DE3146681A1 - Verfahren zur ausbeutung von kohlevorkommen mittels unterirdischer kohlevergasung - Google Patents
Verfahren zur ausbeutung von kohlevorkommen mittels unterirdischer kohlevergasungInfo
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Description
Verfahren zur Ausbeutung von Kohlevorkommen mittels unterirdischer Kohlevergasung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ausbeutung von Kohlevorkommen mittels unterirdischer Kohlevergasung.
Bei den modernen Kohlevergasungsverfahren wird ein an Wasserstoff
reiches Gas im allgemeinen durch Einsatz eines Ver-. gasungsmittels erzielt, das aus einer Mischung von Sauerstoff
und Wasserdampf besteht.
Bei der Ausbeutung von Lagerstätten großer Tiefe durch unterirdische
Kohlevergasung bedeutet die Verwendung dieser Mischung verschiedene Nachteile, die im einzelnen in der
DE-OS 31 4o o28 dargelegt sind und die. sich wie folgt zusammenfassen
lassen:
- Es besteht die Notwendigkeit, das.Gasgemisch bei einer
relativ hohen Temperatur (von etwa 25o° C) einzuleiten. ■ Dies erhöht die Kosten für die Einleitungsbohrungen und
macht den Einsatz eines Vergasungsverfahrens, bei dem das
Vergasungsmittel durch in konventioneller Bergbautechnik vorangetriebenen Stollen zugeführt wird, praktisch unmöglich.
- Der gesamte energetische Wirkungsgrad wird reduziert, weil
sich das Vergasungsmittel nicht durch Berührung mit dem Gebirge und den Felsen, die die Vergasungsquelle umgeben,
vorheizen kann. Stattdessen besteht die Gefahr, daß das Vergasungsmittel einen Teil seiner fühlbaren Wärme abgibt.
Eine weitere Schwierigkeit, der man bei der Entwicklung von allen Verfahren zur unterirdischen Kohlevergasung begegnet,
resultiert daher, daß die Kohle während des Ablaufs der Vergasung in Form eines kompakten Flözes vorliegt und daß deshalb
die Kontaktflächen zwischen dem Gas und dem Feststoff stets eine Größenordnung kleiner sind als für den Fall, daß
die Kohlevergasung an geförderter Kohle durchgeführt wird, da diese körnig vorliegt.
-3-
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten
Verfahren zu vermeiden und ein Verfahren zur Kohlevergasung
mit ausreichend raschem Abbau zu schaffen, bei dem das
produzierte Gas einen hohen Gehalt an Wasserstoff aufweist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Es werden also gleichzeitig zwei Typen von Vergasungsmitteln eingesetzt: ein gasförmiges Vergasungsmittel, das Sauerstoff
enthält und bei Umgebungstemperatur von hinten der Vergasungsfront zugeführt wird und ein flüssiges Vergasungsmittel, das
Wasser enthält, dem ggf. lösliche oder flüssige Zusätze beigegeben
sind, und das mit hohem Druck von vorn der Vergasungsfront zugeleitet wird und das durch Infiltration durch die
Kohle in die Reaktionszone gelangt.
Das flüssige Vergasungsmittel kann bei Umgebungstemperatur oder einer recht hohen Temperatur zugeleitet werden, die
Temperatur bleibt jedoch stets unter der bei dem Einleitungsdruck vorliegenden Verdampfungstemperatur für Wasser liegenden
Wert.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden unter Bezugnahme
auf die Zeichnung beschrieben, die ein Schnittbild durch die Kontaktoberfläche zwischen einem Steinkohlenflöz und dem
sie umgebenden Gebirge dargestellt.
Die Einleitungsbohrung für das gasförmige Vergasungsmittel schneidet das Flöz im Punkt 1, der hinter der zwischen den
Punkten 2 und 3 befindlichen Vergasungsfront gelegen ist. Die Einleitungsbohrung für das flüssige Vergasungsmittel
schneidet das Flöz im Punkt 4, der sich vor d©r Vergasungsfront befindet.
