Способ подземной газификации угля и устройство для его осуществления - SU652899A3

Описание

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной газификации угля.

Известен способ подземной газификации угля через скважины, включающий оборудование скважин обсадными трубами, розжиг угольного пласта, нагнетание в пласт воздуха и выдачу образующихся газов по скважине на поверхность I.

Недостатком известного способа подземной газификации угля является то, что полезное тепло образующихся газов не утилизируется .

Известен также способ подземной газификации угля через скважины, включающий оборудование скважин обсадными трубами и теплообменником, розжиг угольного пласта через скважину, инжекцию в нее раскаленных гранул, температура которых выше температуры воспламенения угля, для воспламенения и выгорания угля с получением полезных газов, выдаваемых по скважине на поверхность, нагнетание в пласт воздуха , обеспечивающего регулирование процесса газификации с учетом притока пластовых вод, охлаждение отводимых из пласта

полезных газов путем их пропускания через тенлообменник, размещенный в скважине, в который подают теплоприемный агент 2. Для осуществления способа подземной газификации применяется устройство, включаюш ,ее устанавливаемый в обсадной трубе скважинытеплообменник, инжекционный трубопровод для подачи сжатого воздуха на забой скважины, выводной газопровод, соединяющий забой скважины с поверхностью , вводной и выводной патрубки, расположенные на оголовке скважины.

Недостатком указанного способа я-вляется низкая эффективность процесса газификации из-за того, что тепло получаемых газов снимается не по всей длине скважины, а также из-за невозможности поддержания выгазованного пространства.

Цель изобретения - повышение эффективности процесса газификации путем съема тепла по всей длине скважины и поддержания выгазованного пространства.

Цель достигается тем, что в качестве гранул используют невоспламеняемые твёрдые вещества, которь1ё пб2агот в скважину для

заполнения выгазованного пространства, а теплоприемный агент пропускают через теплообменник , установленный вдоль всей длины обсадной колонны, при этом в качестве гранул используют керамические шарики или гравий. ...

Кроме того, в процессе газификации периодически подают пластовые водь в зону .газификации путем попеременного увеличения и уменьшения давления нагнетаемого в пласт воздуха относительно гидростатического напора пластовых вод.

Указанный способ может быть осуш,ествлен устройством, включаюшим устанавливаемый в обсадной трубе скважииы теплообменник , инжекциониый трубопровод для подачи сжатого воздуха на забой скважины , выводной газопровод, соединяюший забой скважины с поверхностью, вводной, и выводной патрубки, расположенные на оголовке скважины, отличающимся тем, что теплообменник выполнен в виде трубы, внутри которой установлены перегородки, образующие вертикально расположенные друг над другом ofceKH, сообщающиеся между Ьобой при помощи отверстий, сделанных в каждой перегородке, за исключе.нием перегородки , размещенной у кровли пласта, и выполненные с возможностью пропуска теплоприемНого агента от устьям до кровли угольного пласта.

Кроме того, инжекционный трубопровод сделан гибким с возможностью его подачи в любом направлении в угольном Пласте. Перегородки описываемого устройства выполнены в форме дисков, прикрепленных к внутренней стенке трубы теплообменника.

Устройство снабжено средством для осуществления повышенной теплопередачи, установленным в отсеке, расположенном у .кровли пласта. При этом указанные средства изготовлены в виде диффузоров, большие основания которых обращены к забою скважины .

На фиг. 1 изображено устройство для осуществления предлагаемого способа, размещенное в скважине, вид сбоку; на фиг. 2- вертикальный разрез нижней части теплообменника устройства; на фиг. 3 - вертикальный разрез нижней части скважины для подземной газификации угля перед розжигом угольного пласта; на фиг. 4 - вертикальный разрез нижней части скважины для подземной газификацииугля, заполненной раскаленными грануЛами для розжига угольного пласта; на фиг. 5 - вертикальный раз ,рез нижней части скважины для подземной газификации угля и выгазованной полости, заполненной гранулами.

