Отечественный опыт подземной газификации угля

В Россиинакоплен уникальный опыт по созданию и эксплуатации станций «Подземгаза», по промышленному производству генераторного газа в Донбассе, Подмосковье, Узбекистане и Кузбассе. Так, к 1960 г. на станциях «Подземгаза» было выработано более 5 млрд м³газа, который использовался и как энергетическое топ­ливо, и как химическое сырье. Позднее работы по ПГУ проводились с переменным успехом, что было связано с конъюнктурой в ТЭК страны, в частности с добычей относительно дешевых по тем временам природного газа и нефти. Тем не менее в конце 80-х – начале 90-х гг. были проведены работы по усовершенствованию технологии ПГУ и конструкций ПГГ. Было установлено, что теплотворная способность газа ПГУ существенно зависит от параметров дутья. Она увеличивается при использовании паровоздушного или парокислородного дутья, а также с повышением давления в каналах газификации. Далее было установле­но, что на качество газа оказывает влияние точка подвода дутья (либо в устье дутьевой скважины, либо непосредственно в зону горения), способствуя лучше­му контролю над процессом газификации и сохранению целостности реакцион­ного канала, перемещающегося в угольном пласте.

В лаборатории подземной газификации углей ВНИИПРОМГАЗ под руко­водством А. Ф. Волка разработана методика инженерного расчета ПГГ, предло­жены перспективные по своим технико-экономическим показателям конструк­ции многоканальных ПГГ с длинными каналами газификации в полого и гори­зонтально залегающих угольных пластах. Один из вариантов многоканального

ПГГ (рис. 9.33) представляет собой систему параллельных эксплуатационных кана­лов, созданных с помощью наклонно-горизонтальных скважин 2, 3, которые подсекаются сбоечной наклонно-горизонтальной скважиной 4. Отдельный блок ПГГ состоит из двух дутьевых каналов (стрелки справа налево), обсаженных на всю длину трубами, и трех газоотводящих каналов (стрелки слева направо), об­садка которых производится лишь в их наклонной части 2, т.е. до входа в пласт 1. Сбойка каналов 3 и 4 осуществляется огневым способом с помощью розжиговых скважин 5, число которых зависит от свойств угольного пласта. Отвод газа из пласта на дневную поверхность рекомендуется осуществлять через вертикальные скважины 6, пробуренные на трассу газоотводящих каналов. Последнее решение, на наш взгляд, является спорным, поскольку бурение скважин 6 приводит к дополнительным затратам; более экономичным представляется вариант с отводом газа через ранее пробуренные наклонные скважины 2 (со стрелками слева направо).

В последние годы, несмотря на полное прекращение финансирования работ по ПГУ, отечественными учеными были разработаны новые конструктив­ные и технологические решения, направленные на повышение управляемости ПГУ, значительное сокращение количества эксплуатационных скважин. Все это позволило повысить конкурентоспособность ПГУ. Так, генераторный газ ПГГ в настоящее время в перерасчете на условное топливо на 25 – 35 % дешевле шахт­ного угля.

Рис. 9.33. – Принципиальная схема многоканального ПГГ

Зарубежный опыт подземной газификации угля.

Специалистами ведущих стран мира был успешно заимствован российский опыт создания и эксплуатации станций Подземгаза. Если в России со второй половины 90-х гг. и по настоящее время работы по ПГУ практически были прекращены, то за рубежом, наоборот, в этот период были проведены интенсивные теоретические и экспериментальные исследования.

В США с 1972 по 1989 гг. было проведено более 30 натурных эксперимен­тов в различных горно-геологических условиях. Результатом проведенных полевых испытаний стало доведение теплотворной способности генераторного газа от 4 до 10 – 12 МДж/м³ при использовании парокислородного дутья. Хо­рошие результаты были получены при реализации принципа направленного подвода дутья непосредственно в огневую зону реакционного канала с помощью напорного трубопровода, перемещаемого вдоль этого канала в направлении от газоотводящей скважины к точке входа нагнетательной скважины в угольный пласт. Подобная технология ПГУ, названная американцами Crip (Крип), была применена при газификации крутопадающего угольного пласта на парокисло-родном дутье близ г. Ролинс (1981 г.), а также при газификации пологих уголь­ных пластов «Роки Maym-im-l» (1988 г).

Рис. 9.33. – Схема опытного подземного газогенератора Теруэль (Испания):

1 – дутьевая скважина; 2 – горизонтальная скважина; 3 – дутьевая вертикальная скважина;

4 – угольный пласт

Страны Западной Европы (Германия, Бельгия, Франция. Великобритания и т. д.) также связывают свои надежды с ПГУ как альтернативой традиционным источникам энергоснабжения, работающим в большинстве своем на привозном топливе: нефти, природном и сжиженном газе. Так как в этих странах основные запасы угля залегают на большой глубине, создана специальная организа­ция по разработке глубинной технологии ПГУ в рамках программы «Уголь вто­рого поколения». В частности, Европейским союзом были проведены ра­боты по изучению ПГУ в Бельгии (1978–1986) на глубине 1100 м, в Испании (1991–1998) отработана технология ПГУ на меньшей глубине – 500 м. В последнем случае в районе Теруэль на угольном пласте мощностью 2 м была реализована усовершенствованная американская технология Crip (рис. 9.34).

Улучшение коснулось метода розжига угольного пласта, согласно которому в напорной трубе устанавливалась газовая горелка с присоединенными к ней топливной и кислородной трубками. Кроме того, для опробования фильтрационно-огневого метода газификации угольного пласта на расстоянии 30 м от горизонтального бурового канала была пробурена вторая вертикальная дутьевая скважина. Основные результаты эксперимента: газификация на кислородном (95 – 98 %О₂) дутье при давлении порядка 5,3 МПа позволяет получить генераторный газ с те­плотворной способностью 10,9 МДж/м³