Подземная газификация угля (ПГУ) — физико-химический процесс превращения угля в горючие газы с помощью свободного или связанного кислорода непосредственно в недрах земли[1]. При этом уголь в пласте, под землей, превращается в горючий газ (газ подземной газификации, генераторный газ, искусственный газ), обладающий достаточной калорийностью для энергетического и технологического использования.
Идея подземной газификации принадлежит Д. И. Менделееву и, судя по его записным книжкам, впервые зародилась у него в начале 80-х годов XIX века: «достаточно поджечь уголь под землей, превратить его в светильный, или генераторный, или водяной газ и отвести его по трубам из бумаги, пропитанных смолой и обвитых проволокой»[2]. Первое официальное изложение идеи встречается в 1888 г. в статье Д. И. Менделеева «Будущая сила, покоящаяся на берегах Донца»[3]. Позже (1912 г.) эту же идею высказал английский химик У. Рамзай. В Великобритании темой подземной газификации угля занимался Карл Уильям Сименс и Альфред Беттс. Патенты выдавались в Великобритании, Канаде, США и России. К 1914 начались испытания технологии подземной газодобычи.
Первый в мире проект подземной газификации углей был разработан в СССР в 1928 г.[4].
В 1933 г. в СССР была создана контора (позже трест) «Подземгаз» с целью координации научно-исследовательских, проектных и экспериментальных работ по подземной газификации углей[5]. Основные полигоны: Лисичанская опытная станция, Каменск-Шахтинская станция, Горловская станция (Донбасс).
Наиболее известными опытно-промышленными предприятиями подземной газификации были: Южно-Абинская станция «Подземгаз» в Кузбассе (город Киселевск), пущенная в эксплуатацию в 1955 году, работавшая на каменном угле и прекратившая свое существование в 1996 году, и Ангренская станция «Подземгаз» в Узбекистане (город Ангрен), построенная в 1963 году (работающая на буром угле) и работающая по сей день[10].
Развитие работ подземной газификации продолжалось институтом ВНИИПодземгаз (позже ВНИИПромгаз, ВНПО «Союзпромгаз», ныне ОАО «Газпром промгаз»).
За пределами СССР первые опыты подземной газификации были проведены в 1946 г. в США (штат Алабама) и в 1947 г. в Италии (у Вальдорио близ Флоренции).
1970-80-е годы знаменуются всплеском интереса к подземной газификации углей за рубежом: почти все крупные угледобывающие государства мира приобрели у Советского Союза лицензии на технологию подземной газификации углей. В этот период Советский Союз посещали многие делегации, зарубежные специалисты знакомились с достижениями советских инженеров, перенимали опыт ведения процесса, который во многом был передовым в мире в области подземной газификации (ПГУ). Однако в самом СССР, начиная с середины 1970-х интерес к ПГУ начал падать в связи с открытием крупных газовых месторождений на Севере.
В начале XXI века интерес к ПГУ вырос в США, Индии и Китае, Австралии, где в настоящее время ведутся экспериментальные и промышленные работы. Исследованиями в области подземной газификации угля занимается компания Linc Energy, которой принадлежало несколько установок (в том числе и в Агрене). Планировалось использовать подземную газификацию на угольных месторождениях[11]
В 2013 в районе Луганска был построен комплекс по газификации угля[12]
Значительный вклад в развитие идей и технологии подземной газификации в СССР внесли В. А. Матвеев, П. В. Скафа[13], Н. А. Фёдоров[14], Е. В. Крейнин.
Процесс
В угольном пласте создаются необходимые реакционные каналы с помощью фильтрационно-огневой (или фильтрационной) сбойки скважин, или гидравлического разрыва пласта, или направленного бурения скважин по угольному пласту. В каналах газификации сформировываются реакционные зоны. Процесс газификации ведётся обычно на воздушном дутье. Химические реакции, протекающие в каналах подземной газификации, аналогичны газогенераторному процессу (см. Газификация). По мере выгазовывания угольного пласта реакционные зоны перемещаются и под действием горного давления происходит сдвижение пород кровли и заполнение ими выгазованного пространства. Благодаря этому размеры и структура каналов газификации остаются в течение длительного времени относительно постоянными, что обусловливает постоянство состава получаемого газа.
Применяются две технологические схемы подземной газификации углей:
подача дутья со стороны угольного целика при отводе газа через выгазованное пространство;
подача дутья со стороны выгазованного пространства, отвод газа со стороны целика угля через опережающие скважины для его термической подготовки.
Низшая теплота сгорания газа, получаемого на воздушном дутье, 3,2—5 Мдж/м³; на дутье, обогащенном кислородом (60—65 %), или парокислородном — 47,6 Мдж/м³; по химическому составу газ пригоден для синтеза аммиака и углеводородов.
Современные проекты
В настоящее время подземная газификация угля имеет ограниченное промышленное применение. Компания Yerostigaz, дочернее предприятие австралийской Linc Energy производит около 1 млн. м³ синтетического газа в сутки в Узбекистане. Получаемый газ используется в качестве топлива на электростанции города Ангрен. Сама компания Linc Energy осуществляет лишь пилотные проекты в Австралии совместно с компанией Cougar Energy.
В ЮАР компания Eskom (совместно с Ergo Exergy в качестве поставщика технологии) ввела в эксплуатацию демонстрационный завод для производства в промышленных масштабах синтетического газа для местной электростанции.
Компания ENN участвует в пилотном проекте подземной газификации угля в Китае.
В разной стадии разработки проекты подземной газификации угля пытаются развивать в Австралии, Великобритании, Венгрии, Пакистане, Польше, Болгарии, Канаде, США, Чили, Индонезии, Индии и Ботсване. Согласно данным компании Zeus Development всего существует около 60 пилотных проектов.
В искусстве
Ещё до Великой Отечественной войны научное изыскание инженеров-химиков Донбасса привлекло внимание писательницы Веры Кетлинской. Она начала писать роман, связанный с перипетиями освоения ПГУ. Роман «Иначе жить не стоит» был закончен в 1960-м году. П. В. Скафа, В. А. Матвеев и Д. И. Филиппов — прототипы главных героев этого романа.
↑Г. Д. Бакулев. Развитие угольной промышленности донецкого бассейна. — М.: ГИПЛ, 1955. — С. 502.
↑Подземная газификация. Материалы опытных работ по подземной газификации углей за 1934—1936 гг / Под ред. Д. М. Соловей, П. А. Чекина, В. А. Матвеева. — М.: ОНТИ НКТП СССР, 1936.
↑П. В. Скафа. Подземная газификация углей. — М.: Госгортехиздат, 1960. — 321 с.
↑Е. В. Крейнин, Н. А. Фёдоров, К. Н. Звягинцев. Подземная газификация угольных пластов. — М.: Недра, 1982.
Ссылки
Неоконченный роман: истории создания, работы и ликвидации топливодобывающих предприятий по разработке угля с применением химических методов преобразования в газ