DE2838987A1 - Kohlevergasungsverfahren - Google Patents

Kohlevergasungsverfahren

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DE2838987A1 DE19782838987 DE2838987A DE2838987A1 DE 2838987 A1 DE2838987 A1 DE 2838987A1 DE 19782838987 DE19782838987 DE 19782838987 DE 2838987 A DE2838987 A DE 2838987A DE 2838987 A1 DE2838987 A1 DE 2838987A1
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    • Y10S48/00—Gas: heating and illuminating
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Description

Brupping 7D5D/7Q
Hahlevergasungsverfahren
Die Erfindung bezieht sich auf die Erzeugung brennbarer Gase aus unterirdischen Hohlen- oder Braunkohlenlaqerstätten durch deren Vergasung, wozu Luft und/oder Sauerstoff durch Bohrlöcher in diese Lagerstätten eingebracht wird; die brennbaren Reaktionsgase werden durch zweite Bohrlöcher zur Oberfläche zurückgeleitet, die Reaktionsfront wird in der Hohlenschicht nach oben getrieben durch Auffüllen der so entstandenen Höhlen mit einem Füllmaterial.
Es ist bekannt, daß Hohle und Braunkohle durch das Verfahren der Vergasung an Ort und Stelle gewonnen werden können. Dazu wird wenigstens ein Zuführlach auf das Hohlenlager zu gebohrt oder gegraben, ebenso wenigstens eine Ausströmöffnung, danach wird im Flöz eine unterirdische Verbindung zwischen diesen beiden Öffnungen geschaffen.
Auf Grund der augenblicklich bekannten Technik kann eine solche Verbindung auf verschiedene Weise geschaffen werden, zum Beispiel durch Arbeitskräfte, durch Einpumpen von Flüssigkeit oder Gas unter hohem Üruck, durch Einbringen einer elektrischen Spannung usw.
Nach Herstellung der Verbindung wird Luft, Sauerstoff oder eine Mischung van beiden, falls erforderlich, noch mit
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Wasser ader Dampf gemischt,in das Zuführlach eingespritzt und durch den ader die Uerbindungskanäle zur Ausströmöffnung gedrückt und fließt dann durch dieses Luch zurück zur Oberfläche. LJircJ die Temperatur im Flöz beträchtlich gesteigert, beginnt die Kahle mit den zugeführten Gasen zu reagieren, was zur Bildung wan brennbaren Gasen, wie zum Beispiel Hahlenmanax\/d, Wasserstoff und Kohlenwasserstoffen führt.
Im Laufe der Jahre uiurden viele Modifikationen des Uergasungsv/erfahrens entwickelt, zum Beispiel durch Abwechseln von Einspritzen und Erzeugen durch die Einspritz- und Ausstrümnffnungen, mit Vorwärts-, Rückwärts- oder seitlicher Vergasung (Linienbrand oder "Langwand"-Methode), Einspritzen der genannten Gase und Flüssigkeiten in verschiedenen V/erhältnissen, Änderung des Drucks, Einbringen van zusätzlichem Wasser durch Einspritz- ader Aussträmöffnunc), verschiedene Farmen van Einspritz- ader Ausströmlach, in horizontalen wie in geneigten Flözen, und Einbringen van Füllmaterial in die entstandenen Höhlen, um den Einbruch des Deckgebirges zu verhindern Dder möglichst gering zu halten.
All diese Methoden ader Kombinationen van Methoden haben aber den Nachteil, daß die 4ie Höchstmenge von Kohle, die
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mit jedem Paar Bohrlöchern untertage vergast werden kann, BD gering ist, daß das Verfahren in den meisten Fällen als unwirtschaftlich oder nur wenig rentabel erscheint. Die Ursache dafür ist, daß einerseits der Abstand zwischen Zuführloch und Ausströmöffnung im Flöz nicht zu groß angelegt merden darf, uieil sonst zwischen den beiden keine Verbindung im Flöz geschaffen werden kann, oder nur mit großen Hosten. Auf der anderen Seite darf die Querschnittsflache der durch die Vergasung entstandenen Höhle nicht zu groß werden, weil sonst der Vergasungsprozeß wegen zu großer üJärmeverluste von den zu dem darüber- oder darunterliegenden Gebirge strömenden Gasen oder durch zu geringen Hontakt des Sauerstoffs in den zirkulierenden Gasen mit der Hohle zum Stillstand käme. Daher sind Länge und Querschnittsfläche und damit das Volumen der zu vergasenden Hohle oder Braunkohle begrenzt.
