Газификация углей

ГАЗИФИКАЦИЯ УГЛЕЙ подземная (а. соal gasification in situ; н. unteridische Kohlenvergasung, Flozvergasung; ф. gazeification des charbons souterraine; и. gasificacion del carbon en la capa) — способ разработки угольных месторождений, основанный на физико-химических превращениях полезных ископаемых в горючие газы с помощью свободного или связанного кислорода в недрах на месте залегания. Идея газификации углей принадлежит Д. И. Менделееву (1888); позже (1912) эту же идею высказал английский химик У. Рамзай. С 1930 в CCCP начались исследования по газификации углей; в конце 1933 советскими учёными И. Е. Коробчанским, В. А. Матвеевым, В. П. Скафой и Д. И. Филипповым было предложено проводить газификацию углей в горизонтальном канале при подготовке газогенератора (производственные участки, на которых производится газификация полезных ископаемых и отвод получаемого газа) бесшахтным способом.

В 1945-48 в CCCP разработаны системы газификации углей, основанные на бесшахтном методе подготовки подземных газогенераторов, заключающемся во вскрытии участка угольного пласта буровыми скважинами и создании в его целике первоначальных каналов газификации.

Газификация углей включает бурение с поверхности вертикальных, наклонных и наклонно-горизонтальных скважин для подачи воздушного или парокислородно-воздушного дутья и отвода образующегося газа, создание в пласте между скважинами реакционных каналов, в которых уголь взаимодействует с потоками дутья и газа. Трубопроводы для подачи дутья и транспортировки газа, установки для производства дутья, охлаждения газа расположены на поверхности.

Для создания в пласте реакционных каналов используются фильтрационно-огневая (или фильтрационная) сбойка скважин, гидравлический разрыв пласта, направленное бурение скважин по угольному пласту, сбойка скважин с применением электрического тока. В каналах формируются реакционные зоны и начинается процесс газификации углей, который носит полуобращённый характер. В процессе газификации горючая масса угля превращается в газ, а в выгоревшем пространстве остаётся зола; по мере газификации углей пласта реакционные зоны перемещаются и под действием горного давления происходит сдвижение пород кровли, заполнение ими выгазованного пространства. Благодаря этому размеры и структура каналов газификации в течение длительного времени остаются постоянными, что обусловливает также относительную стабильность состава получаемого газа.

Теплота сгорания и состав получаемого газа зависят от вида дутья, качества угля, а также от геологических условий залегания угольного пласта. Минимальная мощность пластов, ниже которой тепловые потери возрастают настолько, что газификация углей становится нерентабельной, 1,5-2 м. Низшая (теоретическая) теплота сгорания газа на воздушном дутье при газификации бурых углей 3,3 МДж/м³, каменных углей 3,8-5 МДж/м³.

Применение дутья, обогащенного кислородом (65%), увеличивает теплоту сгорания газа до 6,9-7,5 МДж/м³. По химическому составу газ пригоден для синтеза аммиака и углеводородов.

Основные достоинства газификации углей: относительно небольшой объём подземных работ; отсутствие необходимости дополнительной подготовки топлива у потребителя; сохранность плодородного слоя почвы в пределах горного отвода (отсутствие породных отвалов и др.); чистота воздушного бассейна; более низкая (при прочих равных условиях) по сравнению с традиционными способами добычи стоимость топлива.

Основные недостатки: относительно невысокая теплота сгорания газа, трудность контроля распространения фронта газификации. Исследования в области газификации углей, кроме направлений, связанных с совершенствованием технологии, охватывают вопросы применения процесса на глубинах свыше 800-1000 м, повышения давления парокислородного дутья, скоростной подготовки бурением подземных газогенераторов, сбойки скважин и др. В CCCP способ подземной газификации используется при разработке залежей бурых углей в Средней Азии (Ангренская станция), каменных углей в Кузбассе (Южно-Абинская станция). Объём производимого газа около 1,5 млрд. м³ (1980).

Опыт CCCP в области газификации углей используется за рубежом. Опыты и исследования по подземной газификации углей проводятся в Польше и Венгрии. Исследовательские работы по газификации углей ведутся также в США, ФРГ, Бельгии, Великобритании, Канаде, Австралии. Разработаны программы производства низко- и высококалорийного газа, в т.ч. на большой глубине (свыше 500 м) под высоким давлением (4-6 МПа) с применением парокислородного дутья. Как показывают исследования (CCCP), для бесшахтной подземной газификации перспективны также горючие сланцы.