Подземное сжигание серы

Основные направления исследований в области ПГУ

К основным направлениям исследований в области ПГУ следует отнести:

- оценку запасов угля под разработку методом ПГУ;

- поиск путей повышения энергетического и химического к.п.д. процесса подземной газификации углей;

- разработку технологии и технико-экономической оценки комплексного использования газов ПГУ в энергетике и химической промышленности;

- получение газа заданного состава, удовлетворяющего требованиям переработки его на химическую продукцию, разработку методов очистки и обогащения газов для обеспечения более экономичного его использования в химической технологии;

- разработку методов управления и контроля состава газов ПГУ;

- технико-экономическое обоснование целесообразности переработки газов ПГУ на химическую продукцию с учетом роста дефицита и стоимости природного газа и нефти;

- разработку методов очистки и их обогащения, а также разработать методы утилизации тепла и выгазованной зоны и газов ПГУ.

Для решения названных проблем уже сейчас необходимо определить перспективные угольные месторождения под разработку, провести исследования по усовершенствованию технологии (выбор оптимальной сетки скважин, методов сбойки, интенсивности и состава дутья и т.д.), определить пригодность существующих схем технологической переработки газов ПГУ, осуществить выбор и конструирование оборудования для скважин и наземного перерабатывающего комплекса, в том числе подбор термо и коррозионностойких материалов и покрытий для скважин и наземных коммуникаций.

Стратегически газ ПГУ может использоваться как местный промышленный энергоисточник на базе работы комплексного предприятия ≪ПГУ- ТЭС≫.

Исключительно перспективен метод ПГУ для снабжения энергией Приморья, где целесообразно в районе ряда закрытых шахт строительство станций ПГУ.

Вопросы к разделу:

1. Технологическая схема станции подземной газификации угля.

2. Стадии процесса газификации угля.

Подземное сжигание серы — метод разработки месторождений само-

родной серы путем ее высокотемпературного окисления на месте залега-

ния.

Идея метода восходит к старинной практике выплавки серы из са-

мородных руд за счет тепла сжигания части серы в специальных пе-

чах — ≪калькаронах≫. Первая попытка получения серы при ее частичном

сжи гании под землей была предпринята в 1910 г. итальянским инженером

Д. Фиори, который предлагал сжигать серу на верхних этажах предвари-

тельно подготовленного вертикальными и горизонтальными выработка ми

рудного блока, с тем чтобы на нижних этажах блока собирать сте кающую

жидкую серу. На практике выяснилось, что полученная таким образом

сера содержит много золы и выход ее незначителен.. В 30-е годы XX века

предложения по осуществлению процесса частичного сжигания серы

на месте залегания через скважины с получением серы в виде жидкости

или паров выдвигались австрийским инженером Г. Шмацелем и итальян-

ским Р. Вердерамо. В 1958 г. итальянский инженер Д. Джорджи опубли-

ковал проект разработки ≪верхней горящей зоны≫ рудника Коццо-Дизи

(Сици лия). В проекте предусматривалось как использование сернистого

газа при производстве кислоты, так и выпуск жидкой серы. В 1962-66 гг.

американские инженеры Миллер, а также Уайт и Мосс предложили про-

изводить сжигание ее на месте залегания, подавая воздух для горения и

отводя образованный газообразный сернистый газ через скважины. Дан-

ные эксперименты были проведе ны в США. Метод подземного сжигания

серы с ориентацией на преимущест венное получение сернистого газа

для производства серной кислоты раз рабатывался в 1973-79 гг. МОНИЛ-

Гео ГИГХС. при менительно к необводненной части Гаурдакского серного

месторожде ния (Туркменистан). В 1976—1978 гг. проведены успешные

испытания технологии на опытной установке Гаурдакского серного заво-

да. Показано, что при воз душном дутье температура в очаге горения до-

стигает 1200 °С, при этом в газах сжигания содержится 5—15 % SO2, что

соответствует условиям про изводства серной кислоты. Коэффициент вы-

горания серы в зоне горения превышает в очаге горения 90 %, в среднем

по опытной установке 78,6 %.

Сущность метода заключается в создании в серном пласте управляе-

мого очага горения серы, параметры которого поддерживаются на уровне,

достаточном для получения кондиционного для производства серной кис-

лоты сернистого газа.

Процесс горения серы и обжига серных руд достаточно изучен. Одна-

ко в пластовых условиях этот про цесс осложнен и зависит от структуры

и текстуры серных руд, минералогического и химического состава вме-

щающих пород, от содержания серы в руде, мощности, пористости и про-

ницаемости пласта, от распределения пор и трещин пласта по размерам,

от обводненности пласта, от давления, темпа нагнетания и состава окис-

лителя и др.

Температура воспламенения серы в порах пласта является слож ной

функцией состава реагирующей смеси, характерного диаметра пор, давле-

ния, теплопроводности и наличия примесей в жидкой сере. В част ности,

было показано, что серные пары могут воспламеняться только в порах

размером в несколько миллиметров при температуре свыше темпе ратуры

кипения серы. Таким образом, горение серы происходит только в крупных

порах пласта, не проникая в глубь серных блоков. Образование движуще-

гося внутрипластового очага горения серы приводит к появле нию харак-

терного продольного распределения температуры в виде ≪теп ловой вол-

ны≫, в которой можно выделить зоны предварительного про грева, зону

расплавленной серы, зону горения и зону выгоревшей руды. По мощности

пласта выгорание происходит преимущест венно в верхней части, при этом

у подошвы пласта образуется ≪серная лужа≫. Процесс внутрипластового

сжигания серы происходит в несколь ко стадий. На первой стадии произ-

водится розжиг пласта с поддержани ем температуры очага горения до тех

пор, пока его собственное тепло выделение не превысит тепловые потери.

По мере прогрева пласта сер ные пары из мелкопористых блоков поступа-

ют в более крупные поры и трещины, где происходит их окисление, а часть

серы впереди фронта горения выплавляется из рудных блоков и стекает к

подошве пласта. Та ким образом, на второй стадии процесса очаг горения

продвигается только по наиболее крупным порам и трещинам. При этом

часть не окисленных серных паров

конденсируется в непрогретых зонах, кольматируя пласт. На третьей,

самой длительной стадии процесса происходит догорание серы в блоках

и у подошвы пласта. На каждой из стадий су ществует своя зависимость

между расходом дутья и концентрацией сер нистого газа, что дает возмож-

ность управлять процессом подземного сжигания серы, достигая конди-

ционного состава газов сжигания.

Технология подземного сжигания серы включает в себя следующие

операции:

1. Вскрытие пласта скважинами с обсадкой их металлическими ко-

лоннами труб до кровли пласта. Бурение по пласту производится колон-

ковым способом с отбором керна.

2. Проведение опытных нагнетаний воздуха в скважины с измерени-

ем его давления и расхода во времени для определения фильтрационных

характеристик пласта и его подсушивания. Для выявления возможных

мест утечек газа производится подача в пласт стойких дымов.

3. Розжиг пласта с использованием забойных газовых горелок или пу-

тем спуска в забой горящего кокса. Розжиг прекращается при появлении в

газах сжигания сернистого ангидрида с концентрацией более 3— %.

4. Управление составом газов сжигания путем изменения расхода

воздуха, точки подачи дутья и точки отвода газов.

5. Сбор газов сжигания.

6. Обеспыливание и осушку газов сжигания.

7. Каталитическое доокисление сернистого ангидрида до серного ан-

гидрида, например, в аппаратах двойного контактирования.

8. Получение серной кислоты в олеумном абсорбере.

9. Нейтрализация и утилизация кислых стоков и шламов.

Выполненные исследования показали: что экономи ч ес ки е п ок аз ат ел и

технологии ПСС могут быть при няты по аналогии с ПГУ в части газифи-

кации и по аналогии переработки сернистых газов цветной металлургии в

части производства серной ки слоты. Расчеты показывают, что по сравне-

нию с базовыми методами производства кислоты из серы и колчедана тех-

нология ПСС экономически выгодна при минимальной производитель-

ности пред приятия 100 тыс. т серной кислоты в год.

