Введение

Подземная газификация угля (ПГУ) – это промышленный процесс, преобразующий уголь в газообразный продукт. ПГУ является процессом газификации in situ, осуществляемым в неразработанных угольных пластах путем закачки окислителей и пара. Газообразный продукт поднимается на поверхность по скважинам, пробуренным с поверхности. Основными продуктами являются метан, водород, монооксид углерода и диоксид углерода. Соотношения компонентов варьируются в зависимости от пластового давления, глубины залегания угля и соотношения окислителей. Полученный газ может быть использован для выработки электроэнергии. Альтернативно, газ может быть использован для производства синтетического природного газа, а водород и монооксид углерода – в качестве химического сырья для производства топлива (например, дизельного), удобрений, взрывчатых веществ и других продуктов. Данная технология может применяться к угольным ресурсам, добыча которых традиционными методами нерентабельна или технически сложна. ПГУ представляет собой альтернативу традиционной добыче угля для определенных ресурсов. При этом она вызывает ряд опасений у экологических активистов.

История

Первое зафиксированное упоминание об идее подземной газификации угля относится к 1868 году, когда сэр Уильям Сименс в своем докладе перед Лондонским химическим обществом предложил осуществлять подземную газификацию отходов и мелкого угля непосредственно в шахте. Русский химик Дмитрий Менделеев в последующие два десятилетия развил эту идею Сименса. В 1909–1910 годах американскому инженеру Ансону Г. Беттсу были выданы патенты в США, Канаде и Великобритании на «способ использования неразработанных угольных пластов». С 1928 по 1939 год в Советском Союзе государственная организация «Подземгаз» проводила подземные испытания.

Послевоенные эксперименты

После Второй мировой войны нехватка энергии и успехи советских исследований вызвали новый интерес в Западной Европе и Соединенных Штатах. В Соединенных Штатах испытания проводились в 1947–1958 годах в Горгасе, штат Алабама. Эксперименты осуществлялись в партнерстве между Alabama Power и Бюро по горному делу США. Эксперименты в Горгасе продолжались семь лет, до 1953 года, когда Бюро по горному делу США прекратило их финансирование после сокращения финансирования со стороны Конгресса США. В ходе этих экспериментов к 1953 году было сожжено в общей сложности 6000 тонн угля. Эксперименты успешно позволили получить горючий синтетический газ. Эксперименты были возобновлены после 1954 года с применением гидроразрыва пласта с использованием смеси нефти и песка, но в конечном итоге были прекращены в 1958 году из-за нерентабельности. В период с 1973 по 1989 год проводились масштабные испытания. Министерство энергетики США и несколько крупных нефтегазовых компаний провели ряд тестов. Национальная лаборатория имени Лоуренса Ливермора провела три испытания в 1976–1979 годах на испытательном полигоне Хоу-Крик в округе Кэмпбелл, штат Вайоминг. Национальный угольный совет отказался от проекта газификации летом 1959 года.

Проекты

Cougar Energy и Linc Energy проводили пилотные проекты в Квинсленде, Австралия, на основе технологии UCG, предоставленной Ergo Exergy, пока их деятельность не была запрещена в 2016 году. "Еростигаз", дочерняя компания Linc Energy, производит около 500 тонн сингаза в день в Ангрене, Узбекистан. Полученный синтез-газ используется в качестве топлива на Ангренской электростанции. В Южной Африке компания Eskom (с Ergo Exergy в качестве поставщика технологий) эксплуатирует демонстрационную установку в рамках подготовки к поставке коммерческих объемов синтез-газа для коммерческого производства электроэнергии. African Carbon Energy получила экологическое одобрение на строительство электростанции мощностью 50 МВт вблизи Теуниссена в провинции Свободное государство и готова участвовать в газовой программе DOE Independent Power Producer (IPP), где UCG рассматривается как вариант обеспечения внутреннего газоснабжения. ENN успешно реализовала пилотный проект в Китае. Кроме того, компании разрабатывают проекты в Австралии, Великобритании, Венгрии, Пакистане, Польше, Болгарии, Канаде, США, Чили, Китае, Индонезии, Индии, Южной Африке, Ботсване и других странах. По сравнению с традиционной добычей и переработкой угля, подземная газификация устраняет повреждение поверхности и выброс твердых отходов, а также снижает выбросы диоксида серы и оксидов азота. Для сравнения, содержание золы в сингазе, полученном методом UCG, оценивается примерно в 10 мг/м3, по сравнению с дымом от традиционного сжигания угля, где содержание золы может достигать 70 мг/м3. Однако процессы UCG не могут контролироваться так же точно, как процессы, происходящие в наземных газификаторах. Переменными являются скорость притока воды, распределение реагентов в зоне газификации и скорость роста полости. Эти параметры можно оценить только по измерениям температуры и анализу качества и количества образующегося газа. Загрязнители, такие как аммиак и сероводород, могут быть удалены из синтез-газа при относительно невысоких затратах. Однако, по состоянию на конец 2013 года, технология CCS (улавливания и хранения углерода) не была успешно внедрена в коммерческом масштабе, поскольку она не входила в рамки проектов UCG, а некоторые из них также вызывали опасения по поводу воздействия на окружающую среду. В Австралии в 2014 году правительство предъявило обвинения в связи с предполагаемым серьезным ущербом окружающей среде, вызванным пилотной установкой подземной газификации угля компании Linc Energy, расположенной недалеко от Чинчиллы в плодородном регионе Дарлинг-Даунс в Квинсленде. Когда UCG был запрещен в апреле 2016 года, министр горнодобывающей промышленности Квинсленда, доктор Энтони Линхэм, заявил: "Потенциальные риски для окружающей среды Квинсленда и нашей ценной сельскохозяйственной отрасли значительно перевешивают любые потенциальные экономические выгоды. Деятельность в области UCG просто нецелесообразна для дальнейшего использования в Квинсленде". Загрязнение водоносных горизонтов является потенциальной экологической проблемой. Органические и часто токсичные вещества (например, фенол) могут оставаться в подземной камере после газификации, если камера не будет законсервирована. Вывод из эксплуатации и рекультивация объектов являются стандартными требованиями при утверждении проектов по разработке ресурсов, будь то UCG, добыча нефти и газа или горнодобывающая промышленность, и законсервирование камер UCG относительно простое. Фенольные выщелачивания представляют наибольшую опасность для окружающей среды из-за их высокой растворимости в воде и высокой реакционной способности при газификации. Институт Лоуренса Ливермора при Министерстве энергетики США провел ранний эксперимент по UCG на небольшой глубине и без гидростатического давления в Хоу-Крик, Вайоминг. Они не законсервировали этот участок, и анализ показал наличие загрязняющих веществ (включая канцероген бензол) в камере. Позже камеру промыли, и участок был успешно рекультивирован. Некоторые исследования показали, что стойкость незначительных количеств этих загрязняющих веществ в грунтовых водах недолговечна, и грунтовые воды восстанавливаются в течение двух лет.