PL133246B1 - Method of making accessible underound deposits of soild fuel - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób udostepniania podziemnego zloza paliwa stalego, które po udostepnieniu przeprowadza cie w paliwo gazowe w wyniku reakcji chemicznej ze srodkiem zgazowujacym.Wiadomo, ze paliwa stale, zwlaszcza wegielf mozna poddawac* procesowi zgazcwania w miejscu ich wystepowania, co eliminuje mechaniczny proces ich wydobywania, oraz umozli¬ wia wykorzystanie zlóz mniej przydetnych do eksploatacji górniczej, W znanych sposobach zgazowania podziemnego wykonuje sie z powierzchni ziemi otwory wiertnicze siegajace do zlo¬ za paliwa. Przy uzyciu tych otworów wiertniczych poddaje sie zloze paliwa odpowiedniemu procesowi udostepniania, przy czym zwieksza sie wystepujaca pierwotnie w mniejszym lub wiekszym stopniu gazoprzepuszczelnosó zloza. Nastepnie do tak udostepnionego zloza pali¬ wa wprowadze sie przez jeden lub wiecej otworów wiertniczych srodek zgazowujacy i zapoczat¬ kowuje sie przez zaplon reakcje zgazowania* Jako srodek zgazowujacy stosuje sie powietrze, powietrze wzbogacone tlenem lub powiet¬ rze zmieszane z para wodna, V/ procesie zgazowania podziemnego przebiegaja nizej podane, zna¬ ne reakcje zgazowania, + 405 kJ . + 122 kJ - 160 kJ + 284 kJ - 116 kJ CO + H20 = C02 + Hg + 42 kJ Gaz powstajacy przy zgazowaniu podziemnym przy uzyciu 605S tlenu i 40& pary wodnej jako srodka zgazowujacego ma wartosc opalowa okolo 5643 kJ/Nm • Gaz ten odprowadza sie ze zloza prEez otwory wiertnicze i uzywa 3ie go jako gaz opalowy lub po odpowiedniej obróbce jako gaz syntezowy.C + C2 = C02 C + 1/2 02 = CO + C + C02 = 2C0 CO + 1/2 02 = C02 CO + H20 = CO + H22 133 246 Proces udostepniania zloza paliwa przed Y/lasciwym zgazowaniem podziemnym jest nie¬ zbedny w celu zwiekszenia przepuszczalnosci zloza paliwa w stosunku do srodka zgazowuja- cego i tworzacego sie gazu. Do udostepniania zloza paliwa mozna stosowac nizej podane zna¬ ne sposoby udostepniania. 1. Sposób opornosciowy. W tym sposobie wprowaJza cie do otworów wiertniczych elektro¬ dy i doprowadza sie prad, który ogrzewa zloze paliwa tworzac w paliwie strefy skoksowane, przepuszczalne dla gazu. 2. Sposób z wypalaniem kanalów. W tym sposobie wykonuje sie kanaly w zlozu paliwa. 3. Szczelinowanie hydrauliczne. W tym sposobie uzyskuje sie pekniecia przez wtlacza¬ nie cieczy pod cisnieniem. 4. Wiercenie bezposrednie. W sposobie tym wykonuje eie w zlozu paliwa od pionowych otworów wiertniczych otwory skosne do nastepnego otworu wiertniczego. Nastepnie skosny otwór wiertniczy ewentualnie jeszcze sie rozszerza przez wypalanie.Znany sposób udostepniania ma te wade, ze nie usuwa lotnych skladników organicznych, zwlaszcza zawartych w paliwach stalych. W tym procesie lotne skladniki sa wypierane przy wlasciwym zgazowaniu ze zgazowanej strefy zloza i zaklejaja w sasiedniej strefie zloza znajdujace sie tam pory i pekniecia przepuszczajace gazy. Ponadto woda z //arta w stalym pa¬ liwie nie jest usuwana w znanym sposobie, co prowadzi do odpowiedniego zmniejszania wartos¬ ci opalowej gazu otrzymanego w procesie zgazowania podziemnego.Zadaniem wynalazku jest uzyskanie sposobu do zgazowania podziemnego zloza paliwa sta¬ lego, który umozliwia odzyskanie lotnych skladników zawartych w paliwie stalym i otrzymanie gazu o wysokiej wartosci opalowej. Oprócz tego nowy sposób powinien poprawic sterowalnosc i ekcncmicznosc procesu zgazowania podziemnego.Zadsnie to rozwiazuje sposób wedlug wynalazku polegajacy na tym, ze traktuje sie pali¬ wo pod ziemia nadkrytycznym dwutlenkiem wegla, etanem, etenem, i/lub propanem, przy czym gaz znajdujacy sie w stanie nadkrytycznym przy wejsciu do zloza paliwa ma temperature wyz¬ sza o 10° do 100°C od jego temperatury krytycznej i cisnienie wyzsze o 0,2 do 30,0 ! jego cisnienia krytycznego, a temperature nadkry tycznego gazu na drodze eksteekcyjnej pod ziemia obniza sie tak, ze prsy wyjsciu ze zloza paliwa jest wyzsza o 5° do 15°C od tempera¬ tury krytycznej, nastepnie z nadkrytycznego gazu opuszczajacego zloze, nasyconego zwiazkami organicznymi ora? woda wydziela sie nad ziemia w co najmniej dwóch frakcjach zwiazki organi¬ czne i wode przez obnizenie cisnienia i/lub zmiane temperatury.Z opisu patentowego RFN BAS nr 1 493 190 znany jest wprawdzie sposób rozdzielania mie¬ szanin substancji organicznych przez traktowanie mieszanin gazem nadkrytycznym i nastepnie wydzielanie substancji zav/artych w nadkrytycznej fazie gazowej w wyniku obnizania cisnienia i/lub podwyzszania temperatury, jednak dla fachowca jest calowicie niespodziewane, ze nad¬ kry tyczny gaz mozna stosowac jako srodek udostepniajacy przy zgazowaniu podziemnym paliw stalych,poniewaz nie mozna bylo przewidziec, ze w sposób korzystny mozna ekstrahowac pod ziemia lotne zwiazki organiczne zawarte w stalym paliwie oraz odzyskiwac je na powierzchni ziemi.Przez ekstrakcje lotnych skladników zapobiega sie zaklejaniu porów paliwa przepuszcza¬ jacych gaz w procesie podziemnego zgazowania, co wplywa ujemnie na gazoprzepuszczalnosc zloza. Ponadto korzystne jest usuwanie w znacznym stopniu wody zawartej w zlozu przez nad¬ kry tyczny gaZ|CO podnosi wartosc opalowa gazu otrzymywanego przy zgazowaniu podziemnym.Stosowane w sposobie frakcyjne wydzielanie ekstrahowanych z paliwa gazowych i cieklych zwiaz¬ ków organicznych oraz wody umozliwia korzystne uzyskanie surowców, zwlaszcza aromatycznych weglowodorów. Wedlug wynalazku wydzielanie rozpuszczonych substancji mozna przeprowadzic tylko przez obnizenie cisnienia lub tylko przez zmiane temperatury /podv;yzszenie temperatu¬ ry lub obnizenie temperatury/lub jednoczesne obnizenie cisnienia i zmiane temperatury /pod¬ wyzszenie temperatury lub obnizenie temperatury/. Y/ wyniku tego, ze znajdujacy sie w stanie nadkry tycznym gaz ma przy wejsciu do zloza paliwa temperature wyzsza o 10° do 100°C od jego133246 3 temperatury krytycznej oraz cisnienie wyzsze o 0,2 do 30,0 MPa od jego cisnienia krytycz¬ nego^ zapewnia sie zachowanie jego stanu nadkrytycznego równiez w zlozu paliwa i osiagnie¬ cie oplacalnych kosztów energetycznych takiego wprowadzania. Obnizenie temperatury gazu nadkry tycznego na Jego drodze ekstrakcyjnej pod ziemia tak, aby przy v/yjsciu ze zloza pa¬ liwa jego temperatura byla wyzsza o 5° do 15°C od temperatury krytycznej, daje w wyniku ciagle zTfiekszenie ilosci ekstrahowanych zwiazków przez gaz nadkrytyczny na jego drodze ekstrakcyjnej, poniewaz zdolnosc absorpcyjna gazu nadkrytycznego w przedziale temperatur lezacym nieco powyzej jego temperatury krytycznej wykazuje z reguly optimum, a zmniejsza sie wraz ze wzrostem temperatury.Stosowane w sposobie wedlug wynalazku gradienty temperatury nadkrytycznego gazu za¬ pobiegaja wydzielaniu sie ekstrahowanych substancji przed wyjsciem nadkrytycznej fazy gazowej ze zloza paliwa i tym samym nie ulegaja zaklejeniu w zlozu paliwa gazoprzepuszczal- ne otv/ory.(V sposobie wedlug wynalazku mozna stosowac ze szczególnie dobrym wynikiem dwutlenek wegla do udostepniania paliwa, poniewaz nadkrytyczny dwutlenek wegla ma wystarczajaco dobra zdolnosc rozpuszczania zarówno wody jak i zwiazków organicznych zawartych w paliwie stalym i mozna go uzywac bez kosztownych srodków bezpieczenstwa. Ponadto dwutlenek wegla ma cisnienie krytyczne P^ryt = 7,39 MPa i temperature krytyczna T^ ^ = 31°C, zatem jego uzy¬ cie do udostepniania podziemnych zlozy wegla przed ich podziemnym zgazowaniem jest celowe eko¬ nomicznie, zwlaszcza, ze w wielu zlozach paliwa panuje temperatura wyzsza od temperatury krytycznej c?/utlenku wegla. Wedlug wynalazku mozna równiez stosowac etan, eten i/lub propan do udostepniania paliwa.Ponadto wedlug wynalazku przewiduje sie, ze temperatura wejsciowa gazu nadkrytyczne¬ go do zloza paliwa obniza sie w trakcie udostepniania o 2° do 50°C. Zwieksza to biezaco zdolnosc ekstrakcyjna gazu nadkrytycznego w czasie udostepniania zloza paliwa, a zmniej¬ szanie szybkosci ekstrakcji powodowane zmniejszajaca sie iloscia substancji poddawanych ekstrakcji mozna wyrównac zwiekszeniem zdolnosci rozpuszczajacej gazu nadkrytycznego.V/ wyniku tego, ze temperatura wejsciowa gazu nadkry tycznego do zloza pali?/a obniza sie w trakcie udostepniania, a temperatura wyjsciowa gazu nadkrytycznego ze zloza paliwa jest tylko nieco wyzsza od temperatury krytycznej gazufprzesuwa sie strefa saksyrealnego dzialania ekstrakcyjnego korzystnie w kierunku przeciwnym do kierunku strumienia gazu nad¬ kry tycznego, Spcsób wedlug wynalazku objasnia blizej zalaczony rysunek. Do podziemnego zgazowania nadaja sie zwlaszcza poklady wegla malo przydatne do eksploatacji górniczej, zwlaszcza które nie zawieraja warstw przewodzacych wode. Sposób mozna równiez etosowac w zlozach lup¬ ków bitumicznych i piasków roponosnych, jesli pozwalaja na to warunki geologiczne. Warunkiem stosowalnosci sposobu wedlug wynalazku jest zloze zwarte, z którego mozna odzyskac prawie calkowicie nasycona faze gazu nadkrytycznego.W tego rodzaju zlozu wegla 1 wykonuje sie dwa pionowe otwory wiertnicze 2a, 2b.Przez otwór wiertniczy 2a wprowadza sie do zloza wegla 1 nadkrytyczny dwutlenek stosowany do udostepniania zloza. Zamiast nadkrytycznego dwutlenku wegla mozna równiez etoeowac nad¬ krytyczny etan, eten i/lub propan. Nadkrytyczny dwutlenek wegla wykazuje przy wlocie do zloza paliwa temperature okolo 60°C i cisnienie okolo 30,0 MPa. Nadkrytyczny dwutlenek wegla dyfunduje przez zloze wegla i nasyca sie przy tym lotnymi zwiazkami organicznymi oraz woda. Zawartosc wody w weglu wynosi przecietnie okolo 1% wagowego i ta woda z reguly jest pobierana przez nadkrytyczna faze gazowa, która nasyca sie woda do stanu nasycenia.Woda z warstw paliv/a silnie zawodnionego lub warstw przewodzacych wode jest ekstrahowana tylko czesciowo przez nadkrytyczna faze gazowa. Im dalej postepuje udostepnianie zloza wegla,tym wiecej tworzy sie kanalów dyfuzyjnych i tym samym uzyskuje wysoka przepuszczal¬ nosc zloza wegla w stosunku do gazów. Obciazona nadkrytyczna faza gazowa 4 odplywa otworem wiertniczym 2b i jest poddawana rozdzialowi na czesci skladowe. Stosunek ilosci gazu nad-133 246* krytycznego do ilosci udostepnionego wegla zawiera sie w granicach 1:3 i 1:10. 7/ celu rozdzielenia obciazonej fazy gazu nadkrytycznego wprowadza sie ja kolejno do pieciu urzadzen frakcjonujacych 5a, 5b, 5c, 5d, 5e. W urzadzeniach tych wydziela sie z nadkry- tycsnego dwutlenku wegla rozpuszczone zwiazki organiczne odpowiednio do ich ciezaru czasteczkowego oraz rozpuszczona wode przez obnizenie w znany sposób cisnienia i/lub zmiane temperatury. Zregenerowany srodek udostepniajacy 6 spreza sie za pomoca pompy 7 do cisnienia nadkrytycznego potrzebnego do udostepniania paliwa i ogrzewa sie w wymien¬ niku ciepla 8 do potrzebnej temperatury nadkrytycznej. Nastepnie wprowadza sie go w stanie nadkr.ytycznym do otworu wiertniczego 2a. Poniewaz w czasie procesu udostepniania traci sie pewne ilosci srodka udostepniajacego,doprowadza sie stale do obiegu z zasobni¬ ka 9 nowy gaz, w tym przypadku dwutlenek wegla. "37 czasie prób laboratoryjnych stwierdzono, ze nadkry tyczna faza gazowa skladajaca sie z weglowodorów wchlania do 50% wagowych ekstrahowanego wegla. Ekstrakt wydzielony z nadkrytycznej fazy gazowej sklada sie z latwo-, srednio- i trudno lotnych zwiazków organicznych i nieznacznych ilosci wody. Uwodornienie ekstraktu ds-je nastepujace produk¬ ty: parafiny - 15£f cykloparafiny - 34%, alkilobenzeny - 34£» wyzsze weglowcdory aromatycz¬ ne - 1056, reszta - 7%.Gaz znajduje sie wtedy w stenie nadkrytycznym, gdy jego cisnienie jest wyzsze od cisnienia krytycznego i gdy jego temperatura jest wyzsza od temperatury krytycznej.Gazy stosowane w sposobie wedlug wynalazku maja nizej podsine parametry stanu krytycznego.Gaz Dwutlenek 2ten Etan Propan w^gla T krytyczna °c 31,0 9,5 32,2 97,0 P krytyczne MPa 7,39 5,07 4,91 4,30 Dobór parametrów wydzielania ekstrahowanych zwiazków organicznych uzalezniony jest od potrzebnego skladu poszczególnych frakcji.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób udostepniania podziemnego zloza paliwa stalego, znamienny tym, ze paliwo znajdujace sie pod ziemia traktuje sie nadkrytycznym dwutlenkiem wegla, etanem, etenem i/lub propanem, przy czym gaz znajdujacy sie w stanie nadkrytycznym przy wejsciu do zloza paliwa ma temperature wyzsza o 10° do 100°C od jego temperatury krytycznej, oraz cisnienie wyzsze o 0,2 do 30,0 MPa od jego cisnienia krytycznego i temperatura gazu nadkry- tycznego na drodze ekstrakcyjnej pod ziemia obniza sie tak, ze przy wyjsciu ze zloza paliwa jeet wyzsza o 5° do 15°C od temperatury krytycznej, nastepnie z gazu nadkrytycznego opusz¬ czajacego zloze paliwa, nasyconego zwiazkami organicznymi i woda wydziela sie na powierzchni ziemi w co najmniej dwóch frakcjach zwiazki organiczne oraz wode przez obnizenie cisnienia i/lub zmiane temperatury• 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze temperatura wejsciowa gazu nadkrytycznego obniza sie w zlozu paliwa w fazie procesu udostepniania o 2° do 50°C.133 246 PL

Claims (2)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób udostepniania podziemnego zloza paliwa stalego, znamienny tym, ze paliwo znajdujace sie pod ziemia traktuje sie nadkrytycznym dwutlenkiem wegla, etanem, etenem i/lub propanem, przy czym gaz znajdujacy sie w stanie nadkrytycznym przy wejsciu do zloza paliwa ma temperature wyzsza o 10° do 100°C od jego temperatury krytycznej, oraz cisnienie wyzsze o 0,2 do 30,0 MPa od jego cisnienia krytycznego i temperatura gazu nadkry- tycznego na drodze ekstrakcyjnej pod ziemia obniza sie tak, ze przy wyjsciu ze zloza paliwa jeet wyzsza o 5° do 15°C od temperatury krytycznej, nastepnie z gazu nadkrytycznego opusz¬ czajacego zloze paliwa, nasyconego zwiazkami organicznymi i woda wydziela sie na powierzchni ziemi w co najmniej dwóch frakcjach zwiazki organiczne oraz wode przez obnizenie cisnienia i/lub zmiane temperatury•
2. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze temperatura wejsciowa gazu nadkrytycznego obniza sie w zlozu paliwa w fazie procesu udostepniania o 2° do 50°C.133 246 PL