АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТАНА УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ КАРАГАНДИНСКОГО УГОЛЬНОГО БАССЕЙНА

АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТАНА УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ КАРАГАНДИНСКОГО УГОЛЬНОГО БАССЕЙНА

Мырзахметов Дастан Кайратович

магистрант, Карагандинский Технический Университет,

Республика Казахстан, г. Караганда

АННОТАЦИЯ

Главной задачей при написании данной статьи было рассмотреть возможности применения метана угольных пластов в различных сферах жизни и ознакомиться с его влиянием на нашу жизнь, а также в целом на окружающий нас мир, узнать, что же способствовало развитию применения угольного метана, а также ознакомиться с историей развития Карагандинского угольного бассейна. В этой статье автор рассмотрел общие понятия о метане угольных пластов, изучил возможности использования природного газа, провел параллели между метаном и пропаном, а также, сравнил их с другими видами топлива. Автор ознакомился с возможностями использования газа в химической и энергетической промышленности, выделив при этом все плюсы и минусы такого применения метана. Изучив нижеприведенную в статье информацию, автор делает вывод что метан - это топливо будущего и его активное использование приведет к улучшению экологической ситуации не только в нашей стране, но и во всем мире. Также данный вид топлива наиболее безопасен и менее ресурсозатратен в сравнении со всеми остальными.

Ключевые слова: метан угольных пластов, двигатель Стерлинга, Карагандинский угольный бассейн, шахтный газ, пропан, шахта.

Развитие Карагандинского угольного бассейна началось после Октябрьской революции, после того как А.А. Гапеев обследовал Саранское и Карагандинское месторождение. Первые четыре шахты были заложены в 1930 г. Угольный бассейн площадью около 3000 км² расположен в Карагандинской области. По характеру геологического строения бассейн делиться на следующие районы:

• Верхне-Сокурский
• Карагандинский
• Чурубай-Нуринский
• Тентенский.

Карагандинский район является наиболее освоенным, а также, самым метанообильным в мире. По некоторым данным геологический запас углей до глубины 1800м здесь составляет более 33млрд тонн, а угленосная толщь пролегает на глубину 3000 метров. Примерные ресурсы метана оцениваются от 850 млрд м³ до 4трлн м².

Следует разобраться, что же представляет из себя метан угольных пластов? Это природный газ, выделяющийся в пластах угля. Как правило, содержание газа растет в зависимости от увеличения глубины залегания угля. Именно поэтому в процессе эксплуатации шахт возрастает риск аварий, вызванных взрывами на шахтах. При соприкосновении метана с угольной пылью и воздухом может образовываться взрывоопасная смесь, именно поэтому до недавнего времени метан считался опасным соратником каменных углей при добыче подземным способом, и одной из основных проблем при добыче угля, являлось устранение газа из горных выработок, то есть дегазация.

На данный момент современные технологии проведения дегазационных работ позволяют добиться увеличения количества каптируемого метана в высоких концентрациях, что дает угольным компаниям возможность продавать его для различных индустриальных нужд, а также производить электроэнергию и тепло для собственного потребления. Одним из самых привлекательных способов реализации метана являются его поставки для промышленного использования. Сегодня шахтный газ продается в газопровод в таких странах как США, Великобритания и Чехия. В большинстве стран одним из ключевых препятствий данному использованию газа является недостаточная концентрации каптируемого газа, недоступность газопровода в близи шахты, а также, заниженная цена на природный газ.

Использование сжиженного метана для железнодорожной, карьерной, дорожно-строительной, а также морской и водной техники, магистральных тягачах и различных видах перевозок на длительные расстояния, не имеет равных по эффективности.

Появление на мировом рынке двигателей Стерлинга способствовало широкому применению угольного метана для выработки тепла и электрической энергии. Ранее метан угольных пластов использовался в карбюраторных и дизельных ДВС (двигателях внутреннего сгорания), при этом газу выдвигалось слишком много требований:

• Максимальная очистка угольного метана;
• Поддержание процентного соотношения компонентов на постоянной основе;
• Проведение частых регламентных работ;
• Установка дополнительных фильтров для соблюдения требований экологических норм.

Двигатель стерлинга относиться к классу двигателей с внешним подводом теплоты (ДВПТ) в связи с чем в двигателях Стерлинга процесс горения осуществляется вне рабочих цилиндров. Именно поэтому данные двигатели безукоризненно соответствуют технологии добычи угольного метана. Использование энергетических модулей с двигателями Стерлинга дает возможность эксплуатировать угольный метан из скважины или же каптируемый шахтный газ напрямую.

Существует практика применения шахтного метана в качестве моторного топлива. Широкое распространение она получила в таких странах как Китай, Италия и Южная Корея, благодаря чему они не только экономят деньги, но и способствуют улучшению экологической ситуации. Метан является универсальным топливом и подходит для заправки не только автобусов и крупной техники, но и легковых автомобилей. Сжатие в компрессоре – это и есть весь процесс переработки газа в топливо, что делает конечную стоимость продукта очень привлекательной.

