Способ газификации угля Советский патент 1993 года по МПК E21B43/295 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при подземной газификации угля.

Цель изобретения - повышение эффективности газификации за счет обеспечения возможности получения газа высокой теплотворной способности.

Для достижения цели по способу газификации угля, включающему подачу в подземный газогенератор через подающую скважину дутья иЭ пара и кислорода и отвод исходящего газа по газоотводящей скважине с выработкой пара путем отбора тепла исходящего газа в межтрубном зазоре между стенками обсадной трубы и эксплуатации онной колонны, по которой отводят исходящий газ, из исходящего газа отбирают диоксид углерода, осуществляют каталитический синтез метана, при этом из отобранного диоксида углерода получают оксид углерода, который одновременно с водородом подают в газогенерационную колонну, которую выполняют в виде герметичной емкости и размещают на верхнем участке газо- отводящей скважины с возможностью подвода к ним тепла от эксплуатационной колонны, а синтезированный метан вводят в поток исходящего газа, лишенного диоксида углерода. Кислород, подаваемый в подземный газогенератор, производят путем электролиза воды под давлением 5-7 МПэ предпочтительно в щелочных электролизах, при этом водород, одновременно получаемый в процессе электролиза, используют для синтеза метана.

На чертеже показана схема реализации заявленного способа газификации.

СО

о о о

Способ осуществляется в следующем порядке.

С поверхности 1 до угольного пласта 2 бурят сеть вертикальных скважин 3 и 4, которые затем сбивают друг с другом и обсаживают трубами 5. На дутьевых скважинах 3 размещают оголовки с патрубками, обеспечивающими подвод различных компонентов дутья. В газоотводящих скважина 4- размещают эксплуатационную колонну 6 с зазором 7 между колонной 6 и обсадной трубой 5, Этот зазор изолируют от атмосферы и пространства подземного газогенератора 8. Подземный газогенератор 8 формируют известным образом, Бурят сеть дутьевых 3 и газоотводящих 4 скважин (с поверхности 1 до угольного пласта 2). Скважины 4 бурят диаметром 600 мм до кровли угольного пласта, после чего заглубляют в последний диаметром. 300-350 мм.

Верхнюю часть скважины на участке размещения газогенераторной колонны 9 выполняют расширенной до 1000 мм. Скважину обсаживают трубой 5 диаметром 500 мм с тампонажем затрубного пространства (на нижнем торце обсадной трубы закрепляют фланец, проходное сечение которого 250-300 мм). В скважину опускают эксплуатационную колонну труб диаметром 250- 300 мм до упора во фланец, после центровки эксплуатационной колонны соосно с обсадной трубой фиксируют нижний торец эксплуатационной колонны на поверхности фланца, например, сваркой или жаростойким скрепляющим составом.

В этом же порядке скрепляют с обсадной трубой состав газогенераторной колонны 9. Межтрубный зазор 7 выполняют с каналами (патрубками) подвода воды 13 и отвода пара 14, а газогенераторную колонну 9 - с каналами подвода компонентов синтеза,, выходные отверстия которых размещены в нижней части колонны 9, и отвода синтез-газа 16, приемное отверстие которого размещено в верхней части колонны 9.

На поверхности земли монтируют рабо- . чую сеть: размещают плазмотрон 11. блок 12 очистки газа, электролизер 10, источник 1.7 воды, которые связывают следующим образом.

Источник 17 воды связывают с патруб-. ком 13 подачи воды межтрубного зазора 7, патрубок отвода пара которого связывают с дутьевой скважиной 3.

Электролизер 10 выходом по кислороду связывают с дутьевой скважиной 3, а выходом по водороду - с одним из каналов 15 газогенераторной колонны 9 подвода компонентов синтеза.

Выход эксплуатационной колонны 6 связывают с блоком 12 очистки газа, на выходе которого установлен компрессор 18. а один из выходов блока 12 очистки (по диоксиду углерода) связан с плазмотроном 11. Выход плазмотрона 11 (по оксиду углерода) связан с вторым каналом 15 газогенераторной колонны 9. Выходной канал 16 газогенераторной колонны 9 через

турбосепаратор 19 связан с трубопроводом 20 отвода газа-продукта газификации. В качестве потребителя газа-продукта газификации показана энергетическая установка 21, содержащая камеру 22 сгорания, газо5 вую турбину 23, на валу которой установлен турбогенератор 24. Выход газовой турбины 23 связан с котлом-утилизатором 25, включенным в паротурбинный контур, содержащий паровую турбину 26 с генератором 27 и

0 конденсатором 28. Кроме того, на чертеже показан компрессор 29.