Diese Einleitungsbohrung kann später wieder als Einleitungsbohrung für das gasförmige Vergasungsmittel benutzt werden,
wenn die Front der Vergasung ausreichend weitergewaradert ist»
Das gasförmige Vergasungsmittel und die durch die Vergasung
produzierten Gase strömen zwischen der massiven Kohle. 5 und einem Bruchfeld 6 aus« das durch den Einsturz des überhängenden
Gebirges gebildet wird.
Das im Punkt 4 injizierte flüssige Vergasungsmittel strömt durch die noch feste Kohle zur Vergasungsfront 2-3, dorthin
sickert es durch die Ebenen der Flözschichten und durch die Mikrorisse und Spalten, die in der Kohle vorhanden sind, durch.
Der Fluß der zugeführten Wassermenge wird willkürlich geregelt, • indem der Einleitungsdruck verändert wird. Dieser soll stets
oberhalb von 6o % des der Tiefe der Lagerstätte entsprechenden Gebirgsdrucks betragen und kann, ohne Nachteile, loo % bis
12o % dieses Gebirgsdrucks betragen. Für eine in eintausend Meter Tiefe liegende Lagerstätte entspricht dies einem Einleitungsdruck
von etwa 15o bis 3oo bar.
Die Flüssigkeit kann bei Umgebungstemperatur eingeleitet werden, sie kann jedoch auch bis auf eine Temperatur von etwa 3oo
bis 35o° C vorgeheizt werden. Dies sichert einen gewissen Grad von Vorheizung der massiven Kohle und erleichtert die
Verdampfung des Wassers, da es von einem Punkt vor der Vergasungefront
herkommt.
Das aus den Vergasungsreaktionen stammende Gas strömt unter Benutzung bekannter Techniken durch einen Kanal 7 ab, der in
der Dicke des Flözes ausgeführt ist und den Endbereich der Vergasungsfront mit einer Bohrung 8 verbindet, durch die die
Vergasungsprodukte nach oben strömen.
Das im Punkt 1 zugeführte, gasförmige Vergasungsmittel muß
einen gewissen Anteil an Sauerstoff aufweisen. Dieser ist notwendig, um an der Vergasungsfront eine ausreichende
Temperatur, aufgrund der exothermen Reaktionen, aufrecht zu erhalten:
O2 + C = CO2
-5-
-5~ .: -*\ .: 3U66-81
O2 + 2 C = 2 CO.
In der praktischen Anwendung kann das gasförmige Vergasungsmittel
Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft, Sauerstoff oder eine Mischung von Sauerstoff und CO2 sein, um von den
in der DE-OS 31 4o o28 beschriebenen Vorteilen Gebrauch machen zu können.
Das flüssige Vergasungsmittel kann Wasser, ein mit Zusatzprodukten
wie beispielsweise Ammoniak versetztes Wasser, was die Zerstückelung der Kohle fördert, oder wiederum Wasser
sein, das mit den Abfallprodukten versetzt ist, die man ohnehin beseitigen muß, beispielsweise phenolhaltiges oder
teerhaltiges Wasser, wie es für das Waschen des produzierten Gases eingesetzt wird.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind vielfältig!
- Das Verfahren ermöglicht eine sehr beträchtliche Erniedrigung des Durchmessers der Sinleitungsbohrung für das gasförmige
Vergasungsmittel. Um beispielsweise dieselbe Menge an vergaster Kohle zu erhalten, kann das injizierte Volumen
im Verhältnis 6 zu 1 reduziert werden, wenn man Sauerstoff bei Umgebungstemperatur einleitet, anstelle und anstatt
von 3oo° C bei Dampf und Sauerstoff mit einem Molverhältnis von 2 zu 1.
Eine zusätzliche Reduzierung der Koaten für di© sinleitungsbohrung
wird dadurch erreicht, daß ein kaltes Gas injiziert werden kann. Dadurch kann auf die Anordnung einer wärmegedämmten
Innenverrohrung, die die thermischen Verluste verringern soll und die die Zementierung (das Bohrloch) vor»
verkleideten Rohren schützen soll, versiebtet werden.
