Перспективные геотехнологические методы добычи каустобиолитов

В связи с углублением работ по добыче угля на повестку дня встает вопрос подземной их переработки с получением жидких и газообразных продуктов. Подземное гидрирование угля (искусственное получение жидких углеводородов из каменных углей) возможно осуществить через систему добычных скважин, пробуренных с поверхности. Метод гидрирования угля заключается в действии на него водородом при температуре 450—500 °С и давлении 20 МПа. Из 1 т угля получается 600—650 кг различных нефтепродуктов, не уступающих по своих качествам извлекаемым из природной нефти продуктам. Поверхностное гидрирование угля — хорошо отработанный процесс. Метод подземного гидрирования угля находится в стадии исследований и имеет значительные перспективы.

Целевая разработка метода подземного гидрирования угля проводится в Днепропетровском горном институте под руководством проф. О.В. Колоколова.

Эксплуатационные скважины

Конструкция нагнетательных скважин

d = 32 мм

Рисунок 14.8 – Схема теплового воздействия на пласт при подземной переработке нефти

Перспективными методами являются методы, основанные на химическом диспергировании и растворении угля. Один из них под руководством проф. Н.Ф. Кусова развивается в ИГД им. А.А. Скочинского. Суть способа, основанного на принципе снижения удельной межфазной поверхностной энергии, которое обусловлено воздействием абсорбционно-активной среды (эффект П.А. Ребиндера), заключается в нагнетании в скважину реагента, разрушающего уголь, который откачивается на поверхность. Причем интенсификация способа достигается отжимом угля за счет сил горного давления. Исследователями установлено, что для разрушения 1 т угля потребуется 50 л растворителя.

Этим же коллективом разрабатывается метод использования энергии массива для его разрушения и транспортирования за счет импульсного воздействия на газонасыщенный уголь и десорбцию газа, который и разрушает уголь.

В ИГТМ АН УССР (А.И. Зорин, А.Т. Диденко и др.) предложен геотехнологический способ добычи угля гидроимпульсным воздействием на пласт, в основу которого положен механизм послойного отрыва насыщенного (водой и газом) и напряженного (под воздействием горного давления и газа) угля при его разгрузке за счет резкого сброса давления воды. Опыт был проведен на шахте им. К.Е. Ворошилова объединения «Дзержинскуголь» на глубине 940 м. Скважина диаметром 0, 15 м была пробурена с полевого штрека на глубину 25 м. В пласт под давлением 19 МПа нагнеталось 2—3 м³ воды, а затем резко сбрасывалось давление. Из закрытого забоя через скважину добыто 60 т угля фракцией 1—2 мм.

Другие предложения (например, патент США № 3850477) предусматривают закачку в пласт смеси из жидкого и газообразного аммиака, метанола и других веществ. По патенту США № 3990513 предлагается растворять уголь на месте залегания в нагретых до 250—400°С растворителях — ароматических углеводородах, тяжелых маслах, креозоте.

Методом подземной выплавки или подземной экстракции различными растворителями можно эффективно добывать озокерит и асфальтит.

Все эти предложения требуют существенных исследовательских и опытных работ, после чего можно будет сказать об их экономической и технической перспективе.

15 ПОДЗЕМНОЕ СЖИГАНИЕ СЕРЫ (ПСС)

Основные понятия и представления

Около 90 % производимой в мире серы в настоящее время сжигается до сернистого ангидрида, который используется затем в различных отраслях химического производства. В частности, свыше 70 % серы сжигается на сернокислотных заводах. Идея о совмещении процесса добычи серы с процессом ее сжигания давно привлекала внимание исследователей. Первая попытка получения серы при ее подземном горении была предпринята еще в 1910 г. итальянцем Д. Фиори, который предлагал сжигать серу на верхних этажах предварительно подготовленного вертикальными и горизонтальными выработками рудного блока, с тем чтобы в нижних этажах блока собирать стекающую жидкую серу.

Предложения по осуществлению процесса сжигания серы на месте залегания через скважины с получением серы в виде жидкости или пара выдвигались также австрийцем Г. Шмацелем и итальянцем Р. Вердерамо.

Один из первых отечественных обзоров в области подземного сжигания был сделан в 1945 г. Н.А. Афанасьевым (ГИГХС), отметившим перспективность метода. Преимущества метода подземного сжигания серы подчеркивались также И.П. Кириченко.

В последние годы появился ряд новых предложений. Схема Миллера (рисунок 15.1) предусматривает односкважинное сжигание серы для ее выплавки с попутным использованием сернистого газа. В патенте Уайта и Мосса рассматривается вопрос максимальной газификации проницаемых серных пластов с получением сернистого газа как основного продукта метода.

В ГИГХСе О.М. Гридиным, Л.И. Курицыной и др. проводятся исследования геотехнологического варианта метода сжигания серы (ПСС). Схема отработки предусматривает максимальную газификацию серы с последующим использованием сернистого газа для производства серной кислоты (рисунок 15.2). Для этого в серный пласт по определенной сетке бурятся скважины, обсаживаемые до кровли сероносного пласта. В части скважин производится розжиг серного пласта с одновременной подачей воздуха в эти скважины. Газообразные продукты сжигания, содержащие сернистый ангидрид, фильтруются по пласту и выходят на поверхность через соседние добычные скважины, в которых создается некоторое разрежение. Полученный газ направляется на установки осушки и очистки от пыли и вредных примесей, а затем на контактный аппарат, где при температуре 400—600°С в присутствии ванадиевого катализатора происходит окисление SО₂ до SО₃. Последний направляется в олеумный абсорбер, орошаемый серной кислотой, которая после контакта с серным ангидридом увеличивает свою концентрацию и направляется на склад. Согласно требованиям современного сернокислотного производства газ для переработки на серную кислоту должен содержать не менее 5 % SО₂ без предварительного его подогрева и не менее 3, 5 % SО₂ с предварительным подогревом.

1 — расплавленная сера; 2 — нетронутая плотная руда; 3 — выгоревшая руда

Рисунок 15.1 – Принципиальные схемы разработки серных месторождений методом подземного сжигания по Миллеру (а) и Уайту и Моссу (б)

Рисунок 15.2 – Принципиальная схема разработки необводненных серных залежей методом ПСС с производством серной кислоты на базе газов сжигания

В результате проведенных О.М. Гридиным лабораторных и полевых исследований метода ПСС была доказана возможность добычи кондиционного сернистого газа при создании в пласте автотермичного управляемого очага горения.