способ получения электроэнергии на месте залегания угольных пластов

Формула изобретения

1. Способ получения электроэнергии на месте залегания угольных пластов, включающий бурение нагнетательных и газоотводящих скважин, дегазацию пластов путем отсоса метана через скважины на одном участке пласта с одновременной углегазификацией в подземном газогенераторе на другом участке пласта, механическую и химическую очистку генераторного газа, смешение очищенного газа с дегазационным метаном и выработку электроэнергии в парогазотурбинном генераторе, отличающийся тем, что из очищенного генераторного газа получают водород в щелочной среде и присутствии карбонила металла в низкотемпературном водородном реакторе, затем полученную смесь на выходе из этого реактора обогащают дегазационным метаном с последующей обработкой этой смеси водяным паром при температуре 800-900°С и в присутствии никелевого катализатора в высокотемпературном водородном реакторе, после чего смесь газов охлаждают в теплообменнике, пропускают через фильтр с оксидом кальция и направляют в парогазотурбинный генератор, в который подают через смеситель пар из теплообменников.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для повышения теплоты сгорания газовой смеси, полученной на выходе фильтра, ее нагревают до температуры 1800-1900°С с получением аммиака и последующей его утилизацией.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для получения электрической энергии при эксплуатации угольных месторождений с кондиционными и некондиционными запасами при достаточно высокой их газоносности (более 8-10 м³ /т).

Известен способ газификации угля с последующей выработкой электроэнергии, включающий получение генераторного газа и синтезированного метана, которые являются энергоносителями для получения электроэнергии [1].

Недостатком этого способа является то, что этот энергоноситель содержит значительное количество диоксида углерода, что снижает его энергетическую ценность.

Известен способ получения электроэнергии на месте залегания угольных пластов, включающий бурение нагнетательных и газоотводящих скважин, дегазацию пластов путем отсоса метана через скважины на одном участке пласта с одновременной углегазификацией в подземном газогенераторе на другом участке пласта, механическую и химическую очистку генераторного газа, смешение очищенного газа с дегазационным метаном и выработку электроэнергии в парогазотурбинном генераторе комбинированного цикла [2].

Недостатками данного способа являются:

- невысокая теплота сгорания газового топлива, направляемого в газопаровую турбину;

- выброс в атмосферу окислов азота;

- выброс в атмосферу диоксида углерода;

- низкая степень полезного использования энергии угля в месте его залегания;

- отсутствие комплексного использования получаемого газового топлива.

Задачей изобретения является повышение эффективности использования энергии угля и метана, содержащегося в нем, за счет удаления из смеси генераторного газа и дегазационного метана негорючих компонентов, а также значительное уменьшение выбросов в атмосферу газов, образующихся при сжигании угля.

Это достигается тем, что в способе получения электроэнергии на месте залегания угольных пластов, включающем бурение нагнетательных и газоотводящих скважин, дегазацию пластов путем отсоса метана через скважины на одном участке пласта с одновременной углегазификацией в подземном газогенераторе на другом участке пласта, механическую и химическую очистку генераторного газа, смешение очищенного газа с дегазационным метаном и выработку электроэнергии в парогазотурбинном генераторе, из очищенного генераторного газа получают водород в щелочной среде и в присутствии карбонила металла в низкотемпературном водородном реакторе, затем полученную смесь на выходе из этого реактора обогащают дегазационным метаном с последующей обработкой этой смеси водяным паром при температуре 800-900°С и в присутствии никелевого катализатора в высокотемпературном водородном реакторе, после чего смесь газов охлаждают в теплообменнике, пропускают через фильтр с оксидом кальция и направляют в парогазотурбинный генератор, в который подают через смеситель пар из теплообменников.

Кроме того, для повышения теплоты сгорания газовой смеси, полученной на выходе фильтра, ее нагревают до температуры 1800-1900°С с получением аммиака и последующей его утилизацией.

На чертеже показана принципиальная технологическая схема получения электрической энергии на месте залегания угольных пластов.

Способ получения электроэнергии на месте залегания угольных пластов осуществляют следующим образом.

На одном участке газоносных угольных пластов осуществляют дегазацию с отсосом метана через скважины 1, пробуренные с поверхности, а на другом их участке одновременно осуществляют газификацию угля в подземном газогенераторе. Процесс подземной газификации проводят через нагнетательные 2 и газоотводящие 3 скважины. Полученный сырой генераторный газ (СГГ), имеющий температуру 1000-1500°С, охлаждают до атмосферной температуры, равной 15-25°С, посредством теплообменника 4 и направляют на механическую очистку от минеральных примесей в циклон 5. Далее осуществляют химическую очистку генераторного газа в два этапа: получение сероводорода (Н₂S) в реакторе 6 при температуре 150-200°С путем реакции:

и выделение серы из сероводорода за счет охлаждения его в теплообменнике 7, и соединение с кислотной жидкостью в абсорбере 8. Затем генераторный газ при температуре 30-40°С направляют в низкотемпературный водородный реактор (НВР) 9, где в щелочной среде и в присутствии карбонила металла [Ме(СО) ] происходит реакция окиси углерода с водой:

Далее осуществляют смешение полученного газа с дегазационным метаном путем подключения метановой линии к выходу реактора НВР 9, при этом смесь содержит следующие компоненты: N₂ , Н₂, CH₄ и СО₂.

Для трансформации метана в водород эту смесь подвергают воздействию водяным паром при температуре 800-900°С в присутствии никелевого катализатора в высокотемпературном водородном реакторе (ВВР) 10, в котором происходит реакция:

На выходе ВВР 10 имеет место смесь, состоящая из N₂, Н₂ и СО₂, которую охлаждают до температуры 20-30°С в теплообменнике 11. Полученную смесь при температуре 20-30°С направляют в фильтр 12 с оксидом кальция (негашеной известью), в котором происходит реакция поглощения диоксида углерода и образование карбоната кальция:

который идет в отход.

Из теплообменников 4, 7, 11 пар поступает в смеситель 13 и далее в паротурбинный генератор 14 для производства электроэнергии. Газовую смесь из выхода фильтра 12, состоящую из водорода (более 80%) и азота (менее 20%), направляют в газотурбинный генератор 15, образующий с паротурбинным генератором 14 энергетический блок 16. Водородный энергоноситель обладает высокой теплотворной способностью, что позволяет значительно увеличить выработку электрической энергии.

Для очистки водородно-азотной смеси от азота с выхода из фильтра 12 ее направляют в реактор-нагреватель (РН) 17, в котором под действием температуры, равной 1800-1900°С, происходит реакция с получением аммиака:

Для удаления аммиака из смеси с водородом ее охлаждают до температуры 20-30°С посредством холодильника-утилизатора (ХУ) 18 и направляют в реактор 19, в котором при наличии воды аммиак переходит в водный аммиак (нашатырный спирт) по реакции:

который идет в утилизацию. Полученный водород из реактора 19 направляют в газотурбинный генератор 15 и на химические реакции в реакторы 6 и 17.

Таким образом, описанный способ позволяет повысить эффективность использования природной энергии угля и метана, содержащегося в нем, с 8-10 до 27-30%, а также уменьшить выбросы вредных и парниковых газов (NO_x, SO_x, СО₂ и СН₄) в атмосферу до международных экологических стандартов.

Источники информации

1. Авт.св. №1800010 по пл. Е 21 В 43/295. Бюл. №9 от 07.09.93.

2. Патент РФ №2100588 по пл. Е 21 В 43/295. Бюл. №36 от 27.12.97 (прототип).