RU2392432C1

RU2392432C1 - Complex development method of coal field

Info

Publication number: RU2392432C1
Application number: RU2009106360/03A
Authority: RU
Inventors: Борис Алексеевич Анферов (RU); Борис Алексеевич Анферов; Людмила Васильевна Кузнецова (RU); Людмила Васильевна Кузнецова
Original assignee: Учреждение Российской академии наук Институт угля и углехимии Сибирского отделения РАН (ИУУ СО РАН)
Priority date: 2009-02-24
Filing date: 2009-02-24
Publication date: 2010-06-20

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: invention refers to mining, namely to complex development of coal field during underground coal gasification, and can be used for obtaining underground coal gasification products, heat carrier with specified parametres and for preproduction mining of arsenic. At the well output generator gas is first chilled to a temperature no lower than gaseous arsenic condensation temperature which produces thermal energy for heat supply systems. Then it is washed in water and chilled to a temperature considerably lower than the gaseous arsenic condensation temperature and one regulates condensation of arsenic and compounds thereof which produces a refined gas and a solution of different arsenic compounds. Then the solution of arsenic compounds is subjected to evaporation to produce water vapour and solid arsenic compounds. Then the water vapour is condensed to produce thermal energy for a hot water supply system while the condensate is delivered for gas washing.

EFFECT: invention enables improved efficiency o deposit development and environmental impact reduction.

1 dwg

Description

Предполагаемое изобретение относится к горному делу, в частности к комплексному освоению угольного месторождения при подземной газификации угля, и может быть использовано для получения продуктов подземной газификации угля, теплоносителя с заданными параметрами и в качестве способа попутной добычи мышьяка.The alleged invention relates to mining, in particular to the integrated development of a coal deposit during underground gasification of coal, and can be used to obtain products of underground gasification of coal, a coolant with specified parameters and as a way of associated production of arsenic.

Известен способ комплексного освоения угольного месторождения, включающий деление месторождения на блоки, бурение дегазационных и дренажных скважин, предварительную дегазацию угольных пластов и подземную газификацию угля, с выдачей на поверхность продуктов дегазации пластов и газификации угля [1]. Недостатком этого способа является то, что многие полезные и токсичные компоненты, в частности мышьяк и его соединения [2], в процессе подземной газификации угля переходят в газообразное состояние и в дальнейшем никак не улавливаются и не извлекаются, снижая тем самым эффективность освоения угольного месторождения и загрязняя окружающую среду.A known method of integrated development of a coal field, including dividing the field into blocks, drilling degassing and drainage wells, preliminary degassing of coal seams and underground gasification of coal, with the issuance of surface degassing products of seams and coal gasification [1]. The disadvantage of this method is that many useful and toxic components, in particular arsenic and its compounds [2], in the process of underground gasification of coal go into a gaseous state and are not captured and recovered in the future, thereby reducing the efficiency of developing a coal deposit and polluting the environment.

Наиболее близким аналогом, принятым в качестве прототипа, является способ комплексного освоения угольного месторождения, включающий бурение системы гидравлически связанных скважин, осуществление через них гидродинамического и огневого воздействия на угольный пласт, получение сырого генераторного газа, охлаждение его до температуры ниже температуры конденсации компонентов, входящих в состав сырого газа, и получение вместе с очищенным газом других полезных компонентов [3].The closest analogue adopted as a prototype is a method for integrated development of a coal field, including drilling a system of hydraulically coupled wells, performing hydrodynamic and fire effects through them on a coal seam, producing crude generator gas, cooling it to a temperature below the condensation temperature of the components included in the composition of the raw gas, and obtaining other useful components together with purified gas [3].

Недостатком прототипа является то, что при подземной газификации угля мышьяк, входящий в состав угольных пластов, переходит в газообразное состояние и выходит из скважин с продуктами подземной газификации угля в виде мышьяка и его соединений. Мышьяк и его соединения являются ценными химическими компонентами, входящими в состав продуктов подземной газификации, с одной стороны, и токсичными, с другой. Прототип не позволяет выделить из продуктов подземной газификации угля мышьяк и его соединения как ценные компоненты и очистить эти продукты от мышьяка и его соединений как от токсичного компонента.The disadvantage of the prototype is that during underground gasification of coal, arsenic, which is part of the coal seams, goes into a gaseous state and leaves wells with products of underground coal gasification in the form of arsenic and its compounds. Arsenic and its compounds are valuable chemical components that are part of underground gasification products, on the one hand, and toxic, on the other. The prototype does not allow arsenic and its compounds as valuable components to be isolated from underground coal gasification products and to purify these products from arsenic and its compounds as a toxic component.

