Спосіб газифікації вугілля для отримання водню та синтез-газу (варіанти)

газифікації

Власники патенту UA 2354820:

Група винаходів відноситься до способів газифікації вугілля і може бути використане для отримання водню та синтез-газу. Спосіб включає організацію в підземному газогенераторі окислення вугільного матеріалу киснем, який генерують безпосередньо в зоні горіння в результаті термічного розкладання парів води та екзотермічної реакції взаємодії алюмінію з водою, який у першому варіанті винаходу подають у зону горіння підземного газогенератора у вигляді суспензії приготовленої водяного порошку. середовищі з pH10 при співвідношенні

Al:Н2O=1:4-5 ваг.ч. і розпорошують її у воду вугільного пласта, забезпечуючи співвідношення суспензії, що подається до води 1:50-100 вес.ч. У другому варіанті винаходу до зони горіння підземного газогенератора подають приготовану суспензію порошкоподібного алюмінію у водному середовищі при співвідношенні

Al:Н2O=1:4-5 ваг.ч. з водою у співвідношенні 1:50-100 вес.ч. під тиском Р в свердловині, що забезпечує умови надкритичного стану води в зоні горіння з урахуванням глибини Н підземного газогенератора Р≥23-10 -5 ·γ·Н, де Р - тиск при Н=0 м, мПа; γ - питома вага суспензії, кг/м і Н - глибина підземного газогенератора, м. Забезпечує збільшення відсоткового вмісту водню і скорочення шкідливих сполук азоту в продуктах газифікації вугілля, підвищення температури в зоні горіння при взаємодії алюмінію з водою, що сприяє збільшенню повноти переробки вихідного матеріалу газифікації 2 зв. та 1 з.п. ф-ли, 1 іл.

Винахід відноситься до водневої енергетики і може бути використане для одержання водню, зокрема під час підземної переробки нерентабельних покладів вугілля.

Відомий спосіб виробництваводню, в якому використовують електроенергію для електролізу води з отриманням водню та кисню [див. патент UA №2180366, МПК C25B 1/4, 2002].

Недоліком цього способу є високі витрати електроенергії на кілограм отриманого водню.

Відомий спосіб отримання водню, заснований на взаємодії з водою порошкоподібного алюмінію, покритого водорозчинною полімерною плівкою, при цьому для забезпечення можливості ефективного горіння металовмісних речовин з виділенням водню процес ведуть при тиску більше 22,12 мПа і температурі - вище 647,3 K (див. патент UA № 2165388, МПК С01В 3/10, 2001).

Недоліком способу є висока питома витрата алюмінію на одиницю маси отриманого водню.

Відомий спосіб отримання водню, що полягає в пошуку зон рифтогенезу з виходом речовини мантії в земну кору, бурінні свердловин в речовину мантії, формуванні в ньому реакційної порожнини, подачі в неї води і виведенні на поверхню через свердловину газоподібного водню, що утворюється в результаті реакції інтерету що містяться в речовині мантії, з водою (див. патент UA № 2244817, МПК Е21В 43/295, 2005).

До недоліків даного способу слід віднести значні капітальні витрати на глибинне буріння свердловин речовину мантії.

Відомий спосіб підземної переробки вугільної речовини (див. авт. свід. SU № 1686885, МПК Е21В 43/295, 1990), що включає буріння двох систем свердловин для подачі окислювача та відведення продуктів газифікації, в якому для підвищення температури та ефективності переробки вугільної речовини Виробництвом вогнища горіння в пласт через систему відвідних свердловин закачують насичений розчин селітри.

Найбільш близьким із відомих технічних рішень є спосібпідземної газифікації вугілля (див. патент UA № 2090750, МПК Е21В 43/295, 1997), що включає розкриття вугільного пласта буровими свердловинами, розпалювання підземного газогенератора, його осушення і вигазовування вугільного пласта, при якому підтримують співвідношення підземних вод рівним 0,75-1,0 шляхом регулювання ступеня відкриття засувки на газовідвідних свердловинах та рівня води у водознижувальних свердловинах.

