DE949519C

DE949519C - Process for underground gasification of coal

Info

Publication number: DE949519C
Application number: DEN5339A
Authority: DE
Inventors: Frank Archer Williams
Original assignee: MINI OF FUEL AND POWER
Current assignee: MINI OF FUEL AND POWER
Priority date: 1951-04-09
Filing date: 1952-04-08
Publication date: 1956-09-20

Description

Verfahren zum Untertage-Vergasen von Kohle Die Erfindung bezieht sich auf das Vergasen von Kohle unter Tage in Anlagen, bei denen ein gasförmiges Arbeitsmittel, wie beispielsweise Luft oder Mischungen von Luft und Dampf oder ähnliche oxydierende Gase, durch einen. im wesentlichen waagerechten Vergasungskanal, der im Kohleflöz vorgesehen ist, hindurchgeschickt wird. Bei Anlagen dieser Art kann, sich der Vergasungskanal zwischen zwei aufsteigenden Schächten oder Bohrlöchern erstrecken, von denen, der eine Schacht als Einlaßschacht dient, durch welchen, hindurch das gasförmige Arbeitsmittel eingeführt wird, während der andere ein Ableitschacht ist, aus welchem heraus die brennbaren Gase abgenommen werden. Bei solchen. Anlagen ist der Vergasungsvorgang bei seinem Fortschreiten begleitet von einem Abfallen. oder Einfallen, des Deckenteils und von Vergasungs- oder Abbrennerscheinungen im Decken-und/oder Bodenteil, wobei der Abfall bzw. Abbrand, der von der Kohle übrigbleibt, wenn sie verbraucht wird, sich teilweise, jedoch nicht gleichförmig oder vollständig, ansammelt. Im Falle von abfallenden, Flözen, mit denen die Erfindung sich in erster Linie beschäftigt, arbeitet sich die Vergasungszone nach oben infolge der Wirkung der Strömungen, welche die heißen Gase nach oben 'in Richtung auf den Dachteil des Vergasungskanals hinzubringen suchen.. Jedoch tritt hierbei eine Hauptschwierigkeit auf, indem bei fortschreitender Vergasung, bei welcher eine beträchtliche Menge Abfall oder Abbrand übrigbleibt, ein Teil des eingebrachten gasförmigen Arbeitsmittels durch die Asche und das Gestein bzw. Geröll hindurch entweicht, welches sich im unteren Teil (Sumpf) des Vergasungskanals ansammelt, und dadurch die aktive Reaktionszone umgeht. Die Folge davon ist, daß eine große Menge des erzeugten Gases im Ableitungsschacht oder in der Nähe desselben. durch die Nebenluft verbrannt wird und daß die potentielle Wärme dieses Gases unter Tage in fühlbare Wärme umgewandelt wird. Während des Strömens der heißen. Gase nach der Oberfläche b:zw. über Tage, wo sie gesammelt werden. sollen, treten Wärmeverluste, die vorn umgebenden Gestein aufgenommen, werden, auf, und darüber hinaus wird der Ableitungsschacht außerordentlich schwierigen Arbeitsbedingungen unterworfen, welche seine Lebensdauer verkürzen und zu einem unerwünschten Leckaustreten von Gas an die Oberfläche führen,, indem sich ein System von Rissen oder Sprüngen entwickelt, welche das Rohr infolge der überhohen Temperaturen umgeben. Darüber hinaus wird bei den vorgeschilderten Arbeitsbedingungen, wenn die Gase schließlich die Oberfläche erreichen., die Verwendung derselben an Ort und Stelle ein dringendes Erfordernis, da sonst die fühlbare Wärme verlorengeht, und eine derartige Verwendung macht das Vorsehen von mehr oder weniger umfangreichen Anlagen für den Wärmeaustausch an der Abnahmestelle nötig, was häufig unerwünscht ist.Method of Underground Gasification of Coal The invention relates to on the gasification of coal underground in plants in which a gaseous working medium, such as air or mixtures of air and steam or similar oxidizing Gases, through one. essentially horizontal gasification channel in the coal seam is provided, is sent through. In systems of this type, the gasification duct can extend between two ascending shafts or boreholes of those of a shaft serves as an inlet shaft through which the gaseous working medium is passed is introduced, while the other is a discharge shaft from which the flammable gases are removed. In such. Plants is the gasification process as it progresses, accompanied by a falling away. or collapse, of the ceiling part and of gasification or burning phenomena in the ceiling and / or floor part, with the waste or burn-up left over from the coal when it is consumed, partially, but not uniformly or completely, accumulates. In the event of of sloping seams, with which the invention is primarily concerned, the gasification zone works its way up as a result of the action of the currents, which bring the hot gases up 'towards the roof part of the gasification duct looking .. However, here one occurs Main difficulty on by with progressive gasification, in which a considerable amount of waste or Burn-up remains, part of the introduced gaseous working medium through the ashes and the rock or rubble escapes through, which is in the lower Part (sump) of the gasification channel collects, and thereby the active reaction zone bypasses. The consequence of this is that a large amount of the generated gas is in the discharge duct or near it. is burned by the secondary air and that the potential Heat from this gas is converted into sensible heat underground. While flowing the hot. Gases after the surface b: betw. over days where they are collected. should, occur heat losses, which are absorbed in front of the surrounding rock, on, and In addition, the drainage shaft is extremely difficult to work with which shorten its service life and lead to undesirable leakage of gas leading to the surface, creating a system of cracks or fissures which surround the pipe as a result of the excessively high temperatures. About that in addition, under the working conditions described above, when the gases finally reaching the surface., the use of the same on the spot an urgent Requirement otherwise the sensible heat is lost, and such use makes the provision of more or less extensive systems for heat exchange necessary at the acceptance point, which is often undesirable.

