Вугілля – майже універсальне паливо. Проте інтенсивні вироблення виснажують його запаси. Залишаються пласти, не придатні для розробки. У такій ситуації допоможе кисень: він допоможе інтенсифікувати процес підземної газифікації вугілля.
Історія розвитку газифікації твердого палива
Як і багато інших відкриттів, ідея газифікації твердого палива належить російському вченому Д. І. Менделєєву, який у статті «Майбутня сила, що лежить на берегах Дінця» (1888) докладно розписав технологію. Через 24 роки англійський хімік Вільям Рамзай підтвердив ефективність такого процесу.
Масові дослідження газифікації вугілля почалися 30-х гг. XX століття у СРСР. Професор Сталінського вуглехімічного інституту (нині Донецький національний технічний університет) І. Є. Коробчанський із колишніми студентами В. П. Скафою, Д. І. Філіпповим, В. А. Матвєєвим розробили підземну газифікацію вугілля у горизонтальному каналі – безшахтний метод. Суть полягає у створенні виробничої ділянки, тобто газогенератора, на якому проводиться газифікація та відведення одержуваного газу. У 40-х роках. розроблено систему розтину неглибоких вугільних пластів буровими свердловинами та створення в них початкових каналів газифікації.
Отримані розробки впровадили на досвідчених станціях та полігонах Лисичанська, Горлівки, Каменськ-Шахтинська (Донбас), Шатська (м. Тула), Ленінсько-Кузнецького (Кузбас). В наш час цей метод отримання газу з бурого вугілля зберігся в Узбекистані на родовищі Ангрена.
У тих же 40-х роках. такі досліди проводили США (Алабама) та Італія (Флоренція). У наступні роки інтерес дещо знизився через високу собівартість порівняно з видобутком газу, проте зараз газифікація вугілля знову набирає популярності як альтернатива блакитному паливу.
Як застосовується кисень для газифікації вугілля
Газифікація – це фізико-хімічний процес, у якому вугілля з допомогою кисню перетворюється на горючий газ. Технологія складається з кількох етапів:
1. Буріння свердловин: для подачі повітря, пари або кисню в зону окислення та для відведення пального газу (бувають прямі, горизонтальні та похилі канали).
2. Спорудження трубопроводу для подачі, відведення та транспортування газів.
3. Безпосередньо газифікація.
4. Охолодження, очищення отриманого газу та транспортування споживачеві.
Технологічний процес газифікації має такий вигляд. Пробурені шахти за допомогою гідравлічного розриву з’єднують коридором (вогненний забій або генераторна область), в якому відбувається процес. У шахту, що подає, опускається спіраль, через яку пропускають струм, одночасно з цим відбувається подача кисню. Вугілля займається, а отриманий газ відкачується через шахту, що виводить.
Після відпрацювання вугільного пласта зона реакції переміщається за рахунок зсуву породи, яка заповнює порожнечі, що утворилися. Таким чином, немає необхідності щоразу прокладати нові канали.
Отриманий синтез-газ (або водень та чадний газ) застосовується для різних цілей. Тому його потрібно суворо контролювати газоаналізаторами. Змінювати якісний склад газу можна, подаючи в область окиснення суміші газів:
• для синтезу метанолу та виробництва рідкого пального необхідний чистий кисень та пари води;
• для синтезу аміаку достатньо використовувати суміш повітря та 50÷60% кисню;
• для палива вміст кисню у суміші близько 25 ÷ 30%.
Переваги використання кисню для газифікації вугілля
Ця технологія економічно та технологічно ефективна в тих випадках, коли необхідно переробити залишки вугілля у пласті, нафтові залишки, деревину та нафтові сланці. При безпосередньому спалюванні (повному окисленні) виділяється не тільки необхідна теплова енергія, а й шкідливі гази (оксиди азоту, сірки та вуглецю), що завдають шкоди екології. Газифікація – часткове окислення – дозволяє отримати синтез-газ, що використовується для виробництва бензину, дизпалива та авіаційного гасу, а також добрива, синтетичні метанол та водень.
Крім утилізації залишкових пластів вугілля, підземна газифікація дає й екологічні переваги:
• практично немає шкідливих викидів в атмосферу;
• побічні продукти (азот, пара), що утворюються, безпечні для навколишнього середовища;
• отримання альтернативного палива зменшить видобуток газу та вугілля, тим самим зберігаючи їх запаси;
• збереження верхнього шару ґрунту, а отже, екосистема залишається не зворушеною;
• немає потреби у додатковому джерелі води – альтернатива традиційним водоємним процесам.
Порівняння повітряного та кисневого піддуву
Для перебігу ендотермічної реакції окиснення вугілля необхідний кисень. Він міститься в повітрі, яке найчастіше застосовують на піддув для здешевлення процесу. Однак, не завжди слід заощаджувати.
При подачі в генераторну зону незбагаченого повітря виходить газ із низькою теплотворною здатністю (не більше 7,6 МДж/м3) та високим вмістом азоту. Як правило, транспортуванню він не підлягає та використовується в місці видобутку: внутрішнє споживання теплоелектростанції.
Додавання кисню підвищує теплотворну здатність до 16 МДж/м3, знижує концентрацію азоту. Такий газ доцільно транспортувати газопроводом будь-якому споживачеві (промисловим підприємствам та комунальним господарствам).
Збільшення концентрації кисню в процесі газифікації вугілля має ряд переваг:
• зменшується вміст азоту, покращується якість газу;
• збільшується температура та зростає швидкість реакції;
• забезпечується максимальний вихід оксиду вуглецю та водню
Цікаві факти
Для підземної газифікації придатне як вугілля, а й горючі сланці.
Багато вугільних пластів придатні для здійснення цієї технології, але не всі вигідні. Економічно доцільними вважаються ті, у яких:
• пласт завтовшки не менше 5 м і не має розривів;
• пласт залягає в діапазоні глибин: 30÷800 м;
• щоб уникнути надмірної освіти сажі, зольність вугілля має бути меншою за 45%;
Метод підземної газифікації підходить для пластів, що глибоко залягають.
Індустріалізація надихала багатьох радянських письменників. Так, Віра Кетлінська надихнулася науковими розробками молодих вчених вуглехімічного інституту та створила роман «Інакше жити не варто». В. П. Скафа, Д. І. Філіппов, В. А. Матвєєв стали прототипами головних героїв. Писати свій твір вона почала ще до війни, а закінчила лише 1960 року.
Компанія DP Air Gas постачає газоподібний кисень технічний і медичний, що відповідає всім вимогам ДСТУ ГОСТ 5583–09.Пріоритет у роботі – постійна якість продукції, тому на підприємстві дотримуються стандарту ISO 9001:2008. Клієнти в Україні, країнах ЄС та СНД довіряють нам. Компанія надає послуги з ремонту, огляду балонів, реципієнтів та кріогенних ємностей. Можливість організації нашою компанією аутсорсингу дозволяє клієнтам зосередитись на головному виробництві, залишаючи турботи про якісне газопостачання на компанії DP Air Gas. Докладніше про товари та послуги можна ознайомитись тут.
