CC BY
24
ДЗЕМНАЯ ГАЗИФИКАЦИЯ УГЛЯ ■
■
; ; ; ;^Е.В. Крейнин, 2000^ ' :
УДК 622.272:622.747.6
Е.В. Крейнин
РЕЗУЛЬТАТЫ ЗАПАДНО-ЕВРОПЕЙСКОГО ПРОЕКТА ПГУ В СЕВЕРНОЙ ИСПАНИИ (1997-1998 ГГ.)
В
1978-1986 гг. в Бельгии вблизи г. Тулин провели натурные исследования подземной газификации угля (ПГУ) на глубине 1100 м. Работы финансировала Энергетическая комиссия Европейского союза. Были успешно применены направленное бурение глубокой скважины по угольному пласту, новая конструкция газоотводящей и дутьевой скважин и ряд других элементов технологии. Однако самого технологического процесса ПГУ осуществить по ряду причин не удалось.
В 1988 г. Европейский союз решил продолжить изучение и освоение технологии ПГУ на меньших глубинах, для чего был выбран район с типичными для Западной Европы угольными пластами в области Теруэль в Испании.
Опытный подземный газогенератор (ПГГ) - типичный модуль американской технологии ПГУ (CRIP) с управляемым перемещением (вдоль рабочего участка скважины) зоны подвода дутья к реакционной поверхности рабочего участка скважины в угольном пласте. Дутьевой канал представляет собой пробуренную по нефтегазовой технологии направленного бурения вертикально-горизонтальную скважину, вертикальный участок которой закреплен зацементированной обсадной колонной до входа в угольный пласт, а горизонтальный участок представляет собой открытый ствол по угольному пласту.
На забой горизонтального участка дутьевой скважины пробурена вертикальная скважина большого диаметра, оборудованная системой охлаждения горячего потока получаемого газа и других продуктов газификации. В результате управления траекторией бурения забой газоотводящей скважины отстоял всего на расстоянии 0,5 м от забоя горизонтальной скважины, что обеспечило успешное соединение (сбойку) обеих скважин в единый гидравлически связанный комплекс.
Была предусмотрена вторая нагнетательная вертикальная скважина, забой которой удален на 30 м от горизонтального канала ПГГ. Эта скважина предназначалась для испытаний фильтрационного метода газификации, который не был испытан ввиду осложнений при выполнении основной программы.
Основные результаты проведенных экспериментальных работ приведены в табл. 1.
Обращает на себя внимание главный результат испытаний -высокая теплота сгорания получаемого газа 2600 ккал/м3. При этом несмотря на большое различие в расходах дутья теплота сгорания газа ПГУ оставалась практически неизменной. По-видимому, за счет более интенсивного ведения процесса ПГУ в октябре почти вдвое возросла концентрация монооксида углерода (с 8,7 до 15,5 %), а концентрация метана снизилась с 14,3 до 12,4 %.
В получаемом газе ПГУ велика концентрация сероводорода (7,9-8,8 %).
Потери газа из ПГГ были велики и составили 30 %.
Главная особенность последнего натурного испытания ПГУ Евросоюзом в Испании - проведение процесса ПГУ при относительно высоком давлении в ПГГ -до 53 бар (ати). Столь высокого давления в ПГГ не достигали за всю 70-летнюю историю ПГУ ни в России, ни в США, ни в Западной Европе. К сожалению, несмотря на такое давление (равное практически гидростатическому давлению подземных вод над горизонтом розжига) в ПГГ были явные излишки притока подземных вод, регулировать который в сложившихся условиях было невозможно. Единственным средством сниже-
Таблица 1
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ НАТУРНЫХ ИСПЫТАНИЙ ПГУ
Параметры Ед. изм. Июль 1997 г. Октябрь 1997 г. Всего Проектная величина
Дутье Кислород т 34 54 88
95-98 % нм3/ч 110 380 200
Газ 1. Полученный т 177 266 443
(извлеченный) 2. Потери т 77 110 184
Состав сухого газа СО2 % 43,4 39,4 41,0 36,0
СО 8,7 15,6 12,8 16,6
Н2 24,9 24,7 24,8 21,0
СН4 14,3 12,4 13,2 16,0
Н2S 8,3 8,8 7,9 4,6
Теплота сгорания кДж/нм3 10970 10900 10900 11000
сухого газа
Таблица 2
СОСТАВЫ И КАЧЕСТВО ГАЗОВ, ПОЛУЧАЕМЫХ ПУТЕМ ГАЗИФИКАЦИИ В РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ
Параметры Ед. изм. Подземная газификация Наземная газификация (после очистки)
Сев. Испания США
Рабочее давление бар 53 4 25
Состав газа: %
СО2 41,0 34,9 3,87
СО 12,8 20,8 60,51
Н2 24,8 38,1 22,08
СН4 13,2 4,7 0,01
Н2S 7,9 1,5 0,00
N2 - - 13,53
Теплота сгорания
ния удельного водопритока в Г3 ГГ была интенсификация процесса ПГУ.
Но очевидно в распоряжении экспериментаторов не было достаточного количества дутьевых средств.
Вместе с тем, повышенное давление ПГУ обусловило повышенный выход метана в продуктах газификации. Согласно химизму реакции образования метана, проходящей с уменьшением объема, повышение давления сдвигает реакцию вправо
СО + 3Н2 = СН4 + Н2О - q .
Экспериментаторы приводят сравнение составов и количества получаемого газа ПГУ при натурных испытаниях (табл. 2) в различных условиях (в Испании, в США, а также при наземной газификации бурого угля).
По сравнению с опытами по ПГУ в США, проведенными на небольшой глубине и в гораздо более благоприятных горногеологических и гидрогеологических усло-
виях, ПГУ в Теруэле отличается заметно меньшим выходом горючих компонентов (окиси углерода и водорода), но гораздо большим выходом метана (13,2 % по сравнению с 4,7 %). Последнее обусловлено более высоким давлением в ПГГ в Теруэле.
Необходимо отметить, что данные по наземному газогенератору в табл. 2 приведены для очищенного газа. Газ ПГУ в Теруэле с учетом высокого давления на оголовке газоотводящей скважины (более 50 бар) легко отмывается от углекислоты и сероводорода. Поэтому решается не только проблема повышения теплоты сгорания очищенного газа до 12000-13000 кДж/нм3 (или до 3000-3300 ккал/нм3), но и удаления (улавливания) сероводорода. Поэтому потенциальные перспективы подземной газификации высокосернистых углей по технологии с высоким давлением весьма обнадежи-вающи. Очистка газа от углекислоты экологически тоже привлекательна.
Крейнин Ефим Вульфович ■ ДОАО «Промгаз».
профессор, доктор технических наук,
