Газ подземной газификации углей как объект газохимии

ТЕХНОЛОГИИ

Газ подземной газификации углей как объект газохимии

А.Ю. Зоря, заместитель генерального директора ОАО «Газпром промгаз»

Е.В. Крейнин, директор НТЦ «Термические технологии добычи трудноизвлекаемых топлив» ОАО «Газпром промгаз», д.т.н, профессор

С.Н. Лазаренко, заведующий отделом ОАО «Газпром промгаз», д.т.н.

Среди нетрадиционных способов разработки угольных месторождений наиболее перспективной и экономически привлекательной является технология подземной газификации углей (ПГУ). Сущность ее заключается в сжигании угольных пластов непосредственно на месте их залегания, в недрах, и в подаче на поверхность по скважинам образовавшегося при этом горючего газа. В последние годы данную технологию принято позиционировать почти исключительно лишь как источник получения энергетического газообразного сырья. В то же время на второй план вытесняется такое важное и многообещающее направление использования газа подземной газификации углей, как химическое.

Не подлежит сомнению тот факт, что химический потенциал технологии ПГУ весьма велик, хотя до настоящего времени в силу ряда причин не имел квалифицированного использования. Нужно отметить, что в 1960-1980 гг. как в нашей стране, так и за рубежом проводились интенсивные исследования по данной проблеме, не получившие, однако, своего практического разрешения. В последующие годы по разным причинам эти работы по большей части были свернуты. Но произошедшее в последнее время осознание возрастающей роли угля в экономике будущего — причем не только как энергетического, но и как химического сырья — вынуждает обратить особое внимание на химические возможности использования газа подземной газификации углей.

По убеждению авторов развитие подземной газификации углей в на-

шей стране должно осуществляться в форме строительства химико-энергетических комплексов, реализующих в равной степени как энергетический, так и химический потенциал технологии ПГУ. В данной работе, одной из целей которой является привлечение внимания специалистов в области газохимии к проблемам переработки газа ПГУ, в краткой форме излагаются перспективы и основные возможности химического «крыла» подземной газификации углей.

Из примерной схемы условного химического производства на базе предприятия подземной газифика-

СОСТАВ ГАЗА ПОДЗЕМНОЙ ГАЗИФИКАЦИИ УГЛЕЙ В ОБЩИХ ЧЕРТАХ МОЖНО ДИФФЕРЕНЦИРОВАТЬ ПО ДВУМ КОМПОНЕНТАМ — ОРГАНИЧЕСКОЙ И НЕОРГАНИЧЕСКОЙ

ции углей, приведенной на рис. 1, видно, что из смолы и газа ПГУ можно получать сырье для синтеза органических продуктов, а при необходимости — и конечные продукты: сажу, полимеры, мономеры, поверхностно-активные вещества, красители, растворители для лаков и красок, а также, что особенно конъюнктурно и экономически привлекательно, искусственное жидкое топливо. Состав газа ПГУ и соотношение его компонентов зависит от многих факторов, основными из которых являются: вид применяемого дутья (воздушное, парокислородное и др.), наличие и уровень водопритока в зону газификации, температура и давление в зоне газификации, тип газифицируемого угля. К примеру, состав сырого газа, получаемого в подземном газогенераторе при процессе на парокислородном дутье и давлении около 3 МПа, аналогичен составу сырого газа процесса Лурги в наземном газогенераторе. Отметим, что состав газа ПГУ может в значительной степени изменяться в течение процесса газификации одного пласта.

Состав газа подземной газификации углей в общих чертах можно дифференцировать по двум компонентам — органической и неорганической. Органическая компонента состоит из каменноугольной смолы, бензольных углеводородов, фенолов, метана, олефинов, ацети-

62 ГАЗОХИМИЯ МАЙ-ИЮНЬ 2009

НАШ САЙТ В ИНТЕРНЕТЕ: WWW.GA7QHIMIYA.ru

ТЕХНОЛОГИИ

лена и др. В состав неорганической компоненты входят азот, окись углерода, двуокись углерода, водород, аммиак, сероводород, цианистый водород, вода и др. [1]

Кроме этого, существенным для дальнейших действий с данным газом является присутствие в нем мелкодисперсной каменноугольной смолы и угольной пыли. В реальном газе ПГУ имеют место различные сочетания перечисленных составляющих. Так, сочетание воды и фенола проявляется как газовый конденсат, каменноугольной смолы и угольной пыли — как каменноугольные «фусы» и т.д.