Устройство содержит теплообменник 1, установленный в обсадной трубе 2 скважины , расположенные в нем выводные газопроводы 3, инжекционный трубопровод 4,

вводной патрубок 5 и выводной патрубок б, размещенные на оголовке обсадной трубы 2. Теплообменник 1 изготовлен в виде трубы, внутри которой установлены перегородки 7, делящие теплообменник 1 на вертикально расположенные друг над другом отсеки 8, выполненные с соосными отверстиями 9 для пропуска инжекционного трубопровода 4 и с соосными отверстиями 10 для пропуска выводных газопроводов 3. Все перегородки, кроме нижней, имеют отверстия 11, расположенные не сбосно по вертикали относительно друг друга. Перегородки 7 выполнены в форме дисков и прикреплены к внутренней стенке 12 трубы теплообменника 1. Инжекционный трубопровод 4 пропущен через соосные отверстия 9 перегородок 7 и снабжен на нижнем конце подъемным бойком 13 с насадкой 14 для инжекции воздуха . Нижний конец 15 бойка 13 выполнен в виде конуса.

Выводные газопроводы 3 пропущены через соосные отверстия 10 и своими верхними концами выведены в верхний отсек теплообменника 1, которыйимеет отверстие для трубопровода 16 для отвода газа. Нижние концы выводных газопроводов 3 на участке нижнего отсека теплообменника выполнены в виде диффузоров 17, большие основания которых обращены к забою скважины.

Вводной патрубок 5 сообщен с отсеками 8, а выводной патрубок 6 - с нижним отсеком теплообменника 1 и снабжен теплоизоляцией . Верхняя часть обсадной трубы 2 герметически закрыта крышкой 18.

Способ подземной газификации осуществляют при помощи указанного устройства следующим образом.

С поверхности 19 земли по покрывающей породе 20 бурят скважину 21, например , диаметром 600 мм до кровли угольного пласта 22. Скважину обсаживают трубой 2, например, диаметром 500 мм и цементируют затрубное пространство. После установки обсадной трубы 2 скважину 21 заглубляют до подощвы угольного пласта 22 на участке 23, наг1р.имер, диаметром 400 мм. В подготовленной таким образом скважине устанавливают устройство для осуществления подземной газификации.

Подземную газификацию начинают с розжига угля. Для этого полость участка 23 скважины 21 через выводные газопроводы 3устройства заполняют раскаленными гранулами 24,изготовленными из гравия, керамических шариков и других негорючих материалов . Гранулы 24 должны быть накалены выше температуры возгорания угля, например до 427°С. Заполнение скважины гранулами 24 производят до тех пор, пока выводные газопроводы 3 не заполнятся этим материалом. Вступая в контакт с углем, раскаленные гранулы 24 способствуют нагреву и возгоранию угля. По мере того как угольный пласт 2 начинает гореть, в нем образуется полость. 25. Гранулы 24 будут продолжать поступать в эту полбсть, пОка их навал не приобретет угол естественного откоса . Гранулы 24 вокруг буровой скважины 21 внутри пласта 22 служат агентом, способствующим проницаемости пласта и помогающим газу протекать в буровую скважину в случае непредвиденной усадки или откола покрывающей породы 20 вблизи буровой скважины 21. После розжига угольного пласта 22 в зону реакции через инжекционный. трубопровод 4, боек 13 и насадку 14 вводят окислительный агент, йапример обогащенный кислородом воздух, под соответствующим давлением , например 18,5 кг/см2, для вытеснения пластовой воды. Инжекцию окислителя производят до тех пор, пока не будет создана зона реакции объемом, например, 27 м. Затем давление подачи окислителя снижают до равновесия с давлением гидростатического напора пластовой воды, например 6 кг/см 2. Пластовую воду при необходимости выводят из зоны реакции путем поддержания давления в ней выше гидростатического или, наоборот, вводят воду путем снижения указанного давления. Давление регулируют в соответствии с плановым выходом образующегося в процессе газификации угля газа. Образующийся газ выводят из скважины через выводные газопроводы 3 и трубопровод 16. Описываемое устройство располагают в буровой скважине 21, и оно служит в качестве теплообменника, создавая средства для циркуляции воспринимающего теЛлоагента , такого как, например, вода, с поверхности земли к низу аппарата и последовательно с этим обратно к земной поверхности 19 через выводной патрубок б. Устройство имеет два назначения, из которых основным является отвод выделяемого тепла из выходных газов и передача отобранного тепла в форме пара на электрогенераторную установку или подобный агрегат. Вторичное назначение устройства заключается в отводе тепла от обсадной трубы 2 для того, чтобы последняя не перегревалась и не теряла свою прочность. Полученные при газификации газы входят в буровую скважину в общем случае при температуре 1095°С. При этом происходит нагрев выводных газопроводов 3. Для утилизации тепла в теплообменник 1 через вводной патрубок 5 вводят теплоприемный агент, например воду. Введенная в теплообменник 1 вода циркулирует по отсекам 8 теплообменника 1, перетекая из верхнего отсека в нижний через отверстия 11 в перегородках 7. При достижении водой нижнего отсека теплообменника 1 она начинает циркулировать вокруг диффузоров 17 выводных газопроводов 3. Если при этом температура диффузоров 17 выще, чем температура испарения воды при имеющемся давлении, вода будет закипать и под действием образующегося пара подниматься по выводному патрубку 6 на поверхность. Если температура диффузоров 17 ниже температуры испарения воды при имеющемся давлении, то давление вводимой в теплообменник воды поддерживают на уровне, позволяющем нагретой воде подниматься по выводному патрубку 6 на поверхность. Полученные таким образом горячую воду или пар можно использовать в любой известной системе для генерации электроэнергии или другого вида энергии. Скорость циркуляции воды в теплообменнике регулируют так, чтобы температура выдаваемого газа на головке скважины 21, например 260°С, оставалась выще точк-и росы получаемого газа. Поддержание состояния выходящих газов выще точки росЫ особенно важно, когда скважина работает в окислительной среде, так как получаемая в этом случае серная кислота в газовой фазе не должна конденсироваться, пока не достигнет определенной технологической точки в наземном оборудовании. Процесс газификации осуществляют следующим образом. После того как зона реакции устанавливается в нижней части угольного пласта 22, регулируют инжекцию окислителя в сторону обеднения кислородом среды, чтобы происходило неполное сгорание. Сторона угля вдоль зоны реакции при этом выгорает и высвобождает болыиие количества окиси углерода. Уголь же, расположенный вблизи горящей стороны, нагревается и выделяет летучие компоненты в выходные газы в качестве высококалорийных компонентов добываемых газов. Влагосодержимое угля переводится в состояние пара, который, в свою очередь, вступает в-реакцию состальными веществами, давая светильный газ. Метан в непосредственной близости от зоны реакции выводится в добываемые газы. Прилегающие слои угля, после отдачи своих легколетучих компонентов, становятся карбонизированными и сами горят по мере достижения фронта огня. Путем направления по разным местам пласта инжектируемого окислителя почти весь уголь на этом участке может быть пережжен в остаточную золу. Вслед за этапами, где создается сначала окислительная среда, что дает в результате низкокалорийный газ с .теплоотдачей примерно 890 ккал/м, идут другие этапы. На следующих стадиях среда меняется на восстановительную и теплотворная способность газа заметно улучщается до уровней порядка 4450-6230 ккал/м. Именно в этот период происходит отдача метана, газификация легколетучих компонентов и образование светильного газа. По мере того как сбдержимое метана и легколетучих компонентов в зоне действТТя скважины приходит к истощению, теплосодержание полученных газов начинает уменьшаться. Влагосодержание угля служит ограничением для объема светильного газа, который может образоваться естественной влагой, по сравнению с тем объемом, который получают при введении дополнительного пара в зону реакций .. В прёдпочТТ1Гельном .варианте добавочный пар вводят в зону реакции, когда теплосодержание получаемого газа падает ни же-планового уровня, например 4450 ккал/м, чТо осуществляют сбросом давления в щахте отдельной скважмны в течение некоторого запланированного периода времени, наПример 1 ч, чтобы создать условия для просам:Мвания воды в горячую зону для образования там паров. Это сопровождается подачей давления путем инжекции окислителя до планового рабочего давления шахты. Например почти равновесного (равного) с давлением гидростатического напора, и подДёр жаНйем давления в установленный плановый период времени, например 4 ч. Количество часов для поддерживающей операций поднятия давления зависит от ороницаемос и угольного пласта и количества воды в формации, поступающей на просачивание, В тех случаях, где просачивание слишком замедлено или наличной воды недостаточно ,чёрёз линию инжекции окислителя заКачивают пар или воду с наземных установЪк . Предпочтительно выстраивать в угольном пласте ряд скважин, напрймер десять рядов в десять скважин. Работа этих скважин строится в щахматном порядк е, так что некоторые скважины принимают водув то время, как другие скважины работают на повыщенном давлении, откачивающем воду. Конкретная геометрическая разбивка скважин устанавливается относительно- характеристик потока грунтовых вод в данном угольном пласте. Такое расположение с использованием обогащенного кислородом воздуха позволяет получать больще газа с высоким теплосодержанием порядка 2670 ккал/м и выще, пока угольная залежь не будет полностью истощена. Скважины могут быть взаимосоединены подходящими изолированными системами сборных трубопроводов с одной системой, выдающей горячую воду ИЛИ пар и транспортирующей горячую воду или пар в теплоэлектростанцию или подобный агрегат, и с другой системой, транспортирующей полученные газы в центральный пункт обработки, где корпускулярные частицы могут быть удалены, где вУделяют сероводород и где удаляют пары воды и других газифицированных жидкостей. Остающийся сухой газ может направляться после этого по трубопроводам либо в хранилища газа - газгольдеры, либо прямо на теплоэнергетическую установку электростанции . Предлагаемый способ подземной газификации угля и устройство для его осуществления позволяют повысить эффективность процесса газификации путем более полной утилизации тепла образующегося газа и улучщения проницаемости пласта за счет поддержания выгазованного пространства и получать газ высокой теплотворной спо Формула изобретения 1.Способ подземной газификации угля через скважины, включающий оборудование скважин обсадными трубами и теплообменНИКОМ , розжиг угольного пласта через скважину , инжекцию в нее раскаленных гранул, тёмпература КбТорых выще температуры воспламенения угля, для воспламенения и выгорания угля с получением полезных газов, выдаваемых по скважине на поверхность, нагнетание в пласт воздуха, обеспечивающего регулирование процесса газификации с учетом притока пластовых вод, охлаждение отводимых из пласта полезных газов путем их пропускания через теплообменник, установленный в сквал ине, в который подают теплоприемный агент, отличающийся тем, что, с целью повыщения эффективности процесса газификации путем съема тепла по всей длине скважины и,поддержания выгазованного прострайства; в качестве гранул используют невоспламеняемые твердые веществ а,которые подают в скважину для заполнения вь1газованн6го пространства, а теплоприемный агент пропускают через теплообменник , установленный вдоль всей длины обсадной колонны. 2,Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве гранул используют керамические щарики. 3.Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве гранул используют гравий. 4.Способ по пп. 1-3, отличающийся тем, что в процессе газификации периодически подают пластовые воды в зону газификации путем попеременного увеличения и. уменьщенйя давления нагнетаемого в пласт воздуха бтйосительнб гидростатического напора пластовых вод. 5.Устройство для осуществления спосо -3, включающее устанавливаемый в обсадной трубе скважины теплообменник , инжекционный трубопровод для подачи сжатого воздуха на забой скважины, вывод

Реферат

Формула