Способ подземной газификации

 

Изобретение может быть использовано при подземной газификации, преимущественно в условиях необходимости утилизации больших количеств углеродсодержащих отходов. Технический результат выражается в увеличении сроков службы подземного газогенератора и его конструктивных элементов, при увеличении объемов выхода товарного газа и исключения комплекса работ по утилизации отходов газификации. Из газа, отводимого по газоотводящим скважинам, отбирают твердые и жидкие отходы, которые смешивают с закладочным материалом, в качестве которого используют смесь бытовых и/или промышленных отходов, по крайней мере часть объема которых представлена углеродсодержащим материалом. При этом сформировавшийся закладочный массив подвергают газификации с использованием имеющихся газоотводящих и дутьевых скважин газогенератора. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при подземной газификации, преимущественно в условиях необходимости утилизации больших количеств углеродсодержащих отходов.

Известен способ подземной газификации, включающий бурение системы воздухоподводящих и газоотводящих скважин, формирование огневого забоя и выгазовывание запасов газогенератора нисходящими слоями с перемещением огневого забоя по газовыделению в пределах слоя с последующим заполнением выработанного пространства каждого слоя инертными материалами (патент ФРГ N 3404455, кл. С 10 J 5/00, 1985).

Недостаток этого технического решения в больших объемах подготовительных работ (поскольку подготовку и газификацию каждого последующего слоя газогенератора повторяют столько раз, сколько это необходимо для выгазовывания всей толщи газогенератора). Кроме того, в этом случае необходимо использование значительных объемов инертных материалов, что при отсутствии в районе газогенератора отвалов горнообогатительного производства вызовет необходимость добычи и транспортирования закладочного материала.

Известен также способ подземной газификации, предусматривающий бурение системы дутьевых и газоотводящих скважин, которые соединяют реакционными каналами, формирование огневого канала, розжиг газогенератора и его выгазовывание с соответствующим перемещением огневого забоя и закладкой выгазованного пространства закладочным материалом в жидком состоянии, с подачей его через скважины (патент США N 4437520, кл. В 21 Е 33/138, 1984).

Недостаток этого решения в больших дополнительных затратах, потребных на осуществление комплекса закладочных работ и утилизацию или уничтожение вредных отходов газификации (твердых и жидких: газовый конденсат, пыль, сажистый углерод, фусы). Кроме того, безвозвратно теряется тепло вмещающего массива и золы, остающихся после выгазовывания угля, и недостаточно эффективно используется система дутьевых и газоотводящих скважин, которые после окончания газификации запасов угля попросту погашаются (тем самым доля затрат на комплекс буровых работ в общей стоимости товарного газа составляет существенную часть).

Цель изобретения исключение необходимости использования комплекса работ по утилизации вредных отходов газификации и увеличение продолжительности эксплуатации газогенератора и его конструктивных элементов.

Цель, которая может быть достигнута при осуществлении решения поставленной задачи, выражается в увеличении сроков службы подземного газогенератора и его конструктивных элементов, при увеличении объемов выхода товарного газа и исключении комплекса работ по утилизации отходов газификации.

Для достижения поставленной цели способ подземной газификации, предусматривающий бурение системы дутьевых и газоотводящих скважин, которые соединят реакционными каналами, формирование огневого канала, розжиг газогенератора и его выгазовывание с соответствующим перемещением огневого забоя и закладкой выгазованного пространства закладочным материалом в жидком состоянии, с подачей его через скважины, отличается тем, что из газа, отводимого по газоотводящим скважинам, отбирают вредные и жидкие отходы, которые смешивают с закладочным материалом, в качестве которого используют смесь бытовых и (или) промышленные отходы, по крайней мере часть объема которых представлена углеродсодержащим материалом, при этом сформировавшийся закладочный массив подвергают газификации с использованием имеющихся газоотводящих и дутьевых скважин, газогенератора.

Кроме того, смесь бытовых и промышленных отходов подвергают обогащению, в процессе которого отделяют металл, стекло, керамику и другие твердые неуглеродсодержащие материалы, и измельчению.

Кроме того, операции по закладке выработанного пространства и газификации закладочного массива чередуют до полного заполнения пространства газогенератора.

Кроме того, подачу закладки в выработанное пространство осуществляют через сообщающийся с ним отработавшие газоотводящие и дутьевые скважины.

