трубопроводом 7 у реакційний канал 3 на вогневий вибій 11 подають перегріту пару Т125 °C, в залежності від вологості породовугільного масиву та водопритоку, до реакційного каналу 3. Кількісні показники подачі пари у відновлювальну зону 14 розраховують згідно з матеріально-тепловим балансом процесу СПГВ з отриманням у генераторному газі співвідношенням СО:Н2=1:2 з метою отримання у подальшій тепловій конверсії синтезу метанолу, аліфатичних вуглеводнів, 1:1 синтезу альдегідів, 3:1 синтезу метану. 2 UA 103856 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Можливе підвищення СО у складі генераторного газу, що виходить у напрямку 21, при збільшенні температури реакції, або при наявності у складі дуттьової суміші компоненту СО 2. При подачі у відновлювальну зону 14 реакційного каналу 3 водяної пари (перегрітої) забезпечується підвищення виходу Н2, при цьому спостерігається зростання швидкості реакцій: СО+Н2О→СО2+Н2 СН4+Н2О→СО+3Н2 Виходячи з розрахунку фугітивності процесу, термодинамічні показники відновлювальної зони підземного газогенератора повинні знаходитись в межах температур 875-710 °C, при цих умовах забезпечується рівно вісний склад суміші технологічного газу підземної газифікації, що обумовлює синтез на подальших ступенях теплової конверсії поверхневого комплексу станції СПГВ. Запропонована технологія ефективна при відпрацюванні балансових і забалансових запасів твердого палива, тому що забезпечується керованість і селективність процесу підземної газифікації пластів твердого палива за рахунок направленої подачі компонентів дуття у зони реакційного каналу з екзотермічними та ендотермічними реакціями, що дозволяє отримувати технологічний або енергетичний направлено-якісний продукт підземної газифікації з подальшим синтезом хімічних речовин, забезпечити ступінь збалансованості процесу, зменшити термін часу процесу і поліпшити керованість реверсом зон реакційного каналу підземного газогенератора, зменшити втрати вугілля і вихід балансових газів, забезпечити можливість більш ефективного вигазовування тонких вугільних пластів. Теоретичні розрахунки показують, що застосування способу керованості зонами реакційного каналу підземного газогенератора шляхом подачі компонентів дуття гнучким трубопроводом з перфорованою точкою подачі у реакційному каналі в зонах окислення та відновлення, забезпечують вихід технічного газу СПГВ із співвідношенням компонентів CO і Н2 придатного для синтезу, або енергетичного газу згідно з потребами і кон'юнктурою ринку споживання продуктів вуглеводню, а також вихід хімічних речовин з конденсату 2,46-4,7 % на тону вигазованного вугілля, теплової енергії 4,8-10,2 Гкал/рік, розширення асортименту продуктів газифікації вугільних пластів й областей застосування технології СПГВ. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Спосіб підземної газифікації твердого палива, що включає буріння похило-горизонтальних свердловин, збійку між ними, розпалювання пласта, подачу дуття гнучким перфорованим трубопроводом, газифікацію твердого палива, отримання продуктивного газу, який відрізняється тим, що бурять і формують свердловини та реакційний канал підземного газогенератора одним буровим поставом, після чого по буровому поставу з поверхні землі або з виробки подають гнучкий трубопровід до виходу його на денну поверхню або у виробку й закріплюють, потім витягують буровий постав з свердловин та реакційного каналу й демонтують його, а гнучкий трубопровід виконують з перфорованою частиною в області зон реакційного каналу, при цьому перфоровану частину трубопроводу розділяють перегородкою на окислювальну і відновлювальну зони для направлення активних компонентів дуття безпосередньо на вогневий вибій та окислювальну і відновлювальну зони реакційного каналу. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що виконують роздільну подачу активних компонентів дуттьової суміші безпосередньо у зони реакційного каналу з екзотермічними та ендотермічними процесами газифікації вугілля. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що монтаж гнучкого трубопроводу здійснюють у буровому поставі, перфорована і розділена частина якого орієнтується у реакційному каналі згідно з активними зонами вогневого вибою. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що гнучкий трубопровід у міру вигазовування вугільного пласта посувається слідом за вогневим вибоєм з урахуванням змін геометричних параметрів активних зон. 3 UA 103856 C2 Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко 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 4