Недоліком відомого способу є те, що в продуктах газифікації вугілля міститься низький відсоток водню, для окислення вугілля використовується кисень повітря, з яким у підземний газогенератор подають величезну кількість азоту, на що витрачається додаткова енергія, і в підземному газогенераторі утворюються оксиди азоту NOx, що погіршують еколог , відведення та сепарацію вихідних газів.

Завданням даного винаходу є збільшення виходу водню та зниження негативних впливів на навколишнє середовище при газифікації вуглеводнів, зокрема при підземній газифікації вугілля.

Технічний результат, одержуваний при здійсненні винаходу, полягає у суттєвому збільшенні відсоткового вмісту водню та скороченні шкідливих сполук азоту в продуктах газифікації вугілля, підвищенні температури в зоні горіння при взаємодії алюмінію з водою, що сприяє збільшенню повноти переробки вихідного матеріалу газифікації.

Розв'язання задачі та технічний результат у першому варіанті винаходу досягаються тим, що в способі газифікації вугілля для отримання водню та синтез-газу, заснованому на розтині вугільного пласта буровими свердловинами та формуванні підземного газогенератора, розпалюванні підземного газогенератора, вигазовуванні вугільного пласта, контролі за основнимигідрологічні параметри, їх регулювання, відведення з підземного газогенератора вихідних газів, подають в зону горіння підземного газогенератора приготовлену суспензію порошкоподібного алюмінію у водному середовищі з pH10 при співвідношенні Al:Н2О=1:4-5 вес.ч., розпорошують її у воду вугільного пласта, регулюють рівень грунтових вод і подачу води в зону розпилення суспензії при співвідношенні суспензії, що подається, до води 1:50-100 вес.ч.

Розв'язання задачі та технічний результат у другому варіанті винаходу досягаються тим, що в способі газифікації вугілля для отримання водню і синтез-газу, заснованому на розтині вугільного пласта буровими свердловинами і формуванні підземного газогенератора, розпалюванні підземного газогенератора, вигазовуванні вугільного пласта, контролі гідрологічних параметрів, їх регулювання, відведення з підземного газогенератора вихідних газів, подають в зону горіння підземного газогенератора приготовану суспензію порошкоподібного алюмінію у водному середовищі при співвідношенні Al:Н2О=1:4-5 вес.ч. з водою у співвідношенні 1:50-100 вес.ч. під тиском Р, що забезпечує умови надкритичного стану води в зоні горіння з урахуванням глибини Н підземного газогенератора Р≥23-10 -5 ·γ·Н,

де Р - тиск при Н = 0 м, мПа,

γ - питома вага суспензії, кг/м 3

Н – глибина підземного газогенератора, м.м.

При цьому використовують порошкоподібний алюміній, покритий полімерною водорозчинною плівкою.

Основу запропонованих способів газифікації вугілля для отримання водню та синтез-газу становить організація в підземному газогенераторі процесу окиснення вугілля киснем, який генерують у зоні горіння вугільного пласта при термічному розкладанні парів води та екзотермічній реакції взаємодіїалюмінію з водою (2Al+3Н2О=Al2О3+3Н2+↑Q). При цьому утворюється водень, окис вуглецю та синтезується у водневому середовищі метан.

Принципова схема підземного газогенератора для реалізації запропонованих способів газифікації вугілля для отримання водню та синтез-газу показана на кресленні.

Підземний газогенератор формується при розтині вугільного пласта 1 свердловинами 2, 3, 4, містить системи контролю і регулювання основних технологічних і гідрологічних параметрів 5, пристрій 6 розпилення суспензії у воду вугільного пласта і розпалювання зони горіння 7.

Залежно від конкретних умов залягання вугільного пласта, його потужності, зольності вугільного матеріалу, гідрологічної обстановки та основних завдань підземної газифікації вугільного матеріалу оптимальним може бути один із запропонованих способів, що реалізуються наступним чином.