Кроме того, степень дезинтеграции закладочного материала устанавливают так, чтобы наибольшая крупность пуска закладочного материала не превышала 1/3 минимального размера пропускного сечения скважин, используемых для закладки выработанного пространства.

Совместный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о его соответствии критерию "Новизна".

Признаки первого пункта формулы изобретения являются необходимыми и достаточными для решения поставленной задачи, а их функциональное назначение заключается в создании условий, позволяющих обеспечить переработку (газифицирование) отходов, а не просто их захоронение, при этом избыточный запас теплоты вмещающего газогенератор массива способствует предварительной подготовке материала к газификации испарению (отбору) излишней влаги, необходимой перед этим для обеспечения подвижности закладочного материала, потребной для полного заполнения выработанного пространства.

Признаки второго и последующего пунктов формулы изобретения способствуют повышению эффективности работы изобретения: Признак второго пункта формулы изобретения обеспечивает возможность целенаправленной утилизации отходов (металла в качестве металлолома, отходов стекла стекольной промышленности, керамики в качестве инертных компонентов в стройматериалах и т.п.) и позволяет повысить общий выход товарного газа за счет повышения доли углеродсодержащих материалов в закладке, подаваемой в газогенератор.

Признак третьего пункта формулы изобретения позволяют увеличить объем товарного газа в расчете на 1 м³ пространства угольного пласта, подвергаемого газификации, за счет его более полного использования. Значение этого пункта формулы возрастает при реализации признаков второго пункта, т.к. в этом случае полнота заполнения выработанного пространства после газифицирования закладочного массива будет существенно меньше за счет роста доли газифицирующего материала.

Признак четвертого пункта формулы носит уточняющий характер и позволяет повысить эффективность использования дутьевых и газоотводящих скважин, которые в этом случае используются и для подачи по ним закладки.

Признак пятого пункта формулы изобретения уточняет величину максимального размера кусков закладочного материала, с учетом известного положения, связывающего размеры пропускного сечения полости и крупности кусков материала, пропускаемого через эту полость.

На фиг.1 показана схема газогенератора, вид в плане; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1.

На чертежах показаны: дутьевые 1, газоотводящие 2 скважины, функционирующие в рабочем режиме (обеспечивающие работу огневого забоя 3), нетронутый массив 4 угля, массив закладочного материала 5, закладочные скважины 6 (т.е. дутьевые и газоотводящие скважины, сообщающиеся с отработанным пространством 7, оборудование очистки товарного газа 8).

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Подготовку подземного газогенератора к работе осуществляют известным образом путем формирования системы дутьевых 1 и газоотводящих 2 скважин, последующей сбойки рядов скважин с переработкой огневого забоя 3 у заданного из краев газогенератора. Газифицирование запасов угля (нетронутого массива 4 угля) осуществляют путем перемещения огневого забоя 3 к противоположному краю газогенератора. После выгазовывания запасов угля отработанное пространство 7 представляет собой полость, объем которой на 15-30% меньше мощности газифицированного пласта.

Отводимый газ пропускают через оборудование очистки, обеспечивающее удаление вредных жидких и твердых примесей (для чего отводимый газ охлаждают до температуры конденсации паров смолы и подвергают очистке от пыли и сажистых частиц).

До начала процесса закладки выгазованного (выработанного) пространства 7 отходы процесса газификации накапливаются в герметичных емкостях.

В качестве исходного материала для приготовления закладки используют отходы промышленного производства (в том числе и отходы гальванического производства и нефтесодержащие воды), твердые бытовые отходы (макулатура, текстиль, пластмассы, органика, в том числе и пищевая), либо в смеси, либо порознь.

Указанные твердые отходы целесообразно подвергнуть обогащению с выделением твердой неуглеродсодержащей фракции (металла, стекла, керамики и т.п.), что позволяет вернуть эти материалы в хозяйственный оборот.

Операцию обогащения выполняют либо непосредственно в районе размещения газогенератора, либо на городских пунктах сбора отходов, располагающих соответствующим оборудованием. Технологический процесс разделения отходов на фракции аналогичен процессу, используемому в объединении "Спецтранс" (г. Санкт-Петербург), и является следующим: отходы из приемного отделения подают во вращающиеся теплоизолированные барабаны, обеспечивающие измельчение и перемешивание отходов. Постоянная аэрация (на 1 кг отходов подают 0,2-0,8 м³) воздуха пробуждает аэробную микрофлору, которая разогревает массу сначала до 20-30, а потом до 50^oC. Затем за счет воздействия термофильной микрофлоры температура возрастает до 60^oC. При этом происходит обеззараживание массы твердых бытовых отходов. Процесс продолжается 2 сут, после чего обезвреженные отходы подаются ленточным конвейером на сортировку, где из отходов выделяют металлы, стекло и т.п. твердую фракцию.