Bei dem Versuch, das gasförmige Arbeitsmittel daran zu hindern, die Reäktionamasse zu umgehen, wurden Sand, Zement und ähnliche Werkstoffe durch Löcher eingeführt, die von der Oberfläche her eingebohrt wurden und in den Sumpf führten, der durch die Vergasung der Kohle entsteht; jedoch hat es sich bei diesem Arbeitsverfahren als schwierig herausgestellt, einen gleichmäßigen Fluß der eingebrachten Werkstoffe bis nach den äußersten Stellen des Sumpfes hin sicherzustellen, und nur ein geringer Erfolg konnte erzielt werden.When trying to prevent the gaseous working fluid from getting To bypass reaction mass, sand, cement and similar materials were put through holes introduced, which were drilled in from the surface and led into the swamp, which arises from the gasification of coal; however, this working method has changed proved to be difficult, an even flow of the introduced materials to ensure to the extreme points of the swamp, and only a small one Success could be achieved.

Zweck der Erfindung ist die Ermöglichung einer verbesserten, Steuerung der Reaktionen während des Vergasungsvorgangs, wobei erfindungsgemäß vorgeschlagen wird, da.ß das Durchtreten des gasförmigen Arbeitsmittels durch sich im unteren Teil des Vergasungskanals ansammelnde Asche und Geröll hindurch dadurch verhindert wird, daß der untere Teil des Kanals mit Wasser gefüllt wird, wobei der Wasserspiegel in. einer solchen Höhe gehalten wird, da.ß das gasförmige Arbeitsmittel in dichter Kontaktberührung mit der brennenden Kohle gehalten wird, die jedoch nicht so dicht ist, daß der Vergasungsvorgang beeinträchtigt wird.The purpose of the invention is to enable improved control of the reactions during the gasification process, being proposed according to the invention is that the passage of the gaseous working medium through itself in the lower This prevents ash and debris from collecting through part of the gasification channel is that the lower part of the channel is filled with water, the water level is held in such a height that the gaseous working medium is more dense Contact with the burning coal is kept, but not as tight is that the gasification process is impaired.

