Уголь – почти универсальное топливо. Однако интенсивные выработки истощают его запасы. Остаются пласты, не пригодные к разработке. В такой ситуации поможет кислород: он поможет интенсифицировать процесс подземной газификации угля.
История развития газификации твердого топлива
Как и много других открытий, идея газификации твердого топлива принадлежит русскому ученому Д. И. Менделееву, который в статье «Будущая сила, покоящаяся на берегах Донца» (1888) подробно расписал технологию. Через 24 года английский химик Уильям Рамзай подтвердил эффективность такого процесса.
Массовые исследования газификации угля начались в 30-х гг. XX века в СССР. Профессор Сталинского углехимического института (ныне Донецкий национальный технический университет) И. Е. Коробчанский с бывшими студентами В. П. Скафой, Д. И. Филипповым, В. А. Матвеевым разработали подземную газификацию угля в горизонтальном канале – бесшахтный метод. Суть состоит в создании производственного участка, т. е. газогенератора, на котором производится газификация и отвод получаемого газа. В 40-х гг. разработана система вскрытия неглубоких угольных пластов буровыми скважинами и создание в них первоначальных каналов газификации.
Полученные разработки внедрили на опытных станциях и полигонах Лисичанска, Горловки, Каменск-Шахтинска (Донбасс), Шатска (г. Тула), Ленинск-Кузнецкого (Кузбасс). В наше время этот метод получения газа из бурого угля сохранился в Узбекистане на Ангренском месторождении.
В тех же 40-х гг. такие опыты проводили США (Алабама) и Италия (Флоренция). В последующие годы интерес несколько снизился из-за высокой себестоимости по сравнению с добычей газа, однако, сейчас газификация угля опять набирает популярность как альтернатива голубому топливу.
Как применяется кислород для газификации угля
Газификация – это физико-химический процесс, при котором уголь с помощью кислорода превращается в горючий газ. Технология состоит из нескольких этапов:
1. Бурение скважин: для подачи воздуха, пара или кислорода в зону окисления и для отвода горючего газа (бывают прямые, горизонтальные и наклонные каналы).
2. Сооружение трубопровода для подачи, отведения и транспортировки газов.
3. Непосредственно газификация.
4. Охлаждение, очистка полученного газа и транспортировка потребителю.
Технологический процесс газификации выглядит следующим образом. Пробуренные шахты с помощью гидравлического разрыва соединяют коридором (огненный забой или генераторная область), в котором и происходит процесс. В подающую шахту опускается спираль, через которую пропускают ток, одновременно с этим происходит подача кислорода. Уголь воспламеняется, а полученный газ откачивается через выводящую шахту.
После отработки угольного пласта зона реакции перемещается за счет сдвига породы, которая заполняет образовавшиеся пустоты. Таким образом, нет необходимости каждый раз прокладывать новые каналы.
Полученный синтез-газ (или водород и угарный газ) применяется для различных целей. Поэтому его необходимо строго контролировать газоанализаторами. Изменять качественный состав газа можно, подавая в область окисления смеси газов:
• для синтеза метанола и производства жидкого горючего необходим чистый кислород и пары воды;
• для синтеза аммиака достаточно использовать смесь воздуха и 50 ÷ 60% кислорода;
• для топлива содержание кислорода в смеси около 25 ÷ 30%.
Преимущества использования кислорода для газификации угля
Эта технология экономически и технологически эффективна в тех случаях, когда необходимо переработать остатки угля в пласте, нефтяные остатки, древесину и нефтяные сланцы. При непосредственном сжигании (полном окислении) выделяется не только необходимая тепловая энергия, но и вредные газы (оксиды азота, серы и углерода), наносящие вред экологии. Газификация – частичное окисление – позволяет получить синтез-газ, используемый для производства бензина, дизтоплива и авиационного керосина, а также удобрения, синтетические метанол и водород.
Кроме утилизации остаточных пластов угля, подземная газификация дает и экологические преимущества:
• практически отсутствуют вредные выбросы в атмосферу;
• образующиеся побочные продукты (азот, пар) безопасны для окружающей среды;
• получение альтернативного топлива снизит добычу газа и угля, тем самым сохраняя их запасы;
• сохранение верхнего слоя почвы, а, значит, экосистема остается не тронутой;
• нет необходимости в дополнительном источнике воды – альтернатива традиционным водоемким процессам.
Сравнение воздушного и кислородного поддува
Для протекания эндотермической реакции окисления угля необходим кислород. Он содержится в воздухе, который зачастую применяют на поддув для удешевления процесса. Однако, не всегда следует экономить.
При подаче в генераторную зону необогащенного воздуха выходит газ с низкой теплотворной способностью (не более 7,6 МДж/м3) и высоким содержанием азота. Как правило, транспортировке он не подлежит и используется в месте добычи: внутреннее потребление теплоэлектростанции.
Добавление кислорода повышает теплотворную способность до 16 МДж/м3, снижает концентрацию азота. Такой газ целесообразно транспортировать по газопроводу любому потребителю (промышленным предприятиям и коммунальным хозяйствам).
Увеличение концентрации кислорода в процессе газификации угля обладает рядом преимуществ:
• уменьшается содержание азота, улучшается качество газа;
• увеличивается температура и растет скорость реакции;
• обеспечивается максимальный выход оксида углерода и водорода
Интересные факты
Для подземной газификации пригоден не только уголь, но и горючие сланцы.
Многие угольные пласты пригодны для осуществления этой технологии, но не все выгодны. Экономически целесообразными считаются те, в которых:
• пласт толщиной не менее 5 м и не имеет разрывов;
• пласт залегает в диапазоне глубин: 30 ÷ 800 м;
• во избежание избыточного образования сажи зольность угля должна быть менее 45%;
Метод подземной газификации подходит для глубоко залегающих пластов.
Индустриализация вдохновляла многих советских писателей. Так, Вера Кетлинская вдохновилась научными разработками молодых ученых углехимического института и создала роман «Иначе жить не стоит». В. П. Скафа, Д. И. Филиппов, В. А. Матвеев стали прототипами главных героев. Писать свое произведение она начала еще до войны, а закончила только в 1960 году.
Компания DP Air Gas поставляет газообразный кислород технический и медицинский, отвечающий всем требованиям ДСТУ ГОСТ 5583–09. Приоритет в работе – неизменное качество продукции, поэтому на предприятии придерживаются стандарта ISO 9001:2008. Клиенты в Украине, странах ЕС и СНГ доверяют нам. Компания предоставляет услуги по ремонту, освидетельствованию баллонов, реципиентов и криогенных емкостей. Возможность организации нашей компанией аутсорсинга позволяет клиентам сосредоточиться на главном производстве, оставляя заботы о качественном газоснабжении на компании DP Air Gas. Подробнее о товарах и услугах можно ознакомиться здесь.