Предлагаю ознакомиться с преимуществами метана по сравнению в традиционными видами топлива, такими как бензин и дизель:

• Заправка автомобиля метаном обходиться в 2, а то и в 3 раза дешевле;
• Ценообразование природного газа не зависит от нефтяных цен и регулируется на законодательном уровне;
• Метан входит в четвертый класс (самый безопасный) горючих веществ, бензин и дизель – третий класс;
• Метан в 2 раза легче воздуха и при разгерметизации он сразу растворяется в атмосфере;
• В сравнении с бензином метан имеет в 2-3 раза меньше оксида углерода и окиси азота, что способствует сокращению задымления и позволяет уменьшить выбросы углекислого газа до 25%;
• Как показывает практика, при использовании метана в качестве топлива двигатель автомобиля служит в 1,5-2 раза дольше чем при работе на дизеле или же бензине.
• Метан в отличие от бензина и дизеля всегда пребывает в газовой фазе, что обеспечивает оптимальное распределение однородной топливной смеси.
• Метан сгорает практически полностью, не оставляя нагара на поршнях, клапанах и свечах зажигания.

К сожалению, на данный момент метановых АЗС недостаточное количество и располагаются они в крупных административных центрах. На большинстве АЗС установлены модули для реализации пропан-бутановой смеси. Несомненно, в будущем использование сжиженного метана для заправки автомобилей станет более распространенным явлением, ведь для автолюбителей метан установка - это безусловная выгода. Окупаемость оборудования произойдет в течении одного года. Из-за невысокой плотности газа его необходимо сжать для того чтобы добиться высокой эффективности работы двигателя. Это можно делать разными способами: газ можно сжижать, а можно сжимать с помощью компрессора. Оба этих метода имеют свои недостатки. В нашем понимании самым оптимальным методом является, метод адсорбционного концентрирования, который позволяет аккумулировать метан в адсорбированном состоянии.  Высокопористые адсорбенты позволяют нам иметь дело с газом по плотности близким к жидкости, что делает систему менее взрывоопасной. Постепенно использование газа обеспечит понижение затрат на эксплуатацию автомобиля.

При этом метан, как и пропан имеет свои плюсы и минусы. Технический и природный газы отличаются друг от друга тем что:

• Установка газового оборудования для метана обойдется на 70% дороже чем для пропана;
• Метан в 1,3 раза дешевле пропана;
• Вес газового болона для заправки метаном весит 60-125 кг, для пропана 20-30 кг;
• Предельная взрывоопасная концентрация метана в воздухе 4,4%, пропана в 2 раза ниже;
• В баллонах метан сжижается до 200-250 атм., а пропан до 10-15 атм.;
• Октановое число метана 110, у пропана 100 по отношению к рекомендованной производителем марке бензина;
• Метановых заправочных станций в Казахстане пока возведено недостаточно много, большая их часть возведена в Алматы, а во многих городах нашей страны о такой роскоши и не слышали. Однако, число пропановых АЗС уже сравнивается с количеством бензиновых.

Так же известны примеры использования метана в качестве сырья для химической промышленности. Его использовали в качестве сырья для изготовления формальдегида, аммиака, синильной кислоты, ацетилена, хлороформа, водорода и многих других ценных продуктов. Необходимость стабильной и высокой концентрации метана (более 80%) является первым препятствием для использования его как химического сырья. Это можно исправить с помощью заблаговременной подготовки шахтных полей с использованием гидрорасчленения угольных пластов. Вторым препятствием является отсутствие соответствующего оборудования, так как имеющиеся отличается высокой энерго- и металлоемкостью и рассчитано на значительные дебиты метана. В некоторых случаях возможно применение скважин, пробуренных с поверхности в купола обрушения. При заблаговременной подготовке шахтного поля обеспечивается необходимый дебит метана. На выходе из скважины, в наземных сепараторах и в компрессорных станциях газ подвергается многоэтапной очистке от примесей, что позволяет получить продукт высокой степени чистоты. Низкие затраты на добычу, переработку и транспортировку метана дают повод специалистам рассматривать метан как топливо будущего – дешевое, экономичное, безопасное.

Резюмируя вышеприведенную информацию, мы можем сделать вывод что за метаном будущее, нам нужно развивать данную инфраструктуру что бы в будущем обеспечить последующим поколениям стабильную экономическую и промышленную основу. При наличии ученых в области геологии угля и специалистов, работающих в данном направлении, используя технические и технологические возможности нашего региона, мы сможем превратить метан угольных пластов в экологически чистое, энергоносительное и химическое сырье.

Список литературы:

1. Statistical Review of World Energy 2010 // BP Global.
2. Арутюнов В.С. Некоторые проблемы энергетики начала XXI века. Российский химический журнал, Том: 52Номер: 6 Год: 2008 Страницы: 4-10
3. Мухамеджанов Д. Метаном надо управлять.
4. Дрижд Н.А. К проблеме метана угольных пластов Караганды. Н. А. Дрижд, Н. Х. Шарипов ; Карагандинский государственный технический университет, Кафедра "Разработка месторождений полезных ископаемых" // Инновационная роль науки в подготовке современных технических кадров: труды Междунар. науч.-практ. конфе., посвященной светлой памяти Героя Социалистического Труда, академика А.С. Сагинова и 55-летию Университета (18-19 декабря 2008 г.)). - Караганда, 2008. - Вып. 2 . -  С. 136-138.
5. Ворошилов И. В. Перспективные способы добычи метана из угольных пластов. Обеспечение безопасности труда шахтеров / Уголь, 2008. – с. 21 – 23.
6. Ремезов А.В. Комплексная подготовка к отработке перспективных угольных месторождений с целью снижения риска возникновения взрыва метана с последующей переработкой // Наука в современном мире: теория и практика. 2014. Стр. 97 – 119.
7. Батталханов А.А. Метан на транспорте. 2016. -83с
8. Бажин Н.М. Метан в атмосфере. 2000. -6с