Zweck der Erfindung ist die Erstellung einer Methode und eines Systems für die Untertage-Vergasung von Hohlen- oder Braunkohlenflözen, um daraus brennbares Gas zu erzeugen, und zwar so, daß es möglich wird, ein viel größeres Volumen von Hohle oder Braunkohle zwischen den beiden Bohrlöchern zu vergasen, als es mit den jetzt bekannten Methoden möglich ist; auf diese Weise kann das Vergasungsverfahren in vielen Fällen bis zu großen Tiefen wirtschaftlich rentabel gemacht werden.
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Da zum Auffüllen der van der Hohlen- oder Braunkohlenveryasung gebildeten Höhlen ein Füllmaterial verwendet uiird, um die Reaktion nach oben zu treiben, besteht ein weiterer Worteil darin, daß das Deckgebirge nicht zusammenbricht und über Tage daher der Boden nur wenig nachgibt.
Die Methode besteht im Bohren und Ausschalen von Bohrlöchern, wobei die gegenwärtig in der Ölindustrie verwendeten Techniken und Durchmesser verwendet werden. Diese Bohrlöcher werden so gelenkt, daß sie in ein Kohlenflöz in einem sd geringen Dinkel eintreten, daß diese Bohrlöcher dann mit den bekannten Bahrmethoden durch das Kohlenflöz weitergeleitet werden können. Dies wird dadurch gefördert, daß Kohle viel weicher und brüchiger als der umgebende Fels ist.
Zur Verwendung dieser Methode muß das Flöz in einem bestimmten Winkel zur horizontalen Ebene verlaufen und die Bohrlöcher müssen nach unten in das Flöz eindringen.
Die Länge des Abschnitts der Bohrlöcher im Flöz ist variabel und hängt zum Beispiel von den geologischen Bedingungen ab, wie Anwesenheit von Brüchen im umgebenden Gebirge und in der Kohle* Die Bohrlöcher können parallel zueinander in das Flöz geleitet werden; in vielen Fällen
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ist es aber vorteilhafter, Bohrlochpaare in einem beträchtlichen Abstand voneinander abzuteufen und sie dann allmählich aufeinander zugehen zu lassen, so daß nie an der tiefsten Stelle sehr nahe beieinander liegen. Dies wird schematisch in Fig. 1 und 2 gezeigt, in Fig. 1 laufen die Bohrlöcher im Kohleteil parallel zueinander, in Fig. 2 werden sie aufeinander zu geleitet. Diese zweite Methode hat den Worteil, daß die für den Beginn der Vergasung erforderliche Verbindung züdischen den beiden Bohrlöchern leichter hergestellt und zugleich eine große Hohlenmenqe vergast werden kann, wie im folgenden erklärt wird.
Die Auskleidungen der Bohrlöcher können entweder bis zum Grund der Bohrlöcher oder bia zu einer weniger tief gelegenen Stelle geführt werden, reichen aber am besten wenigstens bis zu der Stelle, wo die Bohrlöcher in das Flöz eintreten. In den Bohrlöchern werden oberhalb des Flözes, wie in der Ölindustrie, Vorkehrungen getroffen, um nach der Vergasung der Hohle zwischen den beiden Bohrlöchern diese zu stopfen und von einer höheren Stelle aus andere abgelenkte Löcher bohren zu können, so daß man nun je nachdem dasselbe Flöz an anderer Stelle oder ein anderes Flöz abbauen kann. Die letztere Möglichkeit ist schematisch in Fig. 15 für ein Drei-Schichtensystem gezeigt.
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Nach Auskleidung der Bohrlöcher mit Rahren, werden diese Auskleidungen an oder nahe der tiefsten Steile durchlöchert, danach kann auf eine der bekannten Arten eine Verbindung zwischen den beiden Löchern durch die KohlE! geschaffen werden, wonach der Uergasungsprozeß begonnen werden kann. Eins der Bohrlöcher dient zur Zuführung der Gase, das andere dient zum Ausleiten der erzeugten Gase.