Bei der praktischen Durchführung der Erfindung kann dann., wenn es sich um, ein- trockenes Flöz handelt, Wasser absichtlich oder zusätzlich in den Vergasungskanal eingebracht werden; doch kann häufiger das erwünschte Ergebnis in einfacher Weise dadurch erzielt werden, da.ß sichergestellt wird, daß das Wasser, welches der Natur nach im Flöz oder im umgebenden. Gestein oder Erdreich vorhanden. ist, einem nützlichen Zweck zugeführt wird, statt als Beeinträchtigung zu wirken., was ein Auspumpen erforderlich macht. Das bevorzugte Arbeitsverfahren besteht darin, daß der waagerechte Kanal sich zwischen den ansteigenden Schächten erstreckt, wobei das Vergasen im Flöz an der untersten Stelle des Flözes, das vergast werden soll, in die Wege. geleitet wird. Die Vergasung arbeitet sich ihrer Natur nach nach oben, wie bereits erwähnt wurde, und gleichzeitig sucht die Asche, die bei der Vergasung entsteht, von der brennenden Fläche nach unten auf den. Boden des Vergasungskanals zu fallen. Bei fortschreitender Vergasung erweitert sich der Kanal bis zu einem Betriebszustand, "wo ein Vorbeiströmen der Luft durch den Sumpf hindurch wirksam zu werden beginnt, was durch einen Abfall in der Gütedes Gases angezeigt wird. Bei diesem Betriebszustand. wird es nun so eingerichtet, daß das Auspumpen- des natürlich vorkommenden Wassers beendigt und, falls erforderlich, zusätzliches Wasser zugesetzt wird, derart, daß der durch das Vergasen entstehende Sumpf ausgefüllt und damit das Nebenentweichen verhindert wird.In practicing the invention, if is a dry seam, water intentionally or additionally in the Gasification duct are introduced; however, the desired result can often be found in can easily be achieved by ensuring that the water, which by nature in the seam or in the surrounding. Rock or soil present. is, put to a useful purpose rather than acting as an impairment., which requires pumping out. The preferred working method is to that the horizontal channel extends between the rising shafts, wherein the gasification in the seam at the lowest point of the seam that is to be gasified, in the way. is directed. The gassing works its nature upwards, as has already been mentioned, and at the same time looking for the ashes resulting from the gassing arises, from the burning surface down to the. Bottom of the gasification duct to fall. As the gasification progresses, the channel widens up to one Operating condition "where a flow of air through the sump is effective begins to become, which is indicated by a drop in the quality of the gas. at this operating state. it is now arranged in such a way that the pumping takes place naturally occurring water terminated and, if necessary, added additional water is, in such a way that the sump created by the gasification is filled and thus the secondary escape is prevented.

Die Erfindung soll nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung ausführlicher beschrieben werden., und zwar zeigt Fig. i einen lotrechten Schnitt durch ein fallendes Kohl.eflöz, in welchem eine Untertage-Vergasungsanlage eingerichtet worden ist, Fig. 2 einen Schnitt nach der Schnittlinie II-II in Fig. i, welche den Betriebszustand der Anlage kurz nach Betriebsbeginn wiedergibt, während Fig. 3 einen- Schnitt ähnlich demjenigen nach. Fig. 2 zeigt, welcher jedoch den Betriebszustand der Vergasungsanlage in einem späteren. Zeitpunkt wiedergibt.The invention is now intended to reproduce it, for example, on the basis of it Drawing will be described in more detail., In fact Fig. I shows a vertical Section through a falling coal seam, in which an underground gasification plant has been set up, Fig. 2 shows a section along the section line II-II in Fig. i, which reflects the operating status of the system shortly after the start of operation, while Fig. 3 is a section similar to that after. Fig. 2 shows which, however, the Operating condition of the gasification plant in a later. Time reproduces.

