Метод за газификация на въглища за производство на водород и синтезен газ (опции)
Притежатели на патенти RU 2354820:
Групата изобретения се отнася до методите за газификация на въглища и може да се използва за производство на водород и синтез газ. Методът включва организиране в подземен газов генератор на окисление на въглищен материал с кислород, който се генерира директно в зоната на горене в резултат на термично разлагане на водна пара и екзотермична реакция на взаимодействие на алуминий с вода, която в първото изпълнение на изобретението се подава в горивната зона на подземен газов генератор под формата на приготвена суспензия от прахообразен алуминий във водна среда с рН> 10 при плъх io
Al:H2O=1:4-5 тегл.ч. и го напръскайте във водата на въглищния пласт, като съотношението на подадената суспензия към водата е 1:50-100 wt.h. Във втория вариант на изобретението приготвена суспензия от прахообразен алуминий във водна среда се подава в зоната на горене на подземен газов генератор при съотношение
Al:H2O=1:4-5 тегл.ч. с вода в съотношение 1:50-100 тегл.ч. под налягане P в захранващия кладенец, което осигурява условията за свръхкритично състояние на водата в зоната на горене, като се вземе предвид дълбочината H на подземния газов генератор P≥23-10 -5 ·γ·N, където P е налягането при H=0 m, MPa; γ е специфичното тегло на доставената суспензия, kg/m и H е дълбочината на подземния газов генератор, м. Осигурява увеличаване на процента на водород и намаляване на вредните азотни съединения в продуктите от газификация на въглища, повишаване на температурата в зоната на горене по време на взаимодействието на алуминий с вода, което допринася за увеличаване на пълнотата на обработка на изходния материал за газификация. 2 п. и 1 з.п. ф-лия, 1 ил.
Изобретението се отнася до водородната енергетика и може да се използва за производство на водород, по-специално при подземна обработка на нерентабилни въглищни находища.
Известен метод на производствоводород, който използва електричество за електролизиране на вода за производство на водород и кислород [вж. патент RU № 2180366, IPC C25B 1/4, 2002].
Недостатъкът на този метод е високата цена на електроенергия за килограм произведен водород.
Известен метод за производство на водород се основава на взаимодействието с вода от алуминиев прах, покрит с водоразтворим полимерен филм, като същевременно се гарантира ефективно изгаряне на металопоставени вещества с еволюция на водород, процесът се осъществява при налягане над 22,12 MPa и температура над 647,3 K (виж Patent Ru No. 2165388, IPC S01v 3/10, 2001).
Недостатъкът на този метод е високият специфичен разход на алуминий за единица маса произведен водород.
Известен метод за производство на водород, който се състои в търсене на зони на рифтинг с освобождаване на веществото на мантията в земната кора, пробиване на кладенци в веществото на мантията, образуване на реакционна кухина в него, подаване на вода в нея и изтегляне на повърхността през кладенеца водороден газ, образуван в резултат на реакцията на интерметални съединения, съдържащи се в веществото на мантията, с вода (виж патент RU № 2244817, IPC E21 V 43/295, 2005).
Недостатъците на този метод включват значителни капиталови разходи за дълбоко пробиване в веществото на мантията.
Съществува известен метод за подземна обработка на въглищна материя (виж изд. Mon. SU № 1686885, IPC E21B 43/295, 1990), включващ пробиване на две системи от кладенци за доставяне на окислител и отстраняване на продукти от газификация, при които, за да се повиши температурата и ефективността на обработката на въглищна материя, преди да се създаде център на горене, наситен разтвор на нитрат се изпомпва във формацията чрез система от изход нека кладенци.
Най-близкото известно техническо решение е методътподземна газификация на въглища (виж патент RU № 2090750, IPC E21B 43/295, 1997), включително отваряне на въглищния пласт чрез сондажи, запалване на подземния газов генератор, неговото дрениране и газификация на въглищния пласт, при което съотношението между налягането в подземния газов генератор и налягането на колоната на подземните води се поддържа равно на 0,75-1,0 от регулиране на степента на отваряне на вентила на изходните кладенци за газ и нивото на водата в обезводнителните кладенци.
Недостатъкът на известния метод е, че продуктите от газификация на въглища съдържат нисък процент водород, за окисляване на въглища се използва кислород от въздуха, с който се подава огромно количество азот към подземния газов генератор, за което се изразходва допълнителна енергия, и се образуват азотни оксиди NOx в подземния газов генератор, влошавайки околната среда, отстраняване и отделяне на изходящите газове.
Целта на това изобретение е да се увеличи добивът на водород и да се намалят отрицателните въздействия върху околната среда по време на газификацията на въглеводороди, по-специално по време на подземната газификация на въглища.
Техническият резултат, получен при прилагането на изобретението, се състои в значително увеличаване на процента на водород и намаляване на вредните азотни съединения в продуктите от газификация на въглища, повишаване на температурата в зоната на горене по време на взаимодействието на алуминий с вода, което допринася за увеличаване на пълнотата на обработка на изходния материал за газификация.
Решението на проблема и техническият резултат в първото изпълнение на изобретението се постигат чрез факта, че в метода за газификация на въглища за производство на водород и синтезен газ, базиран на отваряне на въглищния пласт чрез сондажи и образуване на подземен газов генератор, запалване на подземния газов генератор, газификация на въглищния пласт, контрол на основните технологични ихидроложки параметри, тяхното регулиране, отстраняване на изходящите газове от подземния газогенератор, приготвена суспензия от прахообразен алуминий във водна среда с рН>10 при съотношение Al:H2O = 1:4-5 т.ч.00 тегл.ч.
Решението на проблема и техническият резултат във втория вариант на изобретението се постигат чрез факта, че в метода за газификация на въглища за производство на водород и синтезен газ, базиран на отваряне на въглищния пласт чрез сондажи и образуване на подземен газов генератор, запалване на подземния газов генератор, газификация на въглищния пласт, контрол на основните технологични и хидроложки параметри, тяхното регулиране, отстраняване на изходящите газове от подземния газов генератор, подземния газов генератор се подава в зоната на горене и приготвената суспензия от прахообразен алуминий във водна среда при съотношение Al:H2O=1:4-5 тегл.ч. с вода в съотношение 1:50-100 тегл.ч. под налягане P, което осигурява условията за свръхкритично състояние на водата в зоната на горене, като се вземе предвид дълбочината H на подземния газов генератор P≥23-10 -5 γ N,
където P - налягане при H=0 m, MPa,
γ - специфично тегло на суспензията, kg / m 3,
H е дълбочината на подземния газов генератор, m.
В този случай се използва прахообразен алуминий, покрит с водоразтворим полимерен филм.
В основата на предложените методи за газификация на въглища за производство на водород и синтезен газ е организацията в подземен газов генератор на процеса на окисляване на въглища с кислород, който се генерира в зоната на горене на въглищен пласт по време на термично разлагане на водни пари и екзотермична реакция на взаимодействиеалуминий с вода (2Al+3Н2О=Al2О3+3Н2+↑Q). В този случай се образуват водород, въглероден оксид и се синтезира метан във водородна среда.
На чертежа е показана принципна диаграма на подземен газов генератор за прилагане на предложените методи за газификация на въглища за производство на водород и синтез газ.
Подземен газов генератор се образува по време на отварянето на въглищния пласт 1 от сондажи 2, 3, 4, той съдържа системи за контрол и регулиране на основните технологични и хидрологични параметри 5, устройство 6 за пръскане на суспензията във водата на въглищния пласт и запалване на зоната на горене 7.
В зависимост от специфичните условия на възникване на въглищния пласт, неговата дебелина, пепелното съдържание на въглищния материал, хидроложката ситуация и основните задачи на подземната газификация на въглищния материал, един от предложените методи, които се изпълняват по следния начин, може да бъде оптимален.
В първия вариант приготвената суспензия от алуминий на прах във водна среда с pH>10 при съотношение Al:H2O = 1:4-5 тегл.ч. се подава през кладенец 3 в зоната на горене 7 на подземния газов генератор и с помощта на устройство 6 суспензията се впръсква във водата на въглищния пласт, нивото на подпочвените води в специалния водонамаляващ кладенец 4 се регулира, като се поддържа съотношението на подаваната суспензия към водата 1: 50-100 wt.h. в съответствие с избора на изходящи газове от подземния газов генератор и техния състав.
Във втория вариант в зоната на горене 7 на подземния газогенератор през кладенец 3 се подава приготвена суспензия от прахообразен алуминий, покрит с водоразтворим полимерен филм във водна среда в съотношение Al:H2O=1:4-5 wt.h. с вода в съотношение 1:50-100 тегл.ч. под налягане P в захранващия кладенец, което осигурява условията за свръхкритично състояние на водата в зоната на горене, като се вземе предвид дълбочината H на подземниягазов генератор Р≥23-10 -5 γ·N,
където P - налягане при H=0 m, MPa;
γ - специфично тегло на доставената суспензия, kg / m 3 и
H е дълбочината на подземния газов генератор, m.
Както в първия, така и във втория вариант, в резултат на реакцията на взаимодействие на алуминий с вода се отделя водород и значително количество топлина (калоричността на алуминиевото гориво е 3900 kcal/kg). Температурата в зоната на горене се повишава до 1600 K, въглищният материал се запалва с по-нататъшно повишаване на температурата и разлагането на водните пари на водород и кислород, които участват в окисляването на въглищния материал. При условия на повишена температура и недостиг на кислород въглеродът изгаря главно с образуването на CO, а в зоната на горене се образува водородна среда, която насърчава синтеза на метан. По този начин продуктите от газификацията на въглищен материал по предложените методи са H2, CO, CH4 и екологично неутрален Al2O3, който лесно се отделя и може да се продава като независим търговски продукт.
Заявеното изобретение се основава на резултатите от лабораторни изследвания на активирането на процесите на окисление на интерметали, по-специално алуминий, във водни среди в нормални и суперкритични състояния, проведени в рамките на грант RFBR 06-0868/01.
1. Метод за газификация на въглища за производство на водород и синтезен газ, който се състои в отваряне на въглищен пласт със сондажи и образуване на подземен газов генератор, запалване на подземен газов генератор, дегазиране на въглищен пласт, наблюдение на основните технологични и хидроложки параметри, регулирането им, отстраняване на изходящите газове от подземен газов генератор, характеризиращ се с това, че приготвената суспензия от прах се подава в горивната зона на подземния крак на газов генератор алуминиев ввъв водна среда с pH> 10 при съотношение Al:H2O = 1: 4-5 тегл.ч., напръскайте го във водата на въглищния пласт, регулирайте нивото на подпочвените води и подаването на вода в зоната на пръскане на суспензията при съотношение на подадената суспензия към вода 1:50-100 тегл.ч.
2. Метод за газификация на въглища за производство на водород и синтезен газ, който се състои в отваряне на въглищен пласт със сондажи и образуване на подземен газов генератор, запалване на подземния газ на генератора, обгазяване на въглищния пласт, контролиране на основните технологични и хидроложки параметри, регулирането им, отстраняване на изходящите газове от подземния газов генератор, характеризиращ се с това, че приготвената суспензия от прах се подава в зоната на горене на подземен газогенератор алуминий във водна среда при съотношение Al:H2O=1:4-5 тегл.ч. с вода в съотношение 1:50-100 тегл.ч. под налягане P, което осигурява условията за свръхкритично състояние на водата в зоната на горене, като се вземе предвид дълбочината H на подземния газов генератор, P≥23-10 -5 γ N, където P е налягането при H=0 m, MPa; γ е специфичното тегло на суспензията, kg/m; H е дълбочината на подземния газов генератор, m.
3. Метод съгласно претенция 2, характеризиращ се с това, че се използва алуминиев прах, покрит с водоразтворим полимерен филм.