E3ei ständiger Zufuhr von Luft oder Sauerstoff führt die Vergasung der Kohle nach einiger Zeit zur Bildung einer unregelmäßig geformten Höhle nahe der tiefsten Stelle des Bohrlochs. Infolgedessen treten größere Wärmev/erluste in dem darüber und darunter liegenden Gebirge auf und die eintjepumpte Luft erreicht allmählich eine so geringe Fließgeschwindigkeit, daß nicht der ganze Sauerstoff mit der brennenden Hohle mehr in Berührung kommt. Infolgedessen kommt der V/erganurigsprozeß allmählich zu einem Stillstand.
Um dies zu verhüten, wird durch das Zuführ- und/oder Ausatrömloch ein Füller, zum Beispiel Sand oder eine Suspension uun Sand in LJasser eingeführt. Dies kann durch Hinzufügen deB Füllers zu Luft oder Sauerstoff über Tage oder durch ein besonderes Rohr oder einen ringförmigen Raum in der Zufuhr- und/oder dem Ausströnuoch geschehen.
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Infolge der Neigung des Flözes und der Wirkung der Schwerkraft mit ader ohne blasende Wirkung der Luft oder des Sauerstoffs sammelt sich das Füllmaterial am Boden der Höhle und füllt die Höhle van unten nach oben. Daher kann sich die Vergasung nicht mehr nach unten fortpflanzen, sondern nur nach oben.
Wenn Zufuhr- und Ausströmloch nach oben auseinanderlaufen, uiie in Fig. 2 gezeigt, verbreitert sich die Vergasungsfront allmählich, so daß mit der Zeit mehr Luft oder Sauerstoff nutzbringend eingepumpt werden können.
Nachdem sich die erste Höhle gebildet hat, werden in beiden Bohrlöchern zusätzliche Verbindungen mit der Hohle geschaffen, indem die Auskleidung durchlöchert wird; diese Verbindungen werden nacheinander freigelegt, so wie sich die Vergasungsfront nach oben bewegt. Diese zusätzlichen Löcher könnten gleichzeitig mit den erstgenannten tiefsten Löchern gemacht werden. UJo die Bohrlöcher nicht mit Rohr ausgekleidet sind, sind überhaupt keine Perforierungen notwendig.
Der Füller kann ständig oder in gewissen Zeitabständen eingeführt werden, auch kann seine Konzentration pro m eingespritzter Luft oder Sauerstoff variiert werden. Es ist auch möglich, verschiedene unterschiedliche Füller nacheinander einzuführen.
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Der Füller kann bestehen aus trockenem körnigem festem Material, wie zum Beispiel Sand, Erde oder Badengestein, oder er kann aus einem Schlamm oder einer Suspension, wie Zement, Beton, Sanduasserschlamm oder einem Schlamm, uiie er für das Bohren von Ölquellen verwendet uiird ader aus einer Kombination dieser festen Materialien oder Suspensionen. Durch Einführen eines flüssigen Füllers bewirkt man, daß die V/ergasungsfront eine mehr Dder uieniger waagerechte Lage einnimmt.
Bei Verwendung der richtigen Menge eines festen Füllers im rechten Augenblick kann die Uergasungsfront bis zu einem gewissen Grade eine bestimmte Neigung annehmen.
Durch Ueränderung der Geschwindigkeit der eingespritzten Gase und der Menge des Füllers pro Zeiteinheit kann die Breite des Kanals zwischen Kohle und Füller vergrößert oder verkleinert werden, daraus ergibt sich zugleich eine Änderung der Beanspruchungen in der Kohle, so daS die Kohle sich spaltet und leichter vergast wird.
