RU2396305C1 - Способ получения водорода из угольного пласта - Google Patents
Способ получения водорода из угольного пласта Download PDFInfo
- Publication number
- RU2396305C1 RU2396305C1 RU2008146560/15A RU2008146560A RU2396305C1 RU 2396305 C1 RU2396305 C1 RU 2396305C1 RU 2008146560/15 A RU2008146560/15 A RU 2008146560/15A RU 2008146560 A RU2008146560 A RU 2008146560A RU 2396305 C1 RU2396305 C1 RU 2396305C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coal
- well
- coal seam
- gas
- bearing layer
- Prior art date
Links
Landscapes
- Gas Separation By Absorption (AREA)
Abstract
Изобретение относится к угледобывающей промышленности и может быть использовано при подземной газификации для получения молекулярного водорода. Способ включает бурение нагнетательной и газоотводящей скважин с поверхности земли в угольный пласт, установку колонны труб, соединение скважины по пласту гидроразрывом, розжиг пласта нагнетательной скважины вокруг забоя, через нагнетательную скважину поочередную подачу воздуха для разогрева угольного пласта до температуры 1250°С и подачу подогретой воды в нагретый угольный пласт, поочередный отвод образующихся в угольном пласте продуктов горения и синтез-газа через газоотводящую скважину. На стадии разогрева угольного пласта колонну труб в газоотводящей скважине заполняют с поверхности отработанным сорбентом, из которого заранее извлечен оксид углерода. На стадии получения синтез-газа для сорбции оксида углерода поддерживают температуру 65-70°С и давление 1,3-1,4 МПа с последующим выведением отработанного сорбента на поверхность для извлечения из него оксида углерода газами горения. Изобретение позволяет уменьшить энергоемкость процесса. 1 ил.
Description
Изобретение относится к угледобывающей промышленности и может найти применение при геотехнологической разработке угольных пластов способами подземной газификации для получения молекулярного водорода.
Из науки и техники известны способы бесшахтной подземной газификации угольного пласта «in situ» способом геотехнологическим, посредством скважин, которые бурят с поверхности земли, патент США №4313499, C10J 5/00, 1982 и патент Украины №4483, SU 1481409, Е21С 43/0, C10j 5/00, 1994, опубл. 27.12.94, Б.И. №6-1. Основным недостатком этих способов является невозможность получения технически чистого водорода.
Известны также способы получения синтетических веществ (Шелдон Р.А. Химические продукты на основе синтез-газа: Пер. с англ. / Под. ред. С.М.Локтева. - М.: Химия, 1987, С.23-24. Гойхрах И.М., Пинягин Н.Б. Химия и технология искусственного жидкого топлива. - М.: Гос. науч-техн. изд-во нефт. и горно-топл. л-ры. 1954, С.189-202), например синтез-газа (СО+Н2), с помощью подземной газификации угля, с процессом получения диоксида углерода CO2 - на первой стадии, и далее с последующим максимальным разогревом пласта для получения смеси газов СО+H2 - на второй стадии. При выполнении указанных способов используют специальное оборудование, приведенное в (Степанчиков А.Е., Гвоздевич О.В., Баширов В.В., Темнов Г.М. Скважинные гидроструйные аппараты для интенсификации процесса нефтеизвлечения. - М.: ВНИИОЭНГ, 1990, С.44) и в (Гвоздевич О.В., Стефаник Ю.В., Степанчиков А.Е. О розжиге углесодержащих массивов при геотехнологических разработках месторождений // Сб. науч. тр. АН УССР. Ин-т геологии и геохимии ископаемых / Отв. ред. Э.Б.Чекалюк.- Киев: Наук. Думка, 1989. - С.25-32).
К недостаткам таких способов подземного получения смеси газов СО+Н2 из угля следует отнести повышенную энергозатратность и неприспособленность к переработке угольных пластов на месте их залегания.