- Es ermöglicht, ohne Heizkessel und die hierfür notwendiger·
Brennstoffe auszukosBia©n, wodurch eine beträchtlich verbesserte
Wirtschaftlichkeit hinsichtlich der Investitionen
—ο—
und in den Betriebskosten für die an der Oberfläche befindlichen
Installationen, die der Weiterverarbeitung der Vergasungsprodukte dienen, erzielt wird*
Zusätzlich kann die Wirtschaftlichkeit dadurch verbessert werden, daß die Vorrichtungen für die Behandlung des benutzten
Wassers entfallen kann, wenn dieses in die unterirdischen Vergasungsstätten eingeleitet wird.
Je mehr der Druck des ausströmenden Gases auf einem ausreichenden Druckwert gehalten wird, desto mehr ermöglicht
das erfindungsgemäße Verfahren, daß sich die unterirdische
Vergasung" wie ein .thermischer Motor hoher Leistung verhält. Tatsächlich erkennt man aus einer ersten Näherungsrechnung,
daß die Reaktionen zwischen der massiven, festen Kohle und den Vergasungsmitteln nach folgender Gleichung ablaufen:
0„ + 2H-O-,.. _. + 2C- C0_ + HOO_ _- + CO + H0
2 2 flussig 2 2 Dampf 2
Hieraus folgt, daß für ein Mol Sauerstoff, das man für den Eintritt zur Vergasung komprimieren muß, man am Ausgang
vier Mole an Gas und an Dampf unter erhöhtem Druck erhält.
Das Verfahren ermöglicht weiterhin eine Verbesserung des
Wirkungsgrades der Vergasung, da die Kontaktflache zwischen
dem Gas und dem Feststoff vergrößert werden. Es ist bekannt, daß durch Anwendung von Infusionstechniken von Wasser in ■
Flöze eine Zerstückelung der Kohle möglich ist. Dadurch wird die Widerstandskraft der Kohle gegen Gebirgsdruck erniedrigt
und es werden das Zermahlen und Zerbröckeln des Flözes begünstigt.
Dieser Effekt kann dadurch wiederum verbessert werden, daß Wasser injiziert wird, dem gewisse chemische Zusätze, wie
beispielsweise Ammoniak, zugefügt sind, diese Zusätze begünstigen
die Zerstückelung der Kohle.
—7—
3Η668 1
Da die Vergasungsmittel nicht bei einer erhöhten Temperatur injiziert werden müssen, eignet sich das erfindungsgemäße
Verfahren unterschiedslos für ein Einleiten der Vergasungsmittel ausgehend von der Oberfläche oder von unten nach
oben ausgehend von unterirdischen Stollen, die nach bekannten Techniken des Bergbaus vorangetrieben wurden, wie
es im einzelnen in der DE-OS 31 4o o27 erläutert ist.
L e θ r s e i t e
Claims (4)
1. Verfahren zur Ausbeutung von Kohlevorkommen mittels unterirdischer
Kohlevergasung, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig ein gasförmiges Vergasungsmittel, das Sauerstoff
enthält und rückwärtig der Vergasungsfront injiziert wird und ein flüssiges, Wasser enthaltendes Vergasungsmittel
bei hohem Druck von vorn der Vergasungsfront zugeführt wird.
2« Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das gasförmige Vergasungsmittel Luft, mit Sauerstoff angereicherte
Luft, Sauerstoff oder eine Mischung von Sauerstoff und Kohlendioxid ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Vergasungsmittel Wasser, Wasser mit Zusatz
von Ammoniak oder das Abwasser von den Waschanlagen für das produzierte Gas ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das flüssige Vergasungsmittel bei einem Druck zwischen 6o % bis 12o % des Gebirgsdrucks (lithostatischer
Druck), der der Äbbautiefe entspricht, injizier-' wird.
5„ Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das flüssige Vergasungsmittel vor dem Einleiten vorgeheist wird auf eine unterhalb der bei dem
verwendeten ajektionsdruck vorliegenden Verdampfuagstemperatur
von Wasser«,
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