Перерабатывая, к примеру, газовый конденсат подземной газификации углей по схемам, имеющимся на коксохимических заводах для переработки надсмольной и сточных вод, из него можно извлечь, в зависимости от мощности предприятия ПГУ, следующее количество ценных химических продуктов (см. табл.).

На рис. 2 приведено соотношение весовых объемов водорода, окиси углерода и метана в составе газа ПГУ, получаемого при использовании в технологии газификации угля различных видов дутья. Так, можно отметить, что в составе газа ПГУ, производимого при использовании парокислородного дутья (и являющегося по своей теплотворной способности среднекалорийным), соотношение H2:CO изменяется, в зависимости от марки угля и особенностей технологии ПГУ на конкретном месторождении в диапазоне 2,2-3, что является показателем безусловной пригодности данного газа для успешного осуществления синтеза искусственного жидкого топлива. То есть можно утверждать, что уже в этом означенном аспекте газ подземной газификации углей представляет несомненный интерес для современной практической газохимии.

В настоящее время не существует цельной технологии, позволяющей эффективно выделить из газа ПГУ ценные химические продукты в товарном виде. Имеются отдельные разработки, посвященные переработке смолы ПГУ, аммиачной очистке, выделению фенолов из газового конденсата, пылеочистке и др.

Наибольшее количество отечественных разработок прошлых лет в этой области было посвящено выделению фенолов из газового конденсата, что объясняется в меньшей степени экономическими причинами,

РИС. 1. ПРИМЕРНАЯ СХЕМА ХИМИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА НА БАЗЕ ПОДЗЕМНОЙ ГАЗИФИКАЦИИ УГЛЕЙ_____________________________________________

ХИМИЧЕСКИЕ ПРОДУКТЫ, ИЗВЛЕКАЕМЫЕ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ ГАЗОВОГО КОНДЕНСАТА ПОДЗЕМНОЙ ГАЗИФИКАЦИИ УГЛЕЙ

Мощность предприятия Извлекаемые химические продукты

ПГУ газ млн м3/год аммиак, т/год пиридиновые основания, т/год газовый конденсат, млн м3/год фенолы, т/год

370 740 148 111 108

800 1600 320 240 236

2800 5600 1120 840 826

но в гораздо большей — экологическими, связанными с потребностью очистки сточных вод предприятия подземной газификации углей от вредных примесей - фенолов. Разработка методов обесфеноливания велась по различным направлениям. Исследовались гидромеханические, массообменные, мембранные методы выделения фенолов. Так, из гидромеханических методов представляет интерес разновидность флотации — пенная сепарация. Наиболее глубокую научную проработку имеют распространенные в коксохимической промышленности массообменные процессы очистки сточных вод от фенолов — экстракционные, адсорбционные, ректификационные. Развитие мембранных методов

РИС. 2. ВЛИЯНИЕ ТИПА ДУТЬЯ НА СООТНОШЕНИЕ ГОРЮЧИХ КОМПОНЕНТОВ ГАЗА ПГУ

Воздушное Паровоздушное Парокислородное

очистки от фенолов связано с созданием мембран, обладающих высокой селективностью и эффективностью. Кроме названных выше, перспективным представляется метод разрушения органических веществ, в том числе фенолов и их производных, под действием радиации. Разрушающее действие на фенолы может оказывать и ультразвук. Известны также химические, электрохимические, биохимические методы разрушения фенолов.

Перечисленные выше направления исследований, связанные с узким сегментом химического «крыла» подземной газификации углей, а именно — с выделением фенолов из газового конденсата ПГУ, призваны иллюстрировать объективно существующие возможности, многообразие и многовариантность направлений в газохимических исследованиях, посвященных переработке газа подземной газификации углей.

Авторы выражают надежду на то, что в случае возрождения в России подземной газификации углей ее химический потенциал будет эффективно использован, и в первую очередь — в газохимии. ГХ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Лазаренко С.Н., Крейнин Е.В. Подземная газификация углей в Кузбассе: настоящее и будущее. — Новосибирск: ВО «Наука», 1994. - 118 с.

май-июнь 2009 газохимия 63