Wie sich aus der Zeichnung ergibt, ist das Kohleflöz i ein fallendes Flöz, welches sich schräg nach unten von der Endoberfläche 2 durch. den umgebenden Erdboden bzw. das Gestein. hindurch sich erstreckt. Der Vergasungskanal q. erstreckt sich durch das Flöz i hindurch von einem Schacht oder Bohrloch 5, welcher bzw. welches zum Einführen des gasförmigen Arbeitsmittels dient, bis zu einem Schacht 6, durch welchen hindurch die Vergasungsprodukte abgeführt werden. Es ist zu ersehen., daß die unteren Teile des Eingangs- und des Auslaßschachtes 5 bzw. 6 durch das Flöz i hindurchführen, in dem die Schächte der Steigung desselben folgen.As can be seen from the drawing, the coal seam i is a falling one Seam, which extends obliquely downwards from the end surface 2. the surrounding Soil or rock. extends through it. The gasification duct q. extends through the seam i from a shaft or borehole 5, which or which serves to introduce the gaseous working medium up to a shaft 6 through through which the gasification products are discharged. It can be seen that the lower parts of the inlet and outlet shafts 5 and 6 respectively through the seam i pass through it, in which the shafts follow the slope of the same.

Durch den Eingangsschacht 5 hindurch erstreckt sich eine Rohrleitung 7 (Fig. 2 und 3), welche eine Elektrisch angetriebene Pumpe 7a aufweist, welche für die Wasserhaltung am Boden bzw. im Sumpf der Anlage benutzt wird. Im Falle eines trockenen Flözes kann Wasser absichtlich bzw. zusätzlich durch. das Rohr 7 zugefügt werden., und im Falle, wo Wasser aus natürlichen Gründen in die Anlage einsickert, kann, das Rohr für das. Herausfördern des Überschußwassers benutzt werden.A pipeline extends through the entrance shaft 5 7 (Fig. 2 and 3), which has an electrically driven pump 7a, which is used for dewatering on the ground or in the sump of the system. in case of a dry seams can intentionally or additionally pass water through. the pipe 7 added and in the case where water seeps into the system for natural reasons, The pipe can be used for pumping out excess water.

Durch den Auslaßschacht 6 hindurch. erstreckt sich ein Rohr 8, welches mit einem hydrostatischen Gerät verbunden ist, durch welches der Wasserspiegel im Kanal q. gemessen werden kann. Eine brauchbare Arbeitsweise zumMessen des Wasserspiegels im Kanal q. besteht darin, Luft durch das Rohr 8 hindurchzublasen. und den Druck zu messen, welcher notwendig ist, damit die Luft durch das Rohr hindurch wasserschwallbildend austreten kann.. Die Abmessungen des Rohres 8 sind bekannt, daher kann die Eintauchtiefe berechnet werden.Through the outlet duct 6. extends a tube 8, which with a hydrostatic Device through which the Water level in the channel q. can be measured. A useful way of measuring of the water level in the channel q. consists in blowing air through the pipe 8. and measure the pressure necessary to allow air to pass through the pipe can emerge in a gush of water .. The dimensions of the pipe 8 are known, therefore the immersion depth can be calculated.

Wie sich insbesondere aus den Fig. a und 3 ergibt, ist zu Beginn des Vergasungsvorgangs die Höhe des Vergasungskanals q. nicht wesentlich größer als der Durchmesser der Ursprungsbohrung, wobei jedoch ein wenig Asche und Gestein bzw. Geröll auf dem Boden des Kanals anzutreffen ist, was bei 9 (Fig. a) angedeutet ist. Wenn der Vergasungsvorgang seinen Fortgang nimmt, dann wird die Kohle im Dachteil des Kanals q. verbraucht, so daß. die Höhe des Kanals zunimmt, während be trächtliche Mengen von Asche und Gestein, sich auf dem Boden des Kanals ansammeln, was bei 9, (Fig. 3) angedeutