DE2609249A1 - Verfahren zur untertagevergasung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Untertagevergasung von Kohlenflözen, insbesondere bei schachtloser Ausgasung.

Das bis jetzt übliche Verfahren zur Untertagevergasung von Kohlenflözen besteht in einer vorläufigen Entwässerung der Vergasungsstelle und in deren nachfolgender Vergasung am Lagerungsort durch Zufuhr eines Oxydationsmittels an die glühende Kohlenoberfläche über ein System von Windbohrlöchern und in anschließender Abführung der Vergasungsprodukte in einem System von Gasabführungsbohrungen (s. beispielsweise das Buch vom Skapha P.W. "Untertagevergasung von Kohle", 1960, S. 210).

Zur Durchführung der Kohlenvergasung nach dem bekannten Verfahren werden zu dem Kohlenflöz vertikale und schrägverlaufende Windbohrlöcher niedergebracht. In dem Kohlenflöz werden Gasabführungsbohrungen verlegt.

Das bekannte Vergasungsverfahren von Kohlenflözen ist darin nachteilig, dass nach diesem keine Stabilität bei verfahrenstechnischer Durchführung der Vergasung mit einer hohen Energieausbeute (mit dem Wirkungsgrad mindestens 0,6) unter Veränderung der Verhältnisse der Kohlenflözeinlagerung wie Flözmächtigkeit, Kohlengüte und Zufluss von Erdwasser an die Vergasungsstelle erreicht werden kann. Der Vergasungsverlauf wird praktisch unbeherrschbar, und zwar dadurch, dass noch keine Vergasungsverhältnisse vorliegen, bei welchen die Intensität des Einblasens des Windreaktionsmittels mit Rücksicht auf die Größe des Erdwasserzuflußes zur Vergasungszone, auf die Mächtigkeit des

Kohlenflözes sowie auf die Kohlengüte eingestellt wird.

So verläuft beispielsweise im Kohlenbecken von Kusnezk bei Vergasung von Kohlenflözen mit einer Mächtigkeit von 2 m der Vergasungsvorgang einmal stabil bei hoher Energieausbeute mit dem Wirkungsgrad 0,6-0,7, was einem Gasheizwert von 1000-1100 kcal, im anderen Fall bleibt der Gasheizwert unter 760-450 kcal und der Vergasungswirkungsgrad erreicht nur 0,5, während der Vergasungsvorgang in einigen Fällen vollkommen auseinander läuft (s. nachstehende Tabelle).

Der niedrige Wirkungsgrad ist dabei hauptsächlich dadurch verursacht, dass die Vergasungsführung bei einer Einblasungsintensität des Windreaktionsmittels, hier des Oxydationsmittels in die Vergasungszone ohne Rücksicht auf die Erdwasserzuflußgröße und die Kohlenflözmächtigkeit zustandegekommen ist.

Einmal betrug der Erdwasserzufluß in die Vergasungszone 2 m[hoch]3/h durchschnittlich, im zweiten Falle 4 m[hoch]3/h, während die Intensität der Vergasungsführung (Vergasungsgeschwindigkeit) die gleiche war und etwa 2 T/h erreichte. Der Hauptgrund des geringen Vergasungswirkungsgrades bestand im zweiten Falle in der ungenügenden Vergasungsgeschwindigkeit. Wie aus derselben Tabelle zu ersehen ist, nimmt der Heizwert des Gases bei Vergrößerung der Vergasungsintensität bis auf 4 T/h zu und erreicht bei dem Erdwasserzufluss von 4 m[hoch]3/h 1100 kcal/m[hoch]3.

Tabelle I

Es ist Ziel der vorliegenden Erfindung, die genannten Nachteile zu vermeiden, d. h. Gas mit einem größtmöglichen Heizwert zu erzeugen und eine Steuerung des Vergasungsvorganges zu ermöglichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Beziehung der Hauptkennwerte im verfahrenstechnischen Verlauf bei der Untertagevergasung der Kohlenflöze zu ermitteln, das von sich selbst ohne Umstellung der bestehenden Einrichtung das Erhalten eines größtmöglichen Heizwertes des erzeugten Brenngases ermöglicht.

Zur Lösung der Aufgabe und zur Erreichung des genannten Ziels wird bei einem Verfahren zur Untertagevergasung von Kohlenflözen, das in einer vorläufigen Entwässerung und Ausgasung des Kohlenflözes durch Zufuhr eines Windreaktionsmittels an die glühende Kohlenoberfläche in einem System von Windbohrlöchern und in der Abführung der Vergasungsprodukte über ein System der Gasabführungsbohrungen besteht erfindungsgemäß die Geschwindigkeit der Ausgasung des Kohlenflözes mit Rücksicht auf die Naturverhältnisse wie Flözmächtigkeit (m), Kohlensorte und Erdwasserzufluß (W) in die Vergasungszone eingestellt und der Vergasungsvorgang nach der Beziehung geführt in welcher W die in die Vergasungszone zufließende Erdwassermenge in m[hoch]3/h, J je Zeiteinheit ausgegaste Kohlenmenge in T/h (Vergasungsvorgangsintensität), Q[hoch]g[tief]u Gasheizwert in kcal/m[hoch]3, V[hoch]g Gasausbeute bezogen auf 1 kg Kohle, Q[hoch]k[tief]u unteren Kohlenheizwert in kcal/m[hoch]3 und m Kohlenflözmächtigkeit in m bedeuten.

Diese technische Lösung gibt die Möglichkeit, ohne wertvolle Zusatzaufwendungen für die Apparatur durch neue verfahrenstechnische Maßnahmen den Heizwert des erzeugten Brenngases nach der Untertagevergasung von Kohlenflözen durch eine optimale Vergasungssteuerung gemäß der genannten empirischen Beziehung zu steigern, welche unter verschiedenen berggeologischen Verhältnissen auf bestem Wege die Vergasungsführung ermöglicht.

Einer Variante der Erfindung gemäß kennzeichnet sich das Verfahren zur Untertagevergasung von Kohlenflözen dadurch, dass die vorläufige Entwässerung bis zur Herabsetzung des bezogenen Erdwasserzuflusses zumindest

auf 3,0 m[hoch]3/h durchgeführt und hiernach die erfindungsgemäße Geschwindigkeit der Ausgasung des Kohlenflözes eingestellt wird.

Diese Variante der Verfahrensdurchführung stellt eine Anforderung an die Höhe der durchzuführenden Entwässerung, bei deren Erfüllung die Steuerung des Verlaufs der Untertagevergasung nach der obenerwähnten Beziehung in der Wirklichkeit, praktisch möglich und bequem beherrschbar wird.

Nachstehend wird das erfindungsgemäße Verfahren der Untertagevergasung des Kohlenflözes anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und durch beiliegende Zeichnungen ausführlich erläutert:

Es zeigt:

Fig. 1 Untertagevergasung von Kohlenflözen in schematischer Darstellung;

Fig. 2 Schnitt II-II desselben Untertagevergasungsschemas;

Fig. 3 Kennlinienfeld des Zusammenhanges W/J und m.

In den genannten Zeichnungen bedeuten

1-vertikales Windbohrloch, auch Entzündungsloch genannt,

2-schrägverlaufendes Windbohrloch,

3-gasabführende Bohrung,

4-Kohlenflöz,

5-umgebendes Gestein,

6-ausgegaster Raum,

7-Wasserbohrungen zum Herauspumpen des Erdwassers aus dem ausgegasten Raum,

8-Entwässerungsbohrungen zur vorläufigen Entwässerung des Kohlenflözes.

Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich sind zur Untertagevergasung eines Kohleflözes 4 senkrechte 1 und schrägverlaufende Windbohrlöcher 2 gebohrt. In dem Kohlenflöz 4 werden gasabführende Bohrungen 3 ausgeführt. Die Wasserentfernung erfolgt bis zum Beginn der Gasifikation aus Entwässerungsbohrungen 8 und während der Gasifikation aus dem ausgegasten Brennraum 6 in den Entwässerungsbohrungen 7.

Um eine Steuerung des Vorganges der Untertagevergasung zu ermöglichen, wird erfindungsgemäß beispielsweise die Stellung der Schieber in den Windbohrlöchern derart verändert, dass dadurch die erforderliche Ausgasungsgeschwindigkeit erreicht wird. Diese Geschwindigkeit der Ausgasung wird der vorliegenden Erfindung zufolge von der Beziehung ausgehend eingestellt in welcher J die Geschwindigkeit der Ausgasung der Kohle in T/h, W Erdwasserzufluß an die Vergasungsstelle in m[hoch]3/h, Q[hoch]g[tief]u der Heizwert des Gases in kcal/m[hoch]3, Q[hoch]k[tief]u den Kohlenheizwert in kcal/m[hoch]3, m die Mächtigkeit des Kohlenflözes in m und V[hoch]g bezogenen Durchflußes des Gases in m[hoch]3/kg bedeuten.

Bei einem Erdwasserzufluß, welcher den zulässigen Wert von 3 m[hoch]3/h übertrifft, ist es äußerst schwer, die mit der genannten Beziehung errechnete Geschwindigkeit der Kohlenausgasung aufrechtzuerhalten.

Die in Fig. 3 dargestellte Abhängigkeit stellt eine Verallgemeinerung aufgrund vieljähriger Erfahrungen in der Untertagevergasung von Steinkohlenflözen unter verschiedenen geologisch-hydrogeologischen Verhältnissen bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten der Ausgasung dar.

Aus der angegebenen Beziehung können die optimalen Kennwerte (J) der Vorgangsführung der Untertagevergasung in Abhängigkeit von der Erdwasserzuflussgröße (W) in die Vergasungszone, von der Mächtigkeit des Kohlenflözes (m) und der Kohlensorte ermittelt werden.

Eine Verminderung des Erdwasserzuflusses (W) zu dem Untertagegaserzeuger ergibt sich bei einer vorläufigen Entwässerung zumindest

bis auf 3 m[hoch]3/kg aus der Notwendigkeit, die zulässigen Bewässerungsverhältnisse zu erhalten, bei welchen die Flammenarbeiten in dem Untertagegaserzeuger zur Errichtung und Ausarbeitung der ursprünglichen Vergasungskanäle bis auf Größen noch durchgeführt werden können, die im folgenden die Führung des Vergasungsvorganges mit großen Geschwindigkeiten unter Erzeugung eines hochwertigen Gases mit den erforderlichen Energiekennwerten ermöglichen.

Bei einem größeren bezogenen Erdwasserzufluß zu dem Untertagegaserzeuger sind die Errichtung und Ausarbeitung der ursprünglichen Vergasungskanäle mit Schwierigkeiten verbunden und werden des öfteren dadurch unmöglich, dass dabei die Brennquelle ersäuft.

Als Beispiel einer Verwirklichung der

Beziehung dient die Erfahrung bei der Führung des Vergasungsvorganges in einer der Stationen von PODSELIGAS (UNTERTAGEGAS) während der Vergasung von Kohlenflözen mit der Mächtigkeit von 8 und 2 2m.

Nach einer vorläufigen Entwässerung der Untertagegaserzeuger ist der Erdwasserzufluss in den ursprünglichen Vergasungskanal auf etwa 5 m[hoch]3/h reduziert worden. Unter Anwendung der Beziehung (I) sind auch die optimalsten Vergasungswerte (Vergasungsgeschwindigkeitswerte) beim Einblasen des Windreaktionsmittels in die Vergasungszone des Kohlenflözes mit der Mächtigkeit 8 m und 2 m ermittelt worden.