Экологические аспекты П СС связаны с гарантией нераспро странения

очага горения за контуры отрабатываемого участка и прорыва токсичных

продуктов сжигания на поверхность. Практика тушения по жаров на сер-

ных рудниках свидетельствует, что существует два основ ных принципа

успешного решения проблемы —прекращение притока воздуха и сниже-

ние температуры очага горения. При случайных пожарах вблизи откры-

той поверхности оба принципа осуществить удается с большим трудом.

При целенаправленной организации очага горения на большой глубине,

как показали опыты, проблема изоляции очага существенно облегчает-

ся. Перерывы в подаче окислителя приводят к значительной кольматации

периферийных зон сконденсированной серой и к самоизоляции участка

сжигания. Подача воды непосредственно в очаг нецелесообразна, так как

вследствие высо ких температур в пласте развивается высокое давление

пара, которое может привести к образованию разрыва пород пласта и

кровли. Наиболее рациональным является законтурное заводнение при

наличии системы соответствующих контрольных скважин.

П ер сп ек ти выП ССиз ад ач и д ал ьн ей ши х и сс ле до ва ни й. Пер-

спективны для ПСС, как показано выше, высокопроницаемые богатые

серные залежи, но их доля в общих ресурсах самородной серы невелика.

Поэтому представляется наиболее целесообразным развитие модифика-

ций метода применительно к малопроницаемым серным рудам и другим

породам, содержащим соединения серы, прежде всего к колчеданам и алу-

нитам. В частности, показано, что может быть успешно реализован вари-

ант, предусматривающий первоначальное ведение процесса в двух близко

расположенных изолированных скважи нах. После соединения зон плав-

ления вокруг этих скважин образуется сбоечный канал, интенсивность

процесса увеличивается и постепенно в него вовлекаются скважины на

большем расстоянии.

В области получения товарной продукции перспективен поиск техно-

логических схем сернокислотного производства при низкой кон центрации

сернистого газа, схем с восстановлением элементарной серы, например с

использованием образующегося в бескислородных зонах се роводорода.

В целом, метод ПСС является весьма перспективным в качестве воз-

можной альтернативы существующим технологиям производства се ры и

серной кислоты и для восполнения возможного дефицита в этих видах

продукции.

Литература

1. Гридин О.М. Подземное сжигание серы. Дисс. на соиск. ученой степ.

канд. техн. наук М.,ГИГХС,1979.

2. Методические вопросы исследовании в геотехнологии. (Вып.З). Под

ред. В.Ж. Арен-са, ГИГХС, Люберцы, 1979.

3. Гридин О.М., Курицына Л.И., Гвоздев Н.В. Лабораторные исследова-

ния метода под земного сжигания серы. //Бесшахтная добыча горно-хими-

ческого сырья. Тр. ГИГХС, вып. 33, Люберцы, 1975.

4. Аренс В.Ж., Гридин О.М., Курицына Л.И., Хчеян Г.Х. Основные

закономерности процесса внутрипластового горения серы. Ж. Физи-

ко-технические проблемы разра ботки полезных ископаемых, СО АН

СССР,№3,1980.

5. Шварцштейн Я.В, Кузьмин Г.А. Получение сернистого газа из эле-

ментарной серы., М, Химия, 1972.

6. Miller Wendell S. Burning process for recovering sulfur from the earth.

Pat. USA N 3131919,05.04.1962.

7. White Philip D., Moss John T. In-situ oxidation reaction within a sulfur

formation, contain ing sulfur. Pat. USAN 3410604, 01.12.1966.

8. Цейтлин А.Н. О закономерностях горения серы. Тр. НИОХИМ, т.

12, Л., Госхимиздат, 1959.

9. Г’угель Б.М. Верхние пределы воспламенения серы в кислороде и в

смесях с инертны ми газами. ЖФХ, т. 14, вып. 1, АН СССР, М., 1941.__

Дата добавления: 2014-01-04