Наиболее близким по технической сути к заявленному способу рассмотрен способ подземной газификации угля для получения смеси газов СО+Н2 (Патент SU 1390238, C10j 5/00, 1994, Б.И. №6-1, опубл. 27.12.94). Известный способ имеет следующие существенные признаки, которые являются общими с признаками заявленного технического решения:
- бурение нагнетательной и газоотводящей скважин на угольный пласт;
- соединение скважин по пласту гидроразрывом с последующим бутированием щели гидроразрыва крупнозернистым песком;
- розжиг пласта вокруг забоя нагнетательной скважины;
- поочередную подачу через нагнетательную скважину воздуха для разогрева пласта до температуры 1250°С и подачу подогретой воды в нагретый пласт;
- поддержание заранее заданных термодинамических условий в пласте для получения целевых продуктов.
Используя известный способ, получают требуемые газовые смеси (СH4, СО2, Н2, СО и др.), однако способ по прототипу не позволяет получать технически чистый водород Н2 и поэтому является малоэффективным.
В процессе создания изобретения поставлена задача повышения эффективности процесса получения водорода, в частности более чистого водорода и в большем количестве, снижения энергоемкости геотехнологического процесса посредством улучшения термодинамических условий в угольном пласте и более эффективного регулирования процессом.
Поставленная задача решается тем, что предложен способ получения водорода из угольного пласта, включающий бурение нагнетательной и газоотводящей скважин с поверхности земли в угольный пласт, установку колонны труб, соединение скважины по пласту гидроразрывом, розжиг пласта нагнетательной скважины вокруг забоя, через нагнетательную скважину поочередную подачу воздуха для разогрева угольного пласта до температуры 1250°С и подачу подогретой воды в нагретый угольный пласт, поочередный отвод образующихся в угольном пласте продуктов горения и синтез-газа через газоотводящую скважину, в котором на стадии разогрева угольного пласта колонну труб в газоотводящей скважине заполняют с поверхности отработанным сорбентом, из которого заранее извлечен оксид углерода для его регенерации газами горения, и на стадии получения синтез-газа для сорбции оксида углерода поддерживают температуру 65-70°С и давление 1,3-1,4 МПа с последующим выведением отработанного сорбента на поверхность для извлечения из него оксида углерода газами горения.
Причинно-следственная связь между признаками, которые есть существенными отличительными и характеризуют изобретение, и достигаемым техническим результатом заключается в следующем:
- размещение колонны труб, заполненных сорбентом в газоотводящей скважине, дает возможность получать водород непосредственно в этой скважине, поддерживая и регулируя в ней термодинамические условия сорбции СО, что является необходимым и достаточным для получения технически чистого водорода;
- поддержание температуры 65-70°С и давления 1,3-1,4 МПа для получения из синтез-газа (СО+Н2) водорода обеспечивает максимальную чистоту получения водорода;
- выведение из газоотводящей скважины отработанного сорбента на поверхность дает возможность путем сбрасывания давления выделить из него СО и направить вместе с окислителем в нагнетательную скважину на стадии разогрева, что повысит температуру разогрева пласта за счет экзотермической реакции 2СО+O2 → 2СО2;
- заполнение колонны труб газоотводящей скважины на стадии разогрева пласта отработанным сорбентом, из которого удален СО, обеспечивает полностью регенерирование сорбента за счет физического тепла газов горения угля.
Технико-экономическими преимуществами предлагаемого способа являются получение технически чистого водорода и повышение эффективности процесса за счет проведения регенерации сорбента в угольном пласте. Следовательно, предлагаемый способ является экономически и экологически целесообразным, поскольку направлен на энерго- ресурсообеспечение, а также позволяет получать водород из преимущественно некондиционных угольных пластов, в том числе маломощных, глубокозалегающих, сильно обводненных, высокозольных и т.д.
На чертеже изображена технологическая схема способа получения водорода из угольного пласта.
Технологическая схема состоит из угольного пласта 1, на котором пробурены нагнетательная 2 и газоотводящая 3 скважины, колонны труб 4, вокруг которой размещен трубный змеевик 5, соединенный на выходе с патрубком 6, служащим для подачи горячей воды для разогрева отработанного сорбента; заслонок 7, 8 на колонне труб 4 и на газоотводящей 3 скважине; насоса-компрессора 9; патрубка 10, узла отвода CO2 - 11; накопителя 12, трубопровода отвода технического водорода 13; подвижной зоны розжига (газификации) 14 угольного пласта; канала гидроразрыва 15; сорбента 16; термопары 17; манометра 18; заслонок 19, 20, 21 на трубопроводе отвода Н2; накопителя 22 отработанного сорбента; вакуум-насоса 23; компрессора 24; трубопроводов 25, 26, 27; газгольдера 28. Патрубок 6 служит для подвода горячей воды из накопителя 12 до змеевика 5.
