CC BY
37
- © A.B. Белов, H.H. Кинаев, И.В. Гребенюк,
M.B. Ларионов, А.Ю. Бабаев, 2014
УДК 662.76
А.В. Белов, Н.Н. Кинаев, И.В. Гребенюк, М.В. Ларионов, А.Ю. Бабаев
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ ПОДГОТОВКИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПОДЗЕМНЫХ ГАЗОГЕНЕРАТОРОВ НА УГОЛЬНЫХ ПЛАСТАХ
Рассмотрены возможности формирования опережающего научно-технического задела и получение прорывных результатов, направленных на создание энергоэффективных технологических схем получения альтернативных углеводородных ресурсов на основе технологии подземной газификации угля и создание горных энергохимических предприятий на базе эксплуатируемых и новых угольных месторождений, создание предпосылок для ввода в топливно-энергетический баланс дополнительных источников получения электроэнергии и жидких топлив из угля на основе использования результатов научных исследований мирового уровня в области глубокой переработки углей.
Ключевые слова: подземная газификация угля, подземный газогенератор, ресурсосберегающие технологии, угольный пласт, угольное месторождение, синтез-газ, электроэнергия, углеводороды, глубокая переработка угля.
В настоящее время в России и за рубежом ведутся исследовательские работы по применению скважинных геотехнологий добычи угля, и прежде всего, технологии подземной газификации, обеспечивающей отработку угольных запасов с получением технологических газов для получения электроэнергии, так и ценных химических продуктов, в том числе синтез-газа, метанола, жидких топлив.
Это связано, прежде всего, с необходимостью увеличения объемов добычи угля в условиях сокращения существующих промышленных запасов в районах с развитой инфраструктурой и благоприятными горно-геологическими условиями, выходов значительного количества угольных разрезов на предельно допустимые глубины рентабельной отработки, а также с востребованностью присутствия на мировом рынке альтернативных углеводородов из угля, на фоне нестабильных, в силу геополитических, природных и экономических причин рынков нефти, природного и сланцевого газа, отсутствием промышленных технических решений освоения принципиально новых для рынка энергоресурсов, например, газогидратов [1].
Активные исследования в области добычи и переработки угля способом подземной газификации ведутся Департаментом энергетики Соединенных Штатов Америки, Диверморской национальной лабораторией имени Э. Доуренса (Соединенные Штаты Америки), компаниями Эрго Эксерджи Технолоджис, Динк Энержди (Австралия), Солид Энерджи Нью Зиленд (Новая Зеландия), Институтом технологий Муроран (Япония), Пекинским центром подземной газификации угля (Китайская Народная Республика), Дальневосточным федеральным университетом (Россия) и другими. Разработаны и успешно внедрены в промышленное производство экологически чистые технологические схемы добычи угля способом подземной газификации угля (Китайская Народная Республика, Австралия, Соединенные Штаты Америки, Узбекистан). Разработаны основы технологии подготовки и вскрытия месторождений, методы отработки и контроля, процессы переработки технологических газов, промышленно доказана безопасность и рентабельность производств [2, 3, 4].
Наличие в Российской Федерации значительного количества угольных месторождений, с большими запасами, рассредоточенных практически на всей территории страны актуализирует развитие технологии выемки угля способом подземной газификации с получением заменителя природного газа, электроэнергии, а также жидких топлив и химических продуктов [5]. При этом возможен ввод в топливно-энергетический баланс страны продуктов глубокой переработки угля, расширение выпускаемой линейки продукции угледобывающих предприятий, значительное расширение сырьевой базы энергоресурсов, обеспечение экспорта альтернативных углеводородов из угля и продуктов их глубокой переработки без ущерба экономической безопасности государства.
Актуальности и необходимости принятия срочных решений для промышленного применения технологии подземной газификации угля было посвящено заседание межведомственной комиссии по экономической безопасности Администрации Президента Российской Федерации в Дальневосточном федеральном округе, развитие технологии подземной газификации угля включено в мероприятия Долгосрочной Программы развития угольной промышленности России на период до 2030
года и перспективно в рамках реализации мероприятий технологической платформы «Твердые полезные ископаемые». Российским и зарубежным экспертным сообществом технология признана эффективной и перспективной для угольных месторождений России.
Актуальность также связана с реализацией принципов Энергетической стратегии России до 2030 года, направленных на расширение ресурсной базы угольного энергетического сырья, развитие стратегических инициатив, проектов и программ в области глубокой переработки угля, укрепление позиции России на мировых энергетических рынках, максимально эффективную реализацию экспортных возможностей отечественного топливно-энергетического комплекса, рост конкурентоспособности его продукции и услуг на мировом рынке. При этом, учитывая мировой опыт, технология подземной газификации угля может быть рассмотрена как одна из приоритетных для экономически эффективного освоения дополнительных запасов, развития производств по глубокой переработке угля, обеспечения присутствия на мировом рынке альтернативных углеводородов из угля.
В настоящее время ряд субъектов Дальневосточного федерального округа рассматривают вопрос о строительстве станций подземной газификации угля на своих территориях. Чукотский АО запустил проект по строительству станции подземной газификации угля с получением дизельного топлива из получаемого газа на своей территории. Проект реализуется совместно с австралийской компанией Ёинк Энерджи.
Как показывает зарубежный опыт (Китайская Народная Республика, Австралия), технология подземной газификации угля и угледобывающие предприятия на ее основе становятся перспективным объектом коммерциализации и обеспечивают высокую рентабельность производств при снижении экологической нагрузки, особенно по выбросам парниковых газов, по сравнению с традиционным способом добычи и использования угля [3].
Активную роль в научном обосновании, проектировании, создании и эксплуатации современных предприятий по добыче угля способом подземной газификации за рубежом (Китайская
-И28 . С02 -СтИп -02 . СО И2 -СИ4 N2
35 30 25
_ _ — у у У ч
" * .. N ........'X.........
Ч
200
300 Кол-во пара
500
40
20
15
10
Рис. 1. Состав газа на парокислородном дутье при концентрации кислорода 65 %
21 400 690
Температура
Рис. 2. Состав газа ПГУ в зависимости от температуры подаваемого окислителя
Народная Республика, Австралия, Индия, Соединенные Штаты Америки, Южно-Африканская республика, страны Европейского Союза) наряду с государственным организациями и фондами играют предприятия представителей бизнес-сообщества, обеспечивающие поддержку реализации НИР и НИОКР, создание пилотных проектов, и промышленных предприятий.
Одним из механизмов реализации этой задачи должно стать привлечение к исследовательским и инвестиционным проектам в области подземной газификации угля бизнес-структур, в том числе с их перспективной кооперацией с российскими и зарубежными исследовательскими и образовательными учреждениями, инвестиционными и финансовыми институтами.
Как показывает опыт эксплуатации станций ПГУ в России и за рубежом, возможно получение стабильных составов газов с заданными параметрами, как на каменных, так и на и бурых углях. При этом возможна комбинация составов газов исходя из подаваемого окислителя, температурных режимов, и давления в газогенераторе. Промышленный опыт эксплуатации станций ПГУ в России показывает возможность регулирования и контроль составов газов в процессе подземной газификации в зависимости от вышеуказанных параметров. Некоторые примеры составов газов при различных условиях процесса приведены ниже.
Как было указано выше, важнейшим направлением развития добычи угля способом подземной газификации угля, обеспечивающим создание экологически чистых промышленных производств, является разработка современных ресурсосберегающих технологий подготовки и эксплуатации подземных газогенераторов на угольных пластах, обеспечивающих экологически безопасную добычу и глубокую переработку технологических газов. Новизна предлагаемых исследований, отличающихся от проводимых за рубежом, будет заключаться в решении задач, связанных со строительством подземных газогенераторов в сложных горно-геологических условиях (обводненность, нарушенность и невыдержанность пластов, наличие слабых пород кровли), характерных для многих угольных месторождений России, в особенности региона Дальнего Востока, увеличение коэффициента полез-
ного действия подземных газогенераторов за счет дополнительной утилизации физического тепла газов, обеспечение попутной утилизации твердых бытовых отходов, обоснование типоразмеров и технологических регламентов промышленных газогенераторов с учетом применения существующего серийного типового оборудования для подготовки и эксплуатации месторождений.
В этой связи актуальными и перспективными направлениями будут являться исследования условий и физико-химических методов формирования газогенераторов на угольных месторождениях; исследование и разработка новых конструкций скважин подземных газогенераторов; изучение процессов, происходящих в угольном пласте при использовании различных типов окислителей в различных горно-геологических условиях, в том числе сложных; формирование унифицированных технических регламентов создания подземных газогенераторов на угольных пластах, обоснование процессов механизации работ по вскрытию месторождений, подготовке и эксплуатации подземных газогенераторов.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Белов А. В., Кондырев Б. И., Гребенюк И. В. Перспективы применения технологии подземной газификации угля на месторождениях Дальнего Востока с получением газа-сырья для синтеза жидкого топлива Уголь. 2008. №10. С. 36-37.