Подготовленные таким образом твердые отходы смешивают с отходами газификации (непосредственно перед их подачей в выработанное пространство газогенератора), а добавив к этой смеси жидкие бытовые и (или) промышленные отходы, доводят закладочный материал до текучего (пластообразного) состояния.

Далее закладочный материал подают в выработанное пространство 7 по закладочным скважинам 6 (это отработанные скважины газогенератора, которые ранее использовались в качестве дутьевых или газоотводящих) до его заполнения.

По мере подбучивания выпускных отверстий скважин 7 одного ряда переходят на подачу закладки через закладочные скважины 7 следующего ряда и так далее, до полного заполнения выработанного пространства. За счет утилизации накопленного вмещающим массивом тепла обеспечивается обезвоживание закладки. (Температура массива порядка 200-300^oC). Выделяющийся пар используется в газогенераторе, как исходный материал для получения восстановителей двуокиси углерода.

Целесообразно, чтобы момент окончания процесса закладки выработанного пространства совпадал с завершающей стадией обработки запасов угля в газогенераторе, что исключает стадию розжига и формирования огневого забоя в массиве закладки, поскольку создается возможность использования в этих целях существующего по углю огневого забоя, кроме того, возможность газифицирования оставшегося в газогенераторе угля, позволяет при необходимости повысить температурный режим в газогенераторе на начальном этапе отработки (газификации) закладочного массива.

На этом этапе подвигание огневого забоя ведут в направлении, обратном по сравнению с этапом первоначальной (т.е. по углю) газификации запасов газогенератора.

Режим работы дутьевых и газоотводящих скважин на этом этапе отработки соответствует их первоначальному назначению. Газ, отводимый в процессе газификации, содержит товарный газ, пары смол, жидких углеводородов. Его подвергают очистке от вредных (не утилизируемых) компонентов, которые затем возвращаются в подземное пространство, а полезные компоненты разделяют (например, охлаждением), накапливают и передают на переработку. Часть объема газа при необходимости используется в качестве энергетического топлива в процессе газификации.

При необходимости процесс закладки выработанного пространства, остающегося после выгазовывания первоначального закладочного массива, повторяют до полного заполнения выработанного пространства.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить дополнительные объемы товарного газа при неизменном объеме газогенератора и длине обслуживающих его скважин и одновременно обезвредить (пиролизом) существенные объемы твердых и жидких отходов.

Формула изобретения

1. Способ подземной газификации, предусматривающий бурение системы дутьевых и газоотводящих скважин, которые соединяют реакционными каналами, формирование огневого канала, розжиг газогенератора и его выгазовывание с соответствующим перемещением огневого забоя и закладкой выгазованного пространства закладочным материалом в жидком состоянии с подачей его через скважины, отличающийся тем, что из газа, отводимого по газоотводящим скважинам, отбирают вредные твердые и жидкие отходы, которые смешивают с закладочным материалом, в качестве которого используют смесь бытовых и/или промышленных отходов, по крайней мере часть объема которых представлена углеродсодержащим материалом, при этом сформировавшийся закладочный массив подвергают газификации с использованием имеющихся газоотводящих и дутьевых скважин газогенератора.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что смесь бытовых и промышленных отходов подвергают обогащению, в процессе которого отделяют металл, стекло, керамику и другие твердые неуглеродсодержащие материалы, и измельчению.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что операции по закладке выработанного пространства и газификации закладочного массива чередуют до полного заполнения пространства газогенератора.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что подачу закладочного материала в выработанное пространство осуществляют через сообщающиеся с ним отработавшие газоотводящие и дутьевые скважины.

5. Способ по пп. 1 и 4, отличающийся тем, что степень дезинтеграции при измельчении закладочного материала устанавливают так, чтобы наибольшая крупность куска закладочного материала не превышала 1/3 минимального размера пропускного сечения скважин, используемых для закладки выработанного пространства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2