Углегазо-энергетический комплекс на базе газификации



Предыдущая | Следующая

 

Углегазо-энергетический комплекс на базе газификации, добычи метана и получения водорода Принципиальная технологическая схема получения электроэнергии с использованием подземной углегазификации и дренажа углеметана по двойному пароводородному комбинированному циклу показана на рис. 1.
Данная концептуальная модель может явиться основой для создания углегазоэнергетического комплекса для выработки электрической энергии на базе угля и углепластового метана. Способ может быть эффективно применен при эксплуатации каменноугольных и буроугольных месторождений при достаточно высокой метаноносности месторождений, превышающей 8-10 м 3/т.
Локальный углегазо-энергетический комплекс предназначен для выработки электроэнергии на месте залегания угольных пластов по комплексной ресурсосберегающей экологически чистой технологии при эксплуатации угольных месторождений энергетических углей со средней и высокой метаноносностью путем совместного метанодренажа и скважинной подземной газификации угля. Смесь метана с генераторным газом используется в качестве первичного энергоносителя для получения водорода — топлива для выработки электроэнергии на водородных турбогенераторах, работающих по комбинированному циклу с паротурбинными генераторами.
Технология обеспечивает повышение эффективности использования тепловой энергии за счет повышения интегрального КПД локального углегазо-энергетического комплекса, в котором интегрированы основные технологические процессы:
метаноотсоса, подземной углегазификации и генерирования электроэнергии на водородном топливе. Концептуальный образ угле-водородного энергетического комплекса с использованием подземной углегазификации и дренажа углеметана представлен на рис. 2.
Для обеспечения метанодренажа и газификации угля каждая панель подготавливается двумя скважинами, пробуренными с поверхности. Скважины служат сначала как метаноотводящие, а затем, после завершения метаноотсоса, они используются для подачи паро-водородного дутья в огневой забой и для отвода генераторного газа. Углепластовый метан и генераторный газ подаются в газоперерабатывающий блок, расположенный на поверхности. Здесь происходят очистка и переработка газов, получение из них водорода как конечного чистого топлива и превращение парниковых газов в твердые отходы производства. Полученный свободный водород подается в энергоблок, где и вырабатывается электроэнергия на водородных турбогенераторах и паротурбинных установках, работающих по комбинированному циклу. Некоторая часть полученного водорода из блока газопереработки в смеси с водяным паром направляется в огневой забой газифицируемой панели в качестве дутья. Таким образом, энергетическая установка работает по двойному паро-водородному комбинированному циклу: первый паро-водородный цикл «подземный газогенератор — блок газопереработки», а второй цикл «водородный турбогенератор — паротурбинный генератор». Получаемая электроэнергия направляется в сеть к потребителю, а некоторая часть используется для собственных нужд угле-энергетического комплекса.
Генераторный газ подземной углегазификации и каптированный углепластовый метан не являются конечным топливом для выработки электроэнергии как это предусматривалось в ранее предложенных технологических схемах1, а является исходным сырьем для получения экологически чистого водородного топлива, при использовании которого обеспечиваются нулевые выбросы парниковых газов в атмосферу.
Принципиальная схема продуктопотоков при выработке электроэнергии по двойному паро-водородному комбинированному циклу с использованием подземной углегазификации и дренажа углеметана показана на рис. 3.
Основными горючими компонентами генераторного газа подземной углегазификации, как известно, являются водород (Н2), окись углерода (СО) и метан (СН4). Поэтому обогащение генераторного газа углепластовым метаном позволит существенно увеличить содержание водорода как конечного топлива. Характерно, что при паро-водородном дутье значительно повышается содержание водорода в генераторном газе подземного углегазификатора Свободный водород выделяется из генераторного газа в результате реакции окиси углерода и метана с водяным паром.
Выделение свободного водорода при указанных реакциях производится с помощью химических реакций и мембранных полых сепараторов. Известны пилотные установки по извлечению водорода из генераторного газа и углеметана. Часть полученного таким образом CO+ 2O= 2+ 2 свободного водорода возвращается в подземный газогенератор в качестве паро-водородного дутья, а основной объем водорода используется в качестве топлива в газовой турбине. При избытке свободного водорода, он может направляться внешним потребителям.
Двуокись углерода, вступая в реакцию с окисью кальция превращается в карбонат кальция, который идет в отходы. Также в отходы идут сера и азот, находящиеся в генераторном газе. Таким образом обеспечивается использование генераторного газа и углепластового метана как сырья для производства водородного топлива и экологически сверхчистый процесс получения электро — и теплоэнергии.
Заключение 1. Ретроспективный анализ развития технологии угледобычи и углепотребления в энергетическом секторе позволяет с определенной степенью надежности прогнозировать наступление в текущем столетии эры угольно-водородной энергетики.
2. Энергетическая политика России в новых условиях должна основываться на экономически эффективных, экологически чистых и ресурсосберегающих технологиях углеэнергетики. Перспективы использования угля в электроэнергетике России будут определяться его конкурентоспособностью, прежде всего с природным газом. Эта конкурентоспособность угля в значительной степени зависит от уровня экономической и экологической эффективности угледобывающего и угле-энергетического производства.
3. С целью достижения высокой экономической и экологической эффективности углеэнергетики необходимо создавать интегрированные предприятия с непосредственно сопряженными горно-технологическими процессами добычи угля/метана и выработки электроэнергии.
4. Одним из таких решений и является новое научно-техническое направление — «сверхчистая угольно-водородная энергетика». Решение этой проблемы должно начинаться с выработки базовых концепций, с последующими более углубленными технико-технологическими исследованиями и опытно-конструкторскими разработками с целью создания демонстрационных проектов, которые должны предшествовать реальным коммерческим проектам.
5. В условиях все углубляющейся глобализации наиболее рациональным становится перенесение уже сформировавшихся высоких инновационных технологий (например «чистых и сверхчистых угольных технологий»), использование апробированных технических решений (внутрицикловая и подземная углегазификация с газо-паротурбинными генераторами комбинированного цикла) и разработка новых концепций глубоко интегрированных угольноэнергогенерирующих высокоэффективных систем.
6. Фундаментальные мультидисциплинарные исследования и НИОКР должны быть направлены на создание полностью интегрированных в технологическом и административно-организационном отношении угледобывающих и энергогенерирующих комплексов на водородном топливе с нулевыми выбросами парниковых газов в атмосферу, включая полное улавливание СО2.
7. Переход к водородной угле-энергетике будет способствовать существенному повышению экономической эффективности всего угле-энергетического производства при одновременном обеспечении экологической безопасности, что позволит стабилизировать климат на земле путем устранения выбросов парниковых газов (Green House Gases) и превратить Землю в зеленую планету (Green House Planet).