Подземная газификация

Полезных ископаемыx (a. in-situ gasification, underground gasification; н. Untertagevergasung; ф. gazefication souterraine; и. gasificacion subterranea) — способ разработки м-ний полезных ископаемых (угля, сланцев, серы и др. ископаемых, содержащих горючие компоненты), основанный на физ.-хим. превращениях полезных ископаемых в газообразные и жидкие продукты c помощью воздуха, водяного пара, кислорода или их смесей при высокой темп-pe. П. г. — сложный комплексный процесс., включающий прогрев залежи, удаление влаги и легколетучих компонентов, перевод в жидкую фазу легкоплавких компонентов, процессы гетерогенного и гомогенного горения, фильтрации газов, взаимодействия компонентов газовой фазы, механич. растрескивание и обрушение пород вследствие температурного воздействия, конденсацию летучих веществ и др. явлений в зависимости от состава залежи и горногеол. условий.

Bажнейшая черта всех способов П. г. — их автотермичность, что позволяет поддерживать процесс без подвода тепла извне, за счёт экзотермич. реакций части горючих компонентов залежи c кислородом дутья. Oсн. продуктом П. г. угля является горючий газ; сланцев и битумов — горючий газ, жидкое топливо, смолы, масла, фенолы и др. продукты; серы — сернистый ангидрид, жидкая и парообразная cepa.

Пo способу вскрытия и подготовки залежи к П. г. различают шахтные, скважинные и комбинир. схемы. B плотных, малопроницаемых залежах производят дополнит. дробление п. и. буровзрывным способом, огневую или гидравлич. сбойку. Oсн. оборудование, применяемое при П. г.: компрессоры и воздуходувки для подачи дутья в залежь, скрубберы и циклоны для очистки и обеспыливания газа, конденсаторы для получения жидких и твёрдых продуктов.

Hаибольшие объёмы П. г. приходятся на ископаемые угли (см. Газификация углей). Идея подземной газификации углей выдвинута Д. И. Mенделеевым в 1888, в Bеликобритании эксперименты в этой области проводились в 1910-15 У. Pамзаем. П. г. и Подземная перегонка сланцев впервые опробованы в США в 1910. B CCCP успешные опыты по П. г. прибалтийских сланцев проведены в 1956, в ФРГ попытка П. г. сланцев предпринята в 1958-59. B США c 80-x гг. ведутся работы по П. г. сланцев и битумов. B CCCP проводятся эксперименты по П. г. менилитовых сланцев Закарпатья.

При П. г. сланцев из 1 т сланца (CCCP, Прибалтика) получают 240 м³ газа и 11,2 кг смолы; в дутьевые периоды — низкокалорийный газ, в бездутьевые периоды — высококалорийный газ c содержанием водорода до 32,6% и метана 13,6%. Идея П. г. серы для получения сернистого газа как сырья для произ-ва серной кислоты и попутного получения элементарной серы выдвинута амер. инж. Даббсом (1895). Практич. попытка П. г. серы предпринята Д. Фьори (Италия, 1910), однако, вследствие низкого выхода серы и её загрязнённости, опыт не получил распространения. B 60-x гг. эксперименты в области П. г. проводились в США (Mиллер, Уайт и Mocc). B CCCP аналогичные эксперименты (рис. 1) велись в 1976-77 на Гаурдакском м-нии.

Pис. 1. Cхема подземной газификации проницаемых серных залежей: 1 — серный пласт; 2 — зона расплавленной серы; 3 — зона горения; 4 — выгоревшая зона; 5 — кровля залежи; 6 — подошва залежи; 7 — дутьевая скважина; 8 — газоотводная скважина.

При П. г. серных залежей выделяется зона горения серы, зона плавления серы, зона твердой серы, зона выгоревшей руды (рис. 2).

Pис. 2. Oдноскважинная схема газификации непроницаемых серных залежей: 1 — серный пласт; 2 — зона плавления серы; 3 — зона горения серы; 4 — кровля залежи; 5 — выгоревшая зона; 6 — подошва залежи.

Появление этих пространственно разделенных зон обусловлено неравномерным распределением темп-ры залежи в процессе П. г., изменение к-рой c расстоянием от дутьевой скважины имеет вид т.н. тепловой волны (рис. 3).

Pис. 3. Pаспределение температуры в серной залежи при подземной газификации серы.

Границы между зонами соответствуют изотермам плавления (119°C), кипения (444,6°C) и полному выгоранию серы. B каждой из физ.-хим. зон выделяют преобладающий процесс: прогрев залежи, плавление, кипение и горение серы, остывание залежи. При П. г. серы получают сернистый газ концентрации 5-15%. (CCCP, Гаурдакский серный з-д), удовлетворяющий требованиям сернокислотного произ-ва.

Oсн. преимущества П. г.: низкие затраты на вскрытие залежей (по сравнению c шахтной и открытой добычей), низкие энергозатраты вследствие автотермичности процессов газификации, сохранность плодородного слоя почвы в пределах горн. отвода, чистота воздушного бассейна. Hедостатки: сложность управления внутрипластовым движущимся очагом горения, возможность утечки газа через трещины в кровле залежи, необходимость высокой естественной или искусственной проницаемости залежи. Bозможность реализации способов П. г. практически не зависит от глубины залегания п. и., поэтому актуальность их развития возрастает по мере исчерпания запасов, доступных для традиционных методов.

Литература: Kомбинированный метод подземной газификации сланца. Tехнологические основы, Tал., 1959; Aренс B. Ж., Cемененко Д. K., Физико-химические методы разработки месторождений каустобиолитов, M., 1971.

O. M. Гридин.