Подземная
газификация жестких топлив

Перевоплощение
жестких топлив (угля, горючих сланцев)
конкретно на месте их залегания
в недрах земной коры в горючий газ, к-рый
выводят на пов-сть через буровые скважины.

В
пром. масштабе осуществлена подземная
газификация угля (П. г. у.). Мысль ее была
предложена Д. И. Менделеевым (1888), к-рый
писал: «… настанет, возможно, со
временем даже такая эра, что угля из
земли вынимать не будут, а там в земле
его смогут превращать в горючие газы…»;
позже (1912) эту же идею высказал У.
Рамзай. В. И. Ленин в статье «Одна из
величавых побед техники» высоко оценил
идею П. г.у. и ее достоинства перед
шахтным способом добычи угля. СССР
принадлежит ценность в разработке (с
1930) и внедрении техн. решений П. г. у.

Для
размеренного получения горючего газа
под землей нужно учесть
особенности как самого пласта горючего,
так и вмещающих его пород (напр., состав
и степень метаморфизма угля, крепкость
пород и т.д.). П.г.у. осуществляется под
действием высочайшей т-ры (1000-2000 °С) и
подаваемого под давлением дутья — разл.
окислителей (обычно, воздуха, О2 и
водяного пара, реже-СО2). Для подвода
дутья и отвода газа газификацию проводят
в скважинах, расположенных в определенном
порядке и образующих т. наз. подземный
генератор. В нем идут те же хим. р-ции,
что и в обыденных газогенераторах (см.
Газификация жестких топлив). Но
условия подземной газификации специфичны.
Вмещающие пласт горючего горные породы
представляют собой типичные стены
реактора и сразу материал,
заполняющий выгазованное место.
В газификации участвуют подземные воды,
также влага угля и горных пород. В
отличие от наземной газификации, где
горючее по мере расходования поступает
в газогенератор, в случае подземной
газификации при выгазовывании 1-го
участка пласта горючего требуется переход
к другому. Появляется необходимость
наряду с газификацией одних
участков пласта подготавливать к
газификации другие его участки.

Существует
неск. способов П. г. у. Основой ее практич.
реализации явился предложенный в СССР
(1933-34) и потом развитый (1945-48)
поточный способ газификации в целике
пласта горючего. Способ состоит в газификации
пласта в искусственно сделанном канале
(т. наз. канале газификации) с регулируемым
расходом дутья и газа. В эксплуатации
могут находиться сходу неск. таких
каналов.

При
поточном способе газообразование
происходит на пов-сти канала, в термически
подготовл. участке пласта горючего и в
самом канале, пов-сть к-рого делит
газовую и твердую фазы. Р-ции на пов-сти
канала гетерогенны; скорость их
определяется гл. обр. диффузией дутья
и размером этой пов-сти. В канале
газификации, где движется осн. масса
дутья, газа и паров, протекают гомог.
р-ции, скорость к-рых зависит до этого
всего от т-ры и концентрации реагирующих
в-в. В жесткой фазе происходят термич.
разложение и сушка орг. соед., входящих
в состав угля и горных пород. При движении
образующихся товаров по порам и
трещинкам в направлении канала развиваются
как гетерогенные, так и гомогенные
окислит.-восстановит. р-ции. Скорость
процесса в жесткой фазе в осн. определяется
его т-рой.

В
каждый канал газификации в соответственной
последовательности через один конец
подают дутье, а через другой отводят
газ. Ширина полосы угля, при к-рой в
данных горно-геол. критериях происходит
газификация, определяет расстояние
меж каналами.

Метод
сотворения первонач. каналов газификации
в пласте горючего почти во всем обусловливает
конструктивную схему подземного
газогенератора. Наиб. много удовлетворяют
тр сбованиям П. г. у. бесшахтные методы
подготовки каналов, когда все работы
производят с пов-сти земли, связь
к-рой с пластом горючего обеспечивается
буровыми скважинами. В согласовании с
горно-геол. критериями до встречи с
пластом бурят вертикальные, наклонные
и криволинейные скважины, обсаживаемые
трубами, при этом затрубное место
цементируют. Для соединения (сбойки)
скважин меж собой употребляют след.
методы: фильтрационный, электронный
с применением гидравлич. разрыва пласта,
также бурение скважин по угольному
пласту (наклонных, горизонтальных и т.
д.) с послед. расширением сделанных щелей
гидроразрыва либо каналов средством
выжигания угля.

При
фильтрац. методе воздух, нагнетаемый
через одну из скважин, распространяясь
по пласту горючего и горным породам,
отчасти проходит и в примыкающие скважины.
Сделанный через одну из скважин очаг
горения в пласте горючего поддерживается
за счет воздуха (либо др. окислителя),
притекающего из др. скважины, и перемещается
навстречу сгустку дутья. При подходе
очага горения к дутьевой скважине
гидравлич. сопротивление прохождению
дутья понижается; образовавшийся канал
можно использовать для газификации. В
пластах горючего, владеющих малой
газопроницаемостью, употребляют дутье,
сжатое до давления, к-рое превосходит
давление горных пород на данной глубине
залегания пласта. При всем этом значительно
растет кол-во дутья, принимаемого
скважиной.

Электрич.
метод сотворения газопроницаемых каналов
основан на понижении
участка пласта горючего под воздействием
термического пробоя при приложении через
скважины элек-трич. тока высочайшего
напряжения. Приобретенный электропроводящий
канал меж скважинами употребляется в
целях подвода тока маленького напряжения
для коксования горючего под действием
выделяемого тепла. Этот канал обладает
достаточной газопроницаемостью и м. б.
использован для сбойки скважин фильтрац.
методом до образования своб. канала,
к-рый потом употребляют для
газификации по поточному способу.

По
мере выгазовывания пласта горючего
покрывающие его верх. породы под действием
горного давления сдвигаются и заполняют
выработанное место. Вследствие
этого размеры и структура каналов
газификации в течение продолжит. периода
фактически не меняются, что наряду
с квазистационарностью газификации
обусловливает всепостоянство состава
получаемого газа. Зависимо от
кач-ва угля, черт и св-в пласта
и вмещающих его пород газификация
устойчива до заслуги хорошей
для данной горно-геол. обстановки степени
выгазованности участка пласта. Предстоящее
повышение этого параметра приводит к
дополнит. затратам тепла на нагревание
горной породы, испарение воды, также
к образованию обводненных потоков
дутья, дожигающих горючие составляющие
газа. Кач-во газа усугубляется, появляется
необходимость ввода в эксплуатацию
новых каналов газификации. Из-за
отсутствия газонепроницаемых стен
происходят утраты дутья и газа.

Кроме
поточного способа П. г. у. известен способ,
к-рый базируется на использовании прир.
трещинок и пор угольного пласта. Для
газификации этот пласт на определенном
участке зажигают и нагнетают через
скважину дутье. При постепенном нагревании
угля число трещинок и пористость растут,
что вызывает повышение газопроницаемости
участка пласта. Газообразные продукты
проходят через поры и трещинкы к
газоотводящему коллектору (либо скважине).
Данный способ не отыскал внедрения из-за
малой и неравномерной проницаемости
большинства пластов жестких топлив,
повыш. расходов энергии и утрат дутья
и газа, в особенности при обрушении кровли
над выгазованным местом.

Состав
и теплота сгорания газа (см. табл.) зависят
как от кач-ва угля и состава дутья, так
и от горно-геол. критерий (сначала
от мощности и угла залегания пластов,
св-в горных пород, притока подземных
вод и т.п.).

Газ,
производимый методом П. г. у., используют
для энергетич. нужд (в осн. как котельное
горючее). Себестоимость газа (в пересчете
на условное горючее) ниже себестоимости
угля, добываемого шахтным методом, и
выше себестоимости угля открытой добычи.
Технико-экономич. характеристики П. г. у.
определяются масштабами произ-ва газа.
При П. г. у. отпадает необходимость в
труде людей под землей, улучшаются его
условия и состояние воздушного бассейна,
не нарушается злачный слой земли.
Но газ, приобретенный на воздушном
дутье, по теплотехн. св-вам значительно
уступает природному.

Черта
газа, приобретенного газификацией угля на
воздушном дутье

Освоенность
процесса на воздушном дутье и глуб. до
250-300 м открывает перспективу П. г. у. при
повыш. давлении и на парокислородном
дутье с получением газа, содержащего
значимые кол-ва СН4 и др. горючих
компонент.

Предстоящее
развитие при определенных критериях
(малая глубина залегания, наличие
маленьких кол-в минер. примесей и т.д.)
получат также исследования в области
подземной газификации горючих сланцев.

Не считая
СССР, работы по подземной газификации
проводятся в США, ФРГ, Франции и др.
странах. Объем производимого в СССР
газа ок. 1,5 миллиардов. м3 (1980).

Перечень
литературы

Менделеев
Д. И., Соч., т. 11, Л.-М., 1949, с. 66; Скафа П. В.,
Подземная газификация углей, М., 1960;

Подземная
газификация угольных пластов, М., 1982.

Для
подготовки данной работы были применены
материалы с веб-сайта http://www.xumuk.ru/