Процесс газификации осуществляют известным образом с подачей дутья в скважину 3 и отводом газа через скважину 4.

5 Отводимый газ отдает тепло эксплуатационной колонне 6, которое отбирается водой, подаваемой от источника 17 в межтрубный зазор 7. Вырабатывающийся при этом пар используют в качестве дутья е скважину 3.

0 Кислородную составляющую дутья получают в электролизере 10 под давлением 5 МПа, после чего подают в скважину 3. Водород, получаемый одновременно с этим, используют в качестве исходного компонента

5 для синтеза метана.

Синтез метана начинают после того, как газогенераторная колонна прогреется до 250-300°С, а подземный газогенератор выйдет на стабильный режим работы. При

0 необходимости ускорения процесса прогрева газогенераторной колонны 9 временно снижают интенсивность отвода тепла, например, уменьшением объемов подаваемой воды и т.п.

5 Из отводимого по скважине 4 газа-продукта газификации отбирают диоксид углерода (С02), из которого в плазмотроне 11 получают оксид углерода (второй компонент, потребный для синтеза метана). В за0 висимости от давления в потоке СО на выходе плазмотрона его компремируют до получения такого же давления, как и давление подаваемого водорода. Указанные компоненты (Н2 и СО) подают в нижнюю часть

5 газогенераторной колонны У. Синтезированный метан отводят через канал 16, размещенный в верхней части газогенераторной колонны. В турбосепара- торе 19 (вал которого связан с генератором 27) отделяется СН4 от воды, одновременно

давление отходящего СНа уменьшается до давления, равного давлению в потоке отводимого (очищенного от С02) газа-продукта газификации (который сжимают в компрессоре 18), после отбора СОз для повышения пропускной способности трубопровода 20. Газ. образованный смешиванием синтезированного метана и газа-продукта газификации, очищенного от СОз, сжигают в камере 22 сгорания (крмпрессор 29 обеспечивает подвод к камере 22 сгорания достаточного объема воздуха). Образующиеся при этом газы срабатывают в газовой турбине 23 (с выработкой электроэнергии). Тепло газов, прошедших газовую турбину 23, отбирается в котле-утилиз аторе с выработкой пара, который затем срабатывает в паровой турбине 26 (также с выработкой электроэнергии).

Формула изобретения 1. Способ газификации угля, включают щи и подачу в подземный газогенератор через подающую скважину дутья из пара и кислорода и отвод исходящего газа по газо- отводящей скважине с выработкой пара путем отбора тепла исходящего газа в

межтрубном зазоре между стенками обслд- ной трубы и эксплуатационной колонны, по которой отводят исходящий газ, отличающийся тем, что, с целью повышения

эффективности газификации за счет обеспечения возможности получения газа высокой теплотворной способности, из исходящего газа отбирают диоксид углерода, осуществляют каталитический синтез метана, при

этом из отобранного диоксида углерода получают оксид углерода, которую одновременно с водородом подают в газогенерационную колонну, которую выполняют в виде герметичной емкости и размещают на верхнем участке газоотводящей скважины с,возможностью подвода к ней тепла от эксплуатационной колонны, а синтезированный метан вводят в поток исходящего газа, лишенного диоксида углерода.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что кислород, подаваемый в подземный газогенератор, производят путем электролиза воды под давлением 5-7 МПа, предпочтительно в щелочных электролизерах, при

этом водород, одновременно получаемый в

процессе электролиза, используют для синтеза мётана.

Изобретение позволяет повысить .эффективность газификации за счет обеспечения возможности получения газа высокой теплотворной способности. В верхней части газоотводящей скважины формируют газогенераторную колонну соосно с эксплуатационной колонной. В межтрубный зазор обсадной и эксплуатационной колонн подают воду и отводят пар. В качестве источника кислорода и водорода используют щелочной электролизер, Из исходящего газа в блоке очистки отбирают диоксид углерода. Выделяют из него оксид углерода. Последний вместе с водородом, подаваемым от электролизера, подают Б газогенера- циоиную колонну, где при подводе тепла от эксплуатационной колонны осуществляют синтез метана. Синтезированный метан смешивают с исходящим газом, очищенным от диоксида углерода, и подают потребителю. 1 з.п, ф-лы, 1 ил. . ел С