Für das Kohlenflöz mit der Mächtigkeit 8 m muss die Vergasungsgeschwindigkeit bei einem Vergasungswirkungsgrad 0,6 1, 85 T/h erreichen, während diese für das Kohlenflöz mit der Mächtigkeit 2 m auf 3 T/h zunehmen muss. In beiden Fällen wird in den Untertagegaserzeugern ein Gasheizwert von 1000 kcal/m[hoch]3 erhalten.

Bei der Weiterentwicklung der Flammenarbeitsfront und Zunahme des Gaserzeugerraumes bis auf 100 m in dem Flözstreifen ist der Erdwasserzufluss in den Untertagegaserzeuger auf 20 m[hoch]3/h angewachsen. In diesem Fall muss die Vergasungsgeschwindigkeit der angegebenen Beziehung gemäß für das Kohlenflöz mit 8 m Mächtigkeit 7,4 T/h und für das Kohlenflöz mit 2m Mächtigkeit 12,3 T/h erreichen.

Bei der Durchführung des Vergasungsvorganges mit den genannten Betriebswerten wurde eine stabile Verfahrensführung bei hoher Energieausbeute mit einem Vergasungswirkungsgrad von 0,62 erzielt, durch welche der Heizwert des Gases 1000 kcal/m[hoch]3 erreicht. Auf diese Weise gibt das erfindungsgemäße Verfahren zur Vergasungsführung die Möglichkeit, den Heizwert des Gases zu erhöhen und den Vergasungsvorgang mit einer hohen Energieausbeute ohne zusätzliche Aufwendungen für Einrichtungen und Sondertechnologie zu führen.

Um das Zustandekommen des erfindungsgemäßen Verfahrens der Untertagevergasung des Kohlenflözes zu bestätigen, beispielsweise festzustellen, ob der Untertagevergasungsvorgang mit den vorgeschriebenen Kennwerten verläuft, reicht es aus, dass die Güte der Kohlensorte (Q[hoch]k[tief]u), Mächtigkeit des Kohlenflözes (m), die in die Vergasungszone zufließende Erdwassermenge (W), Güte des erzeugten Gases (Q[hoch]g[tief]u) und dessen bezogene Ausbeute (V[hoch]g) ermittelt werden. Hiernach wird die Windmenge errechnet, die in den Untertagegaserzeuger eingeblasen werden muss und mit der eingestellten Geschwindigkeit der Kohlenausgasung (J) übereinstimmt. Zuletzt wird nach der Zusammenstellung der obengenannten Werte in der angegebenen Beziehung das Zustandekommen des vorgeschriebenen Betriebsverlaufs nachgeprüft.

Claims (2)

1. Verfahren zur Untertagevergasung eines Kohlenflözes, bei dem eine vorläufige Entwässerung und Ausgasung des Kohlenflözes durch Zufuhr eines Windreaktionsmittels an die glühende Kohlenoberfläche über ein System von Windbohrlöchern und eine Abführung der Vergasungsprodukte durch ein System von Gasabführungsbohrungen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit der Ausgasung des Kohlenflözes (4) in Abhängigkeit von den Naturverhältnissen wie Mächtigkeit des Kohlenflözes (m), Kohlensorte und Erdwasserzufluß (W) in die Vergasungszone eingestellt und der Vergasungsvorgang von der Beziehung ausgehend geführt wird.

in welcher W in die Vergasungszone zufließende Erdwassermenge in m[hoch]3/h,J die Menge der ausgegasten Kohle je Zeiteinheit in T/h (die Intensität der Vergasung), Q[hoch]g[tief]u Gasheizwert in kcal/m[hoch]3, V[hoch]g Gasausbeute je 1 kg Kohle, Q[hoch]k[tief]u unteren Heizwert der Kohle in kcal/m[hoch]3 und m Mächtigkeit des Kohlenflözes in m bedeuten.

2. Verfahren zur Untertagevergasung eines Kohlenflözes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorherige Entwässerung bis zur Herabsetzung des bezogenen Erdwasserzuflusses zumindest

auf 3,0 m[hoch]3/h durchgeführt und hiernach die Geschwindigkeit der Ausgasung des Kohlenflözes (4) eingestellt wird.