Способ реализуется следующим образом.
Для геотехнологической разработки в соответствии с заявленным способом используют преимущественно некондиционные, маломощные, например мощностью менее 0,5 м, угольные пласты 1, пригодные для скважинной разработки с поверхности земли способом подземного сжигания. В соответствии с заявленным способом с поверхности земли на угольный пласт 1 бурят до подошвы нагнетательную 2 и газоотводящую 3 скважины на расстоянии 80-100 м друг от друга, которые соединяются между собой каналом газификации 15, созданным методом гидроразрыва и бутированным крупнозернистым песком, создают забой 14 в качестве подвижной зоны розжига (газификации) угольного пласта. Для этого на забой 14 скважины 2 опускают скважинный гидромонитор, как описано в (Степанчиков А.Е., Гвоздевич О.В., Баширов В.В., Темнов Г.М. Скважинные гидроструйные аппараты для интенсификации процесса нефтеизвлечения. - М.: ВНИИОЭНГ, 1990, С.44), (на чертеже не показан), с целью проведения ориентированного соединения скважин 2 и 3. Скважинный гидромонитор имеет гибкий рабочий орган - зонд, который продвигают по пласту 1 в направлении от нагнетательной 2 к газоотводящей 3 скважине, после этого в созданные каналы под давлением выше геостатистического нагнетают воду, осуществляя гидроразрыв, и бутируют трещины крупнозернистым песком. Потом скважинным устройством, как описано в (Гвоздевич О.В., Стефаник Ю.В., Степанчиков А.Е. О розжиге углесодержащих массивов при геотехнологических разработках месторождений // Сб. науч. тр. АН УССР. Ин-т геологии и геохимии ископаемых / Отв. ред. Э.Б.Чекалюк.- Киев: Наук. Думка, 1989. - С.25-32., аналог) (чертеже не показан), или другим известным способом, на забое нагнетательной скважины 2 формируют зону 14 розжига (газификации) с температурой 1250°С, для чего насос-компрессором 9 через патрубок 10 на устье скважины 2 подают в зону разжигания 14 окислитель - воздух или технический кислород. Далее на патрубке колонны труб 4, заполненных отработанным сорбентом, например [Cu2(NH3)2 2Н2О]Cl2, из которого на поверхности извлечен СО, с закрытой заслонкой 7, открывают заслонку 8 на газоотводящей 3 скважине, и созданный в результате процесса сжигания угольного пласта 1 газ (С+0,5 O2 → СО2) отводят через накопитель 12 воды. При этом в колонне 4 труб происходит регенерация сорбента по приведенной схеме:
При достижении в подвижной зоне розжига 14 угольного пласта 1 температуры 1250°С прекращают подачу воздуха в нагнетательную скважину 2 и через патрубок 10 в нее подают подогретую в накопителе 12 воду для получения в угольном пласте 1 синтез-газа - оксида углерода СО и водорода Н2 по реакции С+Н2О → СО+Н2. На этой стадии работ перекрывают заслонку 8, открывают заслонку 7 и синтез-газ направляют через перфорационные отверстия в колонну 4 труб, выполняющую роль сорбента СО. В случае, когда зона горения 14 находится достаточно далеко от газоотводящей скважины 3, и газы горения (СО2) поступают в ее полость с температурой, меньшей чем температура, необходимая для эффективной сорбции СО в колонне 4, в змеевик 5, расположенный вокруг колонны 4, через патрубок 6 закачивают горячую воду, полученную в накопителе 12 и подогретую проходящими через толщу воды в нем газами горения (СО2). При этом тем самым поддерживают температурный режим в колонне 4 труб и обеспечивают достижение температуры в ее полости примерно равной 65-70°С, то есть такой температуры, которая необходима для наиболее эффективного сорбирования СО в колонне 4 труб из смеси газов СО и Н2. При этой температуре и давлении обеспечивают максимальную сорбцию СО в колонне 4 труб. Давление 1,3-1,4 МПа процесса сорбции СО в колонне 4 регулируют заслонкой 7.
Наполнение колонны 4 труб пористым сорбентом 16 позволяет провести получение водорода непосредственно в этой колонне, поддерживая в ней также термодинамические условия процесса сорбции СО, которые являются необходимыми и достаточными для получения технически чистого водорода.
Полученный технический водород с температурой 65-70°С через открытый патрубок 7 подают по трубопроводу 13 в охладитель, а далее через компрессор закачивают в баллоны или другие емкости для хранения и дальнейшего транспортирования потребителям (на чертеже охладитель, компрессор и баллоны не показаны).
Перед окончанием подачи воды в нагнетающую скважину 2 закрывают заслонку 7 и создают в пласте 1 избыточное давление, которое энергией сжатых в пласте 1 газов выдавливает отработанный сорбент 16 через заслонку 19 в накопитель 22 отработанного сорбента. Далее, при закрытых заслонках 19 и 20 открывают заслонку 21 и вакуум-насосом 23 откачивают из накопителя 22 отработанный сорбент, и через трубопровод 27 подают его в газгольдер 28. После прекращения вакууммирования закрывают заслонку 21, открывают заслонку 20 и компрессором 24 через трубный змеевик 5 подают в колонну 4 труб отработанный сорбент 16, из которого извлечен СО, после этого заслонку 20 закрывают.
Рабочий цикл получения технически чистого водорода (подачу воды в угольный пласт 1) прекращают, когда продуктивность получения чистого водорода резко падает. Тогда снова начинают розжиг зоны 14 и разогрев пласта до температуры 1250°С, при этом насосом-компрессором 9 нагнетают в пласт 1 вместе с воздухом накопленный в газгольдере 28 диоксид углерода, после чего процесс продолжают подачей и нагнетанием новых порций воды, как описано выше.
Таким образом, заявленный способ получения технически чистого водорода из угольного пласта обеспечивает выполнение поставленной задачи.
Claims (1)
- Способ получения водорода из угольного пласта, включающий бурение нагнетательной и газоотводящей скважин с поверхности земли в угольный пласт, установку колонны труб, соединение скважины по пласту гидроразрывом, розжиг пласта нагнетательной скважины вокруг забоя, через нагнетательную скважину поочередную подачу воздуха для разогрева угольного пласта до температуры 1250°С и подачу подогретой воды в нагретый угольный пласт, поочередный отвод образующихся в угольном пласте продуктов горения и синтез-газа через газоотводящую скважину, отличающийся тем, что на стадии разогрева угольного пласта колонну труб в газоотводящей скважине заполняют с поверхности отработанным сорбентом, из которого заранее извлечен оксид углерода для его регенерации газами горения, и на стадии получения синтез-газа для сорбции оксида углерода поддерживают температуру 65-70°С и давление 1,3-1,4 МПа с последующим выведением отработанного сорбента на поверхность для извлечения из него оксида углерода газами горения.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAU200804181 | 2008-04-02 | ||
| UA200804181 | 2008-04-02 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2396305C1 true RU2396305C1 (ru) | 2010-08-10 |
Family
ID=42699009
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008146560/15A RU2396305C1 (ru) | 2008-04-02 | 2008-11-25 | Способ получения водорода из угольного пласта |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2396305C1 (ru) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102287177A (zh) * | 2011-08-19 | 2011-12-21 | 秦勇 | 一种地下煤炭气化的方法 |
| CN103422848A (zh) * | 2013-09-06 | 2013-12-04 | 新奥气化采煤有限公司 | 煤炭地下气化方法及注浆装置 |
| CN103628855A (zh) * | 2013-12-19 | 2014-03-12 | 新奥气化采煤有限公司 | 一种地下气化通道构建方法 |
| US9428978B2 (en) | 2012-06-28 | 2016-08-30 | Carbon Energy Limited | Method for shortening an injection pipe for underground coal gasification |
| US9435184B2 (en) | 2012-06-28 | 2016-09-06 | Carbon Energy Limited | Sacrificial liner linkages for auto-shortening an injection pipe for underground coal gasification |
| CN112855111A (zh) * | 2019-11-28 | 2021-05-28 | 中国石油天然气股份有限公司 | 电加热煤层地下气化系统及方法 |
-
2008
- 2008-11-25 RU RU2008146560/15A patent/RU2396305C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102287177A (zh) * | 2011-08-19 | 2011-12-21 | 秦勇 | 一种地下煤炭气化的方法 |
| WO2013026421A1 (zh) * | 2011-08-19 | 2013-02-28 | Qin Yong | 一种地下煤炭气化的方法 |
| US9428978B2 (en) | 2012-06-28 | 2016-08-30 | Carbon Energy Limited | Method for shortening an injection pipe for underground coal gasification |
| US9435184B2 (en) | 2012-06-28 | 2016-09-06 | Carbon Energy Limited | Sacrificial liner linkages for auto-shortening an injection pipe for underground coal gasification |
| US9963949B2 (en) | 2012-06-28 | 2018-05-08 | Carbon Energy Limited | Sacrificial liner linkages for auto-shortening an injection pipe for underground coal gasification |
| US9976403B2 (en) | 2012-06-28 | 2018-05-22 | Carbon Energy Limited | Method for shortening an injection pipe for underground coal gasification |
| CN103422848A (zh) * | 2013-09-06 | 2013-12-04 | 新奥气化采煤有限公司 | 煤炭地下气化方法及注浆装置 |
| CN103422848B (zh) * | 2013-09-06 | 2017-01-11 | 新奥气化采煤有限公司 | 煤炭地下气化方法及注浆装置 |
| CN103628855A (zh) * | 2013-12-19 | 2014-03-12 | 新奥气化采煤有限公司 | 一种地下气化通道构建方法 |
| CN112855111A (zh) * | 2019-11-28 | 2021-05-28 | 中国石油天然气股份有限公司 | 电加热煤层地下气化系统及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103670338B (zh) | 一种煤层气与煤共采方法 | |
| CA2975611C (en) | Stimulation of light tight shale oil formations | |
| CN105625946B (zh) | 煤层气水平井超临界co2射流造腔及多段同步爆燃压裂方法 | |
| RU2396305C1 (ru) | Способ получения водорода из угольного пласта | |
| CN106437669B (zh) | 一种用于深部干热岩地层开采的热裂解造缝方法及系统 | |
| RU2578232C2 (ru) | Устройства и способы добычи углеводородов | |
| CN103206199B (zh) | 热流体压裂开采天然气水合物装置及方法 | |
| CN103233713B (zh) | 油页岩原位水平井压裂化学干馏提取页岩油气方法及工艺 | |
| US20160069170A1 (en) | Method and process for extracting shale oil and gas by fracturing and chemical retorting in oil shale in-situ vertical well | |
| CN110644963B (zh) | 一种基于多分支井开采水合物的方法 | |
| RU2443857C1 (ru) | Способ производства водорода при подземной газификации угля | |
| CN103216219A (zh) | 一种co2/n2地下置换开采天然气水合物的方法 | |
| CN112832728B (zh) | 一种基于甲烷多级燃爆的页岩储层压裂方法 | |
| CN102493795A (zh) | 液化氮气在油气层内气化压裂方法 | |
| CN116575900B (zh) | 一种原位煤体分区可控气化制氢及co2封存一体化方法 | |
| RU2322586C2 (ru) | Способ извлечения метана из пластов угольных месторождений | |
| WO2024103622A1 (zh) | 一种基于水平井甲烷原位燃爆压裂的煤系气开发方法 | |
| WO2013003093A1 (en) | Recycling co2 in heavy oil or bitumen production | |
| CN203499663U (zh) | 用于油页岩原位水平井压裂化学干馏提取页岩油气的装置 | |
| RU2402595C2 (ru) | Циклический способ подземной газификации угля | |
| CN114370256A (zh) | 一种二氧化碳热蒸汽冻融煤层增渗及瓦斯驱替系统和方法 | |
| CN114293963A (zh) | 井下瓦斯抽采利用并回注煤层增透的闭环系统及工作方法 | |
| CN103470223A (zh) | 一种化石能源低碳共采的方法和系统 | |
| CN113586022A (zh) | 一种天然气水合物储层冻结压裂增产改造方法及装置 | |
| RU2382879C1 (ru) | Способ подземной газификации |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121126 |