DE3146681C2 - Verfahren zur Untertagevergasung von Kohle - Google Patents
Verfahren zur Untertagevergasung von KohleInfo
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Abstract
Bei diesem Verfahren werden zugleich ein gasförmiges Vergasungsmittel, das Sauerstoff enthält und bei Umgebungstemperatur der Vergasungsfront von hinten zugeführt wird, und ein flüssiges Vergasungsmittel benutzt, das Wasser enthält und bei hohem Druck von vorn der Vergasungsfront zugeführt wird.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Untertagevergasung von Kohle, bei dem ein sauerstoffhaltiges,
exothermes gasförmiges Vergasungsmittel hinter der Vergasungsfront in die Lagerstätte eingepreßt und
Wasser zur Erhöhung des Energieinhaltes im erzeugten Gas zugeführt wird.
Ein derartiges Verfahren ist aus der US-PS 29 94 375 bekannt Bei diesem Verfahren erfolgt die Zufuhr des
Wassers gleichzeitig und zusammen mit dem gasförmigen Vergasungsmittel, das auf diese Weise als Transportgas
für das Wasser dient.
Bei einer derartigen Wasserzufuhr zur Vergasungsfront muß eine gleichmäßige Verteilung des Wassers im
gasförmigen Vergasungsmittel gewährleistet sein, wenn dieses die Vergasungsfront erreicht Anderenfalls würden
sich Bereiche der Vergasungsfront ergeben, an denen zuviel Wasser anfällt, wogegen andere Bereiche
keine Wasserzufuhr erhalten. Diese gleichmäßige Verteilung des Wassers im gasförmigen Vergasungsmittel
läßt sich aber mit dem bekannten Verfahren in der Praxis nicht erreichen, weil das Wasser dem Vergasungsmittel
übertage zugeführt wird und untertage über lange Strecken geführt werden muß, bevor es die Vergasungsfront
erreicht. Durch unterschiedliche Temperatur- und Strömungsverhältnisse wird das dem Vergasungsmittel
zugeführte Wasser zumindest teilweise kondensieren und in Form von Tröpfchen ausfallen, so
daß weder die erforderliche Wassermenge die Vergasungsfront erreicht noch die notwendige gleichmäßige
Verteilung des Wassers erzielt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren derart weiterzubilden, daß das Wasser
der Vergasungsfront gleichmäßig verteilt und im gewünschten Verhältnis zugeführt wird.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser während der
Vergasung mit einem Druck zwischen 60% und 120% des Gebirgsdruckes in das zu vergasende Kohleflöz eingepreßt
wird. — Mit diesem erfindungsgemäßen Vorschlag ergibt sich der Vorteil, daß das gasförmige Vergasungsmittel
und das Wasser getrennt der Vergasungsfront zugeführt und erst in der Front zusammengebracht
werden, so daß über die gesamte Vergasungsfront ein gleichmäßiges Wasser-Sauerstoff-Verhältnis
erzeugt wird, welches garantiert, daß das produzierte
Gas einen hohen Gehalt an Wasserstoff aufweist
Die US-PS 29 94 375 beschreibt zwar bei einer Teilverbrennung
von Kohlenwasserstoffen zum Zwecke der Erhöhung ihrer Fließfähigkeit die Zufuhr von Was
ser. Bei diesem bekannten Verfahren erfolgt die Wasserzufuhr jedoch hinter der Vergasungsfront und lediglich
zu dem Zweck, um die aus der Lagerstätte abzuziehenden Kohlenwasserstoffe und die Verbrennungsgase
zu kühlen. Als Produkt sind die in ihrer Fließfähigkeit veränderten Kohlenwasserstoffe anzusehen und nicht
das Verbrennungsgas.
Schließlich beschreibt die US-PS 41 30 164 eine Möglichkeit zur Erhöhung der Permeabilität der anstehenden
Kohle vor dem Beginn der Vergasung durch Einpressen von Ammoniak enthaltendem Gas oder Wasser,
wobei der Überschuß dieses Gases oder Wassers vor dem Beginn der Vergasung wieder abgezogen wird.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann dem Wasser Ammoniak oder das phenolhaltige Abwasser
der Produktgas-Wäsche zugeführt werden, um die Permeabilität der Kohle zu erhöhen. Außerdem ist es
bei einer erfindungsgemäßen Weiterbildung möglich, das Wasser auf eine Temperatur, die unterhalb der Verdampfungstemperatur
des jeweiligen Injektionsdruckes liegt vorgeheizt einzuleiten.
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
darstellt
Die Einleitungsbohrung 1 für das gasförmige Vergasungsmittel schneidet das Flöz hinter der zwischen den
Punkten 2 und 3 befindlichen Vergasungsfiont, wogegen
sich die Einleitungsbohrung 4 für das flüssige Vergasungsmittel vor der Vergasungsfront befindet Diese
Einleitungsbohrung 4 kann später wieder als Einleitungsbohrung für das gasförmige Vergasungsmittel benutzt
werden, wenn die Vergasungsfront ausreichend weitergewandert 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 durch die Einleitungsbohrung 4 injizierte flüssige Vergasungsmittel strömt durch die noch leste Kohle 5
zur Vergasungsfront wobei es durch die Ebenen der Flözschichten und durch die Mikrorisse und Spalten sikkert,
die in der Kohle 5 vorhanden sind.
Der Fluß der zugeführten Wassermenge wird dadurch geregelt daß der Einleitungsdruck verändert
wird. Dieser soll stets oberhalb von 60% des der Tiefe der Lagerstätte entsprechenden Gebirgsdruckes betragen
und kann ohne Nachteile 100% bis 120% dieses Gebirgsdruckes betragen. Für eine in eintausend Meter
Tiefe liegende Lagerstätte entspricht dies einem Einleitungsdruck von etwa 150 bis 300 bar.
Die Flüssigkeit kann bei Umgebungstemperatur eingeleitet werden, sie kann jedoch auch bis auf eine Temperatur von etwa 300 bis 350° 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 Vergasungsfront herkommt.
Die Flüssigkeit kann bei Umgebungstemperatur eingeleitet werden, sie kann jedoch auch bis auf eine Temperatur von etwa 300 bis 350° 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 Vergasungsfront 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 gasförmige Vergasungsmittel muß einen gewissen Anteil an Sauerstoff aufweisen. Dieser ist notwendig,
um an der Vergasungsfront aufgrund der exothermen Reaktionen eine ausreichende Temperatur aufrechtzuerhalten.
In der praktischen Anwendung kann das gasförmige Vergasungsmittel Luft, mit Sauerstoff angereichei te
Luft, Sauerstoff oder eine Mischung von Sauerstoff und CO2 sein.
Das flüssige Vergasungsmittel kann Wasser, ein mit Zusatzprodukten wie beispielsweise Ammoniak versetztes
Wasser, was die Zerstückelung der Kohle fordert, 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.
Das beschriebene Verfahren ermöglicht eine beträchtliche
Erniedrigung des Durchmessers der Einleitungsbohrung 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 eines Gemisches aus
Dampf und Sauerstoff mit einem Molverhältnis von 2 zu 1 bei einer Temperatur von 300° C.
Eine zusätzliche Reduzierung der Kosten für die Einleitungsbohrung
wird dadurch erreicht, daß ein kaltes Gas injiziert werden kann. Dadurch kann auf die Anordnung
einer wärmegedämmten Innenverrohrung, die die thermischen Verluste verringern soll, verzichtet werden.
Das Verfahren kommt ohne Heizkessel und die hierfür notwendigen Brennstoffe aus, wodurch eine verbesserte
Wirtschaftlichkeit hinsichtlich der Investitionen und der 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 Lagerstätten eingeleitet wird.
je mehr der Druck des ausströmenden Gases auf einem ausreichenden Druckwert gehalten wird, desto
mehr ermöglicht das Verfahren, daß sich die unterirdische Vergasung wie ein thermischer Motor hoher Leistung
verhält. Eine erste Näherungsrechnung ergibt, daß die Reaktion zwischen der massiven, festen Kohle
und den Vergasungsmitteln nach folgender Gleichung ablaufen:
wird, dem gewisse chemische Zusätze, wie beispielsweise Ammoniak, zugefügt sind, die die Zerstückelung der
Kohle begünstigen.
Da die Vergasungsmittel nicht bei einer erhöhten Temperatur injiziert werden müssen, eignet sich das
Verfahren sowohl für ein Einleiten der "Vergasungsmittel ausgehend von der Oberfläche als auch von unten
nach oben ausgehend von unterirdischen Stollen, die nsch bekannten Techniken des Bergbaus vorangetrieben
wurden.
O2 + 2 H2Onüss,s +2 C = CO2 + H2ODampf+ CO + H2
Hieraus folgt, daß für ein Mol Sauerstoff, das für den Eintritt zur Vergasung komprimiert werden muß, am
Ausgang vier Mole an Gas und an Dampf unter erhöhtem Druck anfallen.
Das Verfahren ermöglicht weiterhin eine Verbesserung des Wirkungsgrades der Vergasung, da die Kontaktflächen
zwischen dem Gas und dem Feststoff vergrößert werden. Es ist bekannt, daß durch Infusion 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 verbessert werden, daß Wasser injiziert
55
60
65 Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Verfahren zur Untertagevergasung von Kohle, bei dem ein sauerstoffhaltiges, exothermes gasförmiges
Vergasungsmittel hinter der Vergasungsfront in die Lagerstätte eingepreßt und Wasser zur Erhöhung
des Energieinhaltes im erzeugten Gas zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
das Wasser während der Vergasung mit einem Druck zwischen 60% und 120% des Gebirgsdruckes
in das zu vergasende Kohleflöz eingepreßt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß dem Wasser Ammoniak oder das phenolhaltige Abwasser der Produktgas-Wäsche zugesetzt
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser auf eine Temperatur,
die unterhalb der Verdampfungstemperatur des jeweiligen Injektionsdruckes liegt, vorgeheizt eingeleitet
wird.
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