Этот недостаток, с одной стороны, снижает эффективность комплексного освоения угольного месторождения, с другой - не позволяет снизить вредное воздействие на окружающую среду.This drawback, on the one hand, reduces the effectiveness of integrated development of a coal field, and on the other hand, it does not reduce the harmful effect on the environment.

Целью изобретения является повышение эффективности комплексного освоения угольного месторождения за счет попутной добычи ценного компонента - мышьяка и его соединений, и снижение вредного воздействия на окружающую среду за счет очистки продуктов подземной газификации угля от токсичного компонента - мышьяка и его соединений.The aim of the invention is to increase the efficiency of integrated development of a coal deposit due to the associated production of a valuable component - arsenic and its compounds, and to reduce the harmful effects on the environment by cleaning the underground coal gasification products from the toxic component - arsenic and its compounds.

Поставленная цель достигается тем, что в способе комплексного освоения угольного месторождения, включающем бурение системы гидравлически связанных скважин, осуществление через них гидродинамического и огневого воздействия на угольный пласт, получение сырого генераторного газа, охлаждение его до температуры ниже температуры конденсации компонентов, входящих в состав сырого газа, и получение вместе с очищенным газом других полезных компонентов, по выходе из скважины генераторный газ охлаждают до температуры не ниже температуры конденсации газообразного мышьяка, при этом получают тепловую энергию для системы теплоснабжения; затем его промывают в воде с охлаждением до температуры значительно ниже температуры конденсации газообразного мышьяка и регулируют конденсацию мышьяка и его соединений, при этом получают очищенный газ и раствор различных соединений мышьяка; далее раствор соединений мышьяка подвергают выпариванию, при этом получают водяной пар и твердые соединения мышьяка; затем водяной пар конденсируют, получая тепловую энергию для системы горячего водоснабжения, а конденсат направляют на промывку газа.This goal is achieved by the fact that in the method of integrated development of a coal field, including drilling a system of hydraulically connected wells, performing hydrodynamic and fire effects through them on a coal seam, producing crude generator gas, cooling it to a temperature below the condensation temperature of the components that make up the raw gas , and obtaining together with the purified gas other useful components, upon exiting the well, the generator gas is cooled to a temperature not lower than the temperature of the cond sation gaseous arsenic to yield thermal energy for the heating system; then it is washed in water with cooling to a temperature well below the condensation temperature of gaseous arsenic and the condensation of arsenic and its compounds is regulated, and purified gas and a solution of various arsenic compounds are obtained; then a solution of arsenic compounds is subjected to evaporation, and water vapor and solid arsenic compounds are obtained; then the water vapor is condensed, receiving thermal energy for the hot water supply system, and the condensate is sent to flush the gas.

Способ поясняется схемой первичной обработки продуктов подземной газификации угля.The method is illustrated by the primary processing scheme of underground coal gasification products.

Способ комплексного освоения угольного месторождения может быть реализован следующим образом. Скважину 1 трубопроводом 2 соединяют с теплообменным аппаратом 3, включенным в систему теплоснабжения посредством трубопроводов 4 (Т2) и 5 (Т1). Далее по ходу продуктов подземной газификации устанавливают горизонтальную цилиндрическую емкость 6, примерно наполовину заполненную водой. Во внутреннем пространстве емкости 6 установлен вертикально глухой щит 7, предотвращающий свободное поступление продуктов подземной газификации в газовое пространство и направляющий их в водное пространство емкости 6. К нижнему краю глухого щита 7 и к торцам горизонтальной емкости 6 приварен погружной дырчатый щит 8.The method of integrated development of a coal field can be implemented as follows. Well 1 by a pipe 2 is connected to a heat exchanger 3 included in the heat supply system through pipelines 4 (T2) and 5 (T1). Further along the products of underground gasification, a horizontal cylindrical tank 6 is installed, approximately half filled with water. A blank shield 7 is installed vertically in the inner space of the tank 6, preventing the free entry of underground gasification products into the gas space and directing them into the water space of the tank 6. A submersible hole shield 8 is welded to the lower edge of the blank shield 7 and to the ends of the horizontal tank 6.

Нижнюю точку емкости 6 посредством трубопровода 9 соединяют с испарителем 10, снабженным сменными нагревательными элементами 11. Паровое пространство осадителя 10 трубопроводом 12 соединяют с конденсатором 13, включенным в систему горячего водоснабжения трубопроводами 14 (Т4) и 15 (Т3). Выходной патрубок конденсатора 13 связан с конденсатным баком 16, который, в свою очередь, трубопроводами 17 и 19 с насосом 18 связан с водным объемом горизонтальной емкости 6.The lower point of the tank 6 through a pipe 9 is connected to an evaporator 10 provided with replaceable heating elements 11. The vapor space of the precipitant 10 by a pipe 12 is connected to a condenser 13 included in the hot water supply system by pipelines 14 (T4) and 15 (T3). The outlet pipe of the condenser 13 is connected to a condensate tank 16, which, in turn, is connected by pipelines 17 and 19 to the pump 18 with the water volume of the horizontal tank 6.

Схема первичной обработки газообразных продуктов подземной газификации угля работает следующим образом. Горячие продукты подземной газификации по трубопроводу 2 поступают в теплообменный аппарат 3, где отдают часть теплоты воде системы теплоснабжения Т1-Т2. С пониженной температурой (не ниже температуры конденсации паров мышьяка) продукты подземной газификации поступают в горизонтальную емкость 6 в пространство между стенкой емкости и глухим щитом 7. Глухим щитом 7 газообразные продукты направляются в водное пространство - под погружной дырчатый щит 8. Дырчатый щит 8, имеющий большое количество отверстий малого диаметра, распределяет объем газообразных продуктов по всей своей площади и пропускает его большим количеством мелких пузырьков к поверхности воды. Проходя слой воды от дырчатого щита 8 до поверхности воды, газообразные продукты охлаждаются до температуры значительно ниже температуры конденсации паров мышьяка. Газообразный мышьяк и его соединения, содержащиеся в продуктах подземной газификации угля, конденсируются и растворяются в воде.The scheme of the primary processing of gaseous products of underground coal gasification works as follows. Hot products of underground gasification through pipeline 2 enter the heat exchanger 3, where they give part of the heat to the water of the heating system T1-T2. With a lowered temperature (not lower than the condensation temperature of arsenic vapor), underground gasification products enter a horizontal tank 6 into the space between the tank wall and a deaf shield 7. A deaf shield 7 gaseous products are sent to the water space - under a submersible hole shield 8. A hole shield 8 having a large number of holes of small diameter, distributes the volume of gaseous products over its entire area and passes it through a large number of small bubbles to the surface of the water. Passing a layer of water from the hole shield 8 to the surface of the water, gaseous products are cooled to a temperature well below the condensation temperature of arsenic vapor. Arsenic gas and its compounds contained in underground coal gasification products condense and dissolve in water.

Поскольку площадь дырчатого щита 8 во время работы не может быть изменена, то для регулирования температуры охлаждения газообразных продуктов подземной газификации угля предлагается, во-первых, подавать в емкость 6 воду с пониженной температурой, во-вторых, использовать возможность изменения толщины слоя воды от дырчатого щита 8 до поверхности, определяемой соотношением количеств воды, покидающей горизонтальную емкость 6, и воды, подаваемой в нее. Увеличением толщины слоя воды достигают требуемого уровня снижения температуры газа, а следовательно - увеличения уровня конденсации газообразного мышьяка и его соединений, т.е. увеличения степени улавливания мышьяка и его соединений из продуктов подземной газификации угля.Since the area of the hole shield 8 cannot be changed during operation, to regulate the cooling temperature of gaseous products of underground coal gasification, it is proposed, firstly, to supply water with a reduced temperature to the tank 6, and secondly, to use the possibility of changing the thickness of the water layer from the hole shield 8 to the surface, determined by the ratio of the amounts of water leaving the horizontal tank 6, and water supplied to it. By increasing the thickness of the water layer, the required level of decreasing the gas temperature is reached, and consequently, the condensation level of gaseous arsenic and its compounds is increased, i.e. increase the capture of arsenic and its compounds from underground coal gasification products.

По трубопроводу 9 водный раствор мышьяка и его соединений поступает в испаритель 10, в котором за счет снижения давления до атмосферного происходит кипение водного раствора. При этом за счет испарения воды концентрация соединений мышьяка в водном объеме испарителя непрерывно повышается. Для поддержания кипения водного раствора в испарителе 10 включают нагревательные элементы 11. За счет повышенной температуры поверхности нагревательного элемента на его стенке кристаллизуются мышьяк и его соединения. По мере увеличения слоя кристаллов мышьяка и его соединений на нагревательных элементах, последние меняют на чистые по очереди, выводя мышьяк и его соединения из циркуляционного контура.Through the pipeline 9, an aqueous solution of arsenic and its compounds enters the evaporator 10, in which, by lowering the pressure to atmospheric, the aqueous solution boils. Moreover, due to the evaporation of water, the concentration of arsenic compounds in the water volume of the evaporator is continuously increasing. To maintain the boiling of the aqueous solution in the evaporator 10, heating elements 11 are included. Due to the increased temperature of the surface of the heating element, arsenic and its compounds crystallize on its wall. As the layer of crystals of arsenic and its compounds on the heating elements increases, the latter are replaced with clean ones in turn, removing arsenic and its compounds from the circulation circuit.

Пар, образовавшийся в испарителе 10, трубопроводом 12 направляется в конденсатор 13, в котором отдает теплоту системе горячего водоснабжения (Т3-Т4), вследствие чего конденсируется и в виде конденсата поступает в конденсатный бак 16. Далее конденсат насосом 18 по трубопроводам 17 и 19 направляют в водный объем горизонтальной емкости 6.The steam generated in the evaporator 10 is sent by pipeline 12 to the condenser 13, in which it transfers heat to the hot water supply system (T3-T4), as a result of which it condenses and enters the condensate tank 16 in the form of condensate. Then, the condensate is pumped through the pipelines 18 through pipelines 17 and 19 into the water volume of a horizontal tank 6.

Очищенные от мышьяка и его соединений и охлажденные продукты подземной газификации угля из горизонтальной емкости 6 по трубопроводу 20 направляются для использования в качестве топлива или сырья химического производства.Purified from arsenic and its compounds and chilled products of underground coal gasification from a horizontal tank 6 through a pipeline 20 are sent for use as fuel or chemical raw materials.

Достигаемый эффект носит двоякий характер: с одной стороны, он состоит в том, что способ позволяет получить ценное вещество - мышьяк или сырье для его получения, с другой - он позволяет очистить продукты подземной газификации угля, а следовательно и продукты их сжигания, от токсичного вещества, каковым является мышьяк и его соединения. То есть заявляемый способ позволяет повысить эффективность комплексного освоения угольного месторождения и снизить экологическую напряженность в осваиваемом регионе, а это и есть цель изобретения.The achieved effect is twofold: on the one hand, it consists in the fact that the method allows one to obtain a valuable substance - arsenic or raw materials for its production, and on the other - it allows the products of underground coal gasification, and hence their products, to be cleaned of toxic substances what is arsenic and its compounds. That is, the claimed method allows to increase the efficiency of integrated development of a coal deposit and reduce environmental stress in the developed region, and this is the purpose of the invention.

Источники информацииInformation sources

1. Способ получения электроэнергии при бесшахтной углегазификации и/или подземном углесжигании / Патент РФ №2100588, опубл. 1997.12.27 (аналог).1. A method of producing electricity during shaftless coal gasification and / or underground coal burning / RF Patent No. 2100588, publ. 1997.12.27 (analogue).

2. Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Токсичные элементы-примеси в ископаемых углях. Екатеринбург: УрО РАН, 2005, с.445.2. Yudovich Ya.E., Ketris M.P. Toxic impurities in fossil fuels. Yekaterinburg: Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 2005, p.445.

3. Крейнин Е.В. Возможен ли экологически чистый углеэнергетический комплекс / Уголь, 1-2008, с.38-40 (прототип).3. Kreinin EV Is an environmentally friendly coal-energy complex possible / Coal, 1-2008, p. 38-40 (prototype).

Claims

A method for the integrated development of a coal field, including drilling a system of hydraulically coupled wells, performing hydrodynamic and fire effects on the coal seam through them, producing crude generator gas, cooling it to a temperature below the condensation temperature of the components that make up the raw gas, and producing it together with purified gas other useful components, characterized in that upon leaving the well, the generator gas is cooled to a temperature not lower than the condensation temperature of the gaseous arsenic to yield thermal energy for the heating system; then it is washed in water with cooling to a temperature well below the condensation temperature of gaseous arsenic and the condensation of arsenic and its compounds is regulated, and purified gas and a solution of various arsenic compounds are obtained; then a solution of arsenic compounds is subjected to evaporation, and water vapor and solid arsenic compounds are obtained; then the water vapor is condensed, receiving thermal energy for the hot water supply system, and the condensate is sent to flush the gas.