2. Method of oxygen-enriched two-stage underground coal gasification Hongtao, L., Feng, C., Xia, P., Kai, Y., Shuqin, L. Mining Science and Technology (China) 21 (2), pp. 191-196, 2011
3. Stanczyk, K., Kapusta, K., Wiatowski, M., Swidrowski, J., Smolinski, A., Rogut, J., Kotyrba, A. Experimental simulation of hard coal underground gasification for hydrogen production // Fuel, №91 (1). 2012. pp. 40-50
4. Kacur, J., Laciak, M., Durd6n, M. Remote monitoring and control of the UCG process // Proceedings of the 2011 12th International Carpathian Control Conference, ICCC'2011, art. no. 5945842. 2011. pp. 176-180
5. Белов А. В., Гребенюк И. В. Перспективы химической переработки газа подземной газификации угля с получением энергетического газа и синтетического жидкого топлива/ Горная промышленность. 2009. №3 (85). С 36-38. 5333
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Кинаев Николай Николаевич - директор компании Strategic Energy Consalting, Австралия, г. Брисбен, nikolai.kinaev@energystrategy.com.au, Белов Алексей Викторович - кандидат технических наук, доцент, poraen@mail.ru,
Гребенюк Игорь Владимирович - научный сотрудник, igor.grebenyuk@mail.ru, Ларионов Михаил Викторович - кандидат технических наук, доцент, larri_m_v@mail.ru,
Бабаев Андрей Юрьевич - студент, groza_vl@mail.ru, Дальневосточный федеральный университет.
PROSPECTS FOR THE DEVELOPMENT OF RESOURCE-SAVING TECHNOLOGIES OF PREPARATION AND OPERATION OF UNDERGROUND GASIFIERS IN COAL SEAMS
Kinaev N.N., Director of Strategic Energy Consalting, Australia, Brisbane, nikolai. kinaev@energystrategy.com. au,
Belov A. V., Candidate of Technical Sciences, associate Professor, poraen@mail.ru, GrebeniukI.V., Researcher, igor.grebenyuk@mail.ru,
LarionovM.V., Candidate of Technical Sciences, associate Professor, larri_m_v@mail.ru, BabaevA.Y., Student groza_vl@mail.ru, Far Eastern Federal University.
The article describes the possibilities of formation of advanced scientific and technological potential and obtain breakthrough results, aimed at the creation of energy-efficient technological schemes for alternative hydrocarbon resources based on technology of underground coal gasification, and the creation of mountain power chemical companies based on exploited and new coal deposits, creating prerequisites for entry into the fuel and energy balance of the additional sources of electricity and liquid fuels from coal based on the results of scientific research in a world-class field of advanced coal processing.
Key words: underground coal gasification, underground gasifier, resource-saving technology, coal seam, coal deposit, syngas, electricity, hydrocarbon, advanced coal processing.
REFERENCES
1. Belov A. V., Kondyrev B. I., Grebenjuk I. V. Perspektivy primene-nija tehnologii podzemnoj gazifikacii uglja na mestorozhdenijah Dal'nego Vostoka s polucheniem gaza-syr'ja dlja sinteza zhidkogo topliva Ugol' (Prospects of application of technology of underground gasification of coal deposits in the Far East with getting gas raw material for the synthesis of liquid fuels Coal). 2008, No 10, pp. 36-37.
2. Method of oxygen-enriched two-stage underground coal gasification Hongtao, L., Feng, C., Xia, P., Kai, Y., Shuqin, L. Mining Science and Technol-ogy (China) 21 (2), pp. 191-196, 2011
3. Stanczyk, K., Kapusta, K., Wiatowski, M., Swidrowski, J., Smolinski, A., Rogut, J., Kotyrba, A. Experimental simulation of hard coal underground gasifica-tion for hydrogen production // Fuel, №91 (1). 2012. pp. 40-50.
4. Kacur, J., Laciak, M., Durd6n, M. Remote monitoring and control of the UCG process // Proceedings of the 2011 12th International Carpathian Control Conference, ICCC'2011, art. no. 5945842. 2011. pp. 176-180.
5. Belov A. V., Grebenjuk I. V. Perspektivy himicheskoj pererabotki gaza podzemnoj gazifikacii uglja s polucheniem jenergeticheskogo gaza i sin-teticheskogo zhidkogo topliva/ Gornaja promyshlennost' (Prospects of the chemical processing of gas underground coal gasification with obtaining energy gas and synthetic liquid fuels/Mining). 2009, No 3 (85), pp 36-38.
