способ комплексного освоения угольного месторождения

Формула изобретения

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, отличающийся тем, что по выходе из скважины генераторный газ охлаждают до температуры, не ниже температуры конденсации газообразного селена и его окислов, при этом получают тепловую энергию для системы теплоснабжения, затем его быстро охлаждают хладагентом до температуры, ниже температуры конденсации газообразного селена и его окислов, при этом получают очищенный газ, аморфные формы селена, селенистую кислоту и отработанный хладагент, далее селен и селенистую кислоту направляют на утилизацию, а отработанный хладагент - на восстановление и повторное использование, причем в качестве хладагента может быть использован лед (Н ₂О), сухой лед (СО₂) или их смесь.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое 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 селена.

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 селен 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.

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].

Недостатком прототипа является то, что при подземной газификации угля селен, входящий в состав угольных пластов, переходит в газообразное состояние и выходит из скважин с продуктами подземной газификации угля в виде селена и его окислов. Селен и его окислы являются ценными химическими компонентами, входящими в состав продуктов подземной газификации угля, с одной стороны, и токсичными, с другой. Прототип не позволяет выделить из продуктов подземной газификации угля селен как ценный компонент и очистить эти продукты от селена и его окислов как от токсичных компонентов.

Этот недостаток снижает эффективность комплексного освоения угольного месторождения и не позволяет снизить вредное воздействие на окружающую среду.

Целью изобретения является повышение эффективности комплексного освоения угольного месторождения за счет попутной добычи ценного компонента - селена и снижение вредного воздействия на окружающую среду за счет очистки продуктов подземной газификации угля от токсичного компонента - селена.

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 селена и его окислов, при этом получают тепловую энергию для системы теплоснабжения; затем его быстро охлаждают хладагентом до температуры, ниже температуры конденсации газообразного селена и его окислов, при этом получают очищенный газ, аморфные формы селена, селенистую кислоту и отработанный хладагент; далее селен и селенистую кислоту направляют на утилизацию, а отработанный хладагент - на восстановление и повторное использование, причем в качестве хладагента может быть использован лед (H ₂O), сухой лед (СО₂) или их смесь.

Способ поясняется схемой первичной обработки продуктов подземной газификации угля.

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). Газовый выход теплообменного аппарата 3 трубопроводом 6 через крышку 7 жестко связывают с внутренним пространством циклона 8. Крышка 7 циклона 8 выполнена в виде круга, диаметр которого значительно больше наружного диаметра циклона 8. В периферийной части крышки 7 выполнено загрузочное устройство, включающее шнековый питатель 9 и бункер 10. К наружному краю крышки 7 посредством подшипника 11 прикреплен вращающийся конус 12, противоположный край которого связан с нижней частью циклона 8 посредством подшипника 13. В средней части вращающийся конус 12 посредством зубчатого колеса 14 и редуктора 15 связан с приводом 16. Газовый выход из циклона 8 через крышку 7 выполнен центральной трубой 17, в которой посредством дымососа 18 создается разрежение. Газовый выход из пространства между циклоном 8 и конусом 12 выполнен в виде патрубка 19. В нижней части циклона выполнена воронка с патрубком 20.

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 селена и его окислов) продукты подземной газификации угля по трубопроводу 6 поступают во внутреннее пространство циклона 8 тангенциально, т.е. по касательной. За счет тангенциального ввода газовый поток во внутреннем пространстве циклона закручивается, прижимаясь к стенке циклона.

Шнековым питателем 9 посредством бункера 10 в пространство между циклоном 8 и вращающимся конусом 12 равномерно подают хладагент, например дробленый лед (H₂O), сухой лед (CO₂) или их смесь, который за счет вращения конуса 12 равномерно распределяется по площади наружной поверхности циклона 8. За счет низкой температуры сухого льда стенка циклона 8 сильно охлаждается. В связи с этим газовый поток, вращающийся во внутреннем пространстве циклона 8, также охлаждается до температуры, ниже температуры конденсации селена и его окислов. Селен и его окислы из газообразной формы перейдут в аморфные (порошкообразная, коллоидная, стекловидная) формы селена. Вместе с селеном на стенке циклона будет происходить конденсация водяных паров; часть селена и его окислов растворятся в воде с образованием селенистой кислоты. Селен и селенистая кислота за счет гравитации начнут стекать по стенке циклона в нижнюю часть и через патрубок 20 могут быть выведены из циклона. Далее из селенистой кислоты выделяют селен. Очищенный от селена и его окислов и охлажденный газовый поток дымососом 18 вытягивается из внутреннего пространства циклона и по газопроводу 21 направляется для использования в качестве топлива или сырья химического производства.

Сухой лед в пространстве между циклоном 8 и вращающимся конусом 12 от контакта со стенкой циклона испаряется и в виде газа через патрубок 19 выводится для повторного использования - сжижения и прессования до образования сухого льда.

Достигаемый эффект состоит в том, что способ позволяет получить ценное вещество - селен или сырье для его получения, а также позволяет очистить продукты подземной газификации угля, а следовательно, и продукты их сжигания, от токсичного вещества, каковым является селен и его окислы. То есть заявляемый способ позволяет повысить эффективность комплексного освоения угольного месторождения и снизить экологическую напряженность в осваиваемом регионе, а это и есть цель изобретения.

Источники информации

1. Способ получения электроэнергии при бесшахтной углегазификации и/или подземном углесжигании./ Патент РФ № 2100588, опубл. 1997.12.27 (аналог).

2. Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Токсичные элементы-примеси в ископаемых углях. Екатеринбург: УрО РАН, 2005, с.494.

3. Крейнин Е.В. Возможен ли экологически чистый углеэнергетический комплекс./ Уголь, 1-2008, с.38-40 (прототип).