У першому варіанті приготовлену суспензію порошкоподібного алюмінію у водному середовищі з pH 10 при співвідношенні Al:Н2О=1:4-5 вес.ч. подають по свердловині 3 в зону горіння 7 підземного газогенератора і за допомогою пристрою 6 розпилюють суспензію у воду вугільного пласта, регулюють рівень ґрунтових вод у спеціальній водознижувальній свердловині 4, підтримуючи співвідношення суспензії, що подається, до води 1:50-100 вагу. відповідно до відбору з підземного газогенератора вихідних газів та їх складу.

У другому варіанті в зону горіння підземного 7 газогенератора по свердловині 3 подають приготовану суспензію порошкоподібного покритого водорозчинною полімерною плівкою алюмінію у водному середовищі при співвідношенні Al:Н2О=1:4-5 вес.ч. з водою у співвідношенні 1:50-100 вес.ч. під тиском Р в свердловині, що забезпечує умови надкритичного стану води в зоні горіння з урахуванням глибини Н підземногогазогенератора Р≥23-10 -5 ·γ·Н,

де Р – тиск при Н=0 м, мПа;

γ - питома вага суспензії, що подається, кг/м 3 і

Н – глибина підземного газогенератора, м.м.

Як у першому, так і в другому варіантах в результаті реакції взаємодії алюмінію з водою виділяється водень та значна кількість тепла (теплотворна здатність алюмінієвого палива становить 3900 ккал/кг). Температура в зоні горіння підвищується до 1600 K, відбувається загоряння вугільного матеріалу з подальшим підвищенням температури та розкладанням пар води на водень і кисень, який бере участь в окисленні вугільного матеріалу. В умовах підвищеної температури та дефіциту кисню вуглець згоряє, в основному, з утворенням СО, а в зоні горіння формується водневе середовище, що сприяє синтезу метану. Таким чином, продуктами газифікації вугільного матеріалу пропонованими способами є Н2, СО, СН4 та екологічно нейтральний Al2О3, який легко сепарується і може бути реалізований як самостійний товарний продукт.

Заявлений винахід заснований на результатах лабораторних досліджень активації процесів окислення інтерметалів, зокрема алюмінію, у водних середовищах у звичайному та надкритичному станах, виконаних у рамках гранту РФФД 06-0868/01.

1. Спосіб газифікації вугілля для отримання водню і синтез-газу, що полягає у розтині вугільного пласта буровими свердловинами та формуванні підземного газогенератора, розпалюванні підземного газогенератора, вигазовуванні вугільного пласта, контролі за основними технологічними та гідрологічними параметрами, їх регулюванні , який відрізняється тим, що подають в зону горіння підземного газогенератора приготовану суспензію порошкоподібного алюмініюводному середовищі з pH10 при співвідношенні Al:Н2O=1:4-5 вес.ч., розпорошують її у воду вугільного пласта, регулюють рівень грунтових вод і подачу води в зону розпилення суспензії при співвідношенні суспензії, що подається, до води 1:50- 100 ваг.ч.

2. Спосіб газифікації вугілля для отримання водню і синтез-газу, що полягає у розкритті вугільного пласта буровими свердловинами та формуванні підземного газогенератора, розпалюванні підземного газу генератора, вигазовуванні вугільного пласта, контролі за основними технологічними і гідрологічними параметрами, їх регулюванні газів, який відрізняється тим, що подають у зону горіння підземного газогенератора приготовану суспензію порошкоподібного алюмінію у водному середовищі при співвідношенні Al:H2O=1:4-5 вес.ч. з водою у співвідношенні 1:50-100 вес.ч. під тиском Р, що забезпечує умови надкритичного стану води в зоні горіння з урахуванням глибини Н підземного газогенератора, Р≥23-10 -5 ·γ·Н, де Р - тиск при Н=0 м, МПа; γ - питомий вага суспензії, кг/м; Н - глибина підземного газогенератора, м.

3. Спосіб за п.2, який відрізняється тим, що використовують порошкоподібний алюміній, покритий полімерною водорозчинною плівкою.