Der Füller dient außerdem dazu, das Einbrechen des Deckgebirges und damit ein Nachgeben des Bodens über Tage zu verhindern oder sich dem zu widersetzen. Ist der Füller flüssig, können Substanzen hinzugefügt werden, die das Absetzen bei der herrschenden hohen
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Temperatur beschleunigen ader verzögern und/oder seine Theologischen Eigenschaften ändern. Das Absetzen van Zement ader Beton kann zum Beispiel durch Zugabe von Calcium-Lignosulfonaten verzögert werden. Die Theologischen Eigenschaften können zum Beispiel durch Zusatz von Bentonit (Gel-Zement) beeinflußt werden.
Füller, üjie eine Sandbrühe oder Schlamm kann man Putzeigenschaften verleihen, so daß üJasser nicht van dort in die darunter liegenden körnigen Füller, die sich bereits dort befinden, nicht eindringen können. Es können auch einem Schlamm Substanzen zugeführt uerden, um dessen Gelieren nach einiger Zeit zu fördern, so daß später eingebrachter körniger Füller darauf lagert, ohne einzusinken.
Zum Beeinflussen des Putzeffekts von Brühen und Schlamm sind vom Qlbohren her viele Substanzen bekannt, wie Stärken, Phosphate, Uerdünner, Lignosulfanate, Carbaxy-Methylzellulosen, besondere Tonsorten usw.
Die Menge des einem flüssigen Füller zugeführten Wassers kann innerhalb gewisser Grenzen variiert werden, damit Füllen und Vergasung sich auf bestmögliche Weise miteinander entwickeln.
Die Erfindung wird jetzt unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erklärt, die nur eine beispielhafte Verkörperung
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der Erfindung darstellen.
Fig. if zeigt eine Aufsicht von zwei Bohrlöchern, nämlich einem Einspritzlnch 1 und einem Produktiansloch 2, deren gezeigte untere Abschnitte nach unten in ein Kohlenflöz abgeteuft worden sind, Beide Bohrlöcher sind mit den Rohren 3 ausgekleidet, die mit Zement k an der Hohlenwand des Bohrloches v/erankert sind. Der Abstand zwischen den unteren Teilen 5 der Bohrlöcher beträgt ein paar Meter. In der !Mähe des Badens jedes Bohrloches sind eine Reihe v/an Lächern 6 angebracht, so daß Verbindungen zwischen der Innenseite der Auskleidung im Bahrlach und der Höhle der genannten Löcher geschaffen werden.
Durch Einspritzen von Druckluft oder -flüssigkeit werden die Brüche 7 geschaffen, durch welche Verbindungen zwischen den beiden Bohrlöchern gebildet werden.
Nach dem Zünden wird das Flöz vergast durch Einspritzen van Luft van Übertage in Bahrlach 1 und durch Herausziehen der erzeugten Gase durch Bohrloch 2, so daß eine unregelmäßig geformte Höhle 8 entsteht, wie Fig. 5 zeigt. Das Einspritzen von Luft wird dann zeitweise unterbrochen und die Höhle B zum Teil durch Einspritzlach 1 mit einer Zementbrühe gefüllt, die eine mehr ader weniger horizontale Oberfläche annimmt und in Höhle B hart wird.
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Danach werden weitere Löcher 6 durch die Auskleidung geschossen und der Zement *t wird an höhere Stellen in den Bohrlöchern 1 und 2 eingebracht.
Das Uergasungsverfahren uiird dann fortgesetzt, mit dem Ergebnis, daß die Vergasungsfront nach oben gedrängt wird, so daß ein mehr oder weniger horizontaler Kanal 10 zwischen den Bohrlöchern 1 und 2 erzielt wird, wie Fig. 6 zeigt.
Jetzt wird zusammen mit dem Gasstrom Sand durch Bohrloch eingebracht. Dieser Sand sammelt sich anfänglich in einem Haufen 11 in der Nähe des Bodens des Einspritzbohrloches. Durch Einspritzen von mehr und mehr Sand wird Sand von dem Gasstrom von der engen Öffnung 12 weggeblasen und sammelt sich weiter weg im Kanal bei 13.
Es wird dem Einspritzgas genügend Sand hinzugefügt, um den Kanal 1G völlig anzufüllen, aber es verbleibt eine enge Öffnung 12 an der Oberseite, durch die die Gase weiter Btrömen.
Es wird dafür gesorgt, daß stets so viel Sand hinzugefügt wird, daß sich die Oberfläche des Sands parallel zu sich selbst nach oben bewegt durch das Flöz, wo die Kohle mit ungefähr der gleichen Geschwindigkeit wie die Wergasungsfront weggebrannt wird.
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Fig. 7 zeigt eine Seitenansicht der Lage nach Ablauf einiger Zeit. Ls igt klar, daß die Vergasung aufhört, sobald der Sandkörper im EinspritzlDch, im Produktianslach ader in beiden Punkt 14 erreicht, ωο diese Löcher in das Flöz eintreten.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche :
    1. Ein Verfahren zur Untertagevergasung van Hahle oder Braunkohle unter Verwendung bekannter Bohr- und Vergasungstechniken, mittels Bohrlöcher, die nach unten in ein geneigtes Kohlenflöz abgeteuft werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergasung im bzw. nahe dem tiefsten Punkt begannen wird und daß ein Füller in die sich entwickelnde Höhle eingeführt wird, damit sich die Vergasungsfront nach oben durch das Flöz bewegt.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein das Einbrechen des Deckgebirges und das entsprechende Einsinken über Tage verhütender bzw. verhindernder Füller eingesetzt wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der horizontale Abstand zwischen den Bohrlöchern in den tieferen Teilen des Flözes allmählich kleiner wird.
    U. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nacheinander verschiedene Füllerarten eingeführt werden.
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    5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß der Füller zusammen mit dem Einspritzgas durch das Einspritzbohrloch eingeführt uird.
    6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß der Füller mittels einer besonderen Leitung durch ein Einspritzloch eingeführt uird.
    7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Füller kontinuierlich eingeführt uird.
    Q. V/erfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Füller mit Unterbrechungen eingeführt uird.
    9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Füller mindestens teilueise durch ein Gas-Produktionsloch eingeführt uird.
    10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinspritzung uährend der Einführung des Füllers zeitweilig unterbrochen uird.
    11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,dadurch gekennzeichnet, daß einer der Füller trockener Sand ist.
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    ORIGINAL INSPECTED
    Grupping 705D/7B
    12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Füller Bodenstein bzui. Erdboden ist.
    13. V/erfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1D, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Füller eine Brühe von Sand, Erde, Bodensteinen oder eine Kombination davon in Wasser darstellt, mit oder ohne zusätzliche Substanzen, um dieser Brühe die gewünschten Theologischen Eigenschaften und das gewünschte spezifische Gewicht zu geben.
    1*t. Uerfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1D, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Füller ein Schlamm mit oder ohne zusätzliche Substanzen ist, um ihm die gewünschten Theologischen Eigenschaften und das gewünschte spezifische Gewicht zu geben.
    15. Uerfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1G, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Füller eine Betonbrühe ist.
    16. Uerfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1G, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Füller eine Zementbrühe ist.
    17. Uerfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß bestimmte Teile den festen Teilen des Füllers hinzugefügt oder von ihnen entfernt wurden.
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    Grupping 7050/78
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    18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Wassergehalt der Brühe, Suspension oder des Schlammes geändert uiird.
    19. V/erfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspritz- und/oder Produktionsluch im Kohlenabschnitt voll ausgekleidet ist und durch Perforieren oder dergleichen mit der Hohle verbunden wird.
    20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspritz- und/oder Ausströmbohrloch im Hohlenabschnitt nur teilweise oder garnicht ausgekleidet ist.
    21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrlöcher von der Oberfläche an bis zum zu vergasenden Flöz schräg geführt werden.
    22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrlöcher nach Beendigung der Vergasung eines Teils des Flözes verstopft werden und mieder abgeleitet werden von einer höheren Stelle aus zu einem anderen Teil desselben Flözes oder zu einem anderen höher oder tiefer gelegenen Flöz.
    DIPL.-ING. CONRAD KO0iiUNG
    PATENTANWALT
    909813/0785
    ORtGfMA
DE19782838987 1977-09-16 1978-09-07 Kohlevergasungsverfahren Granted DE2838987A1 (de)

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NLAANVRAGE7710184,A NL181941C (nl) 1977-09-16 1977-09-16 Werkwijze voor het ondergronds vergassen van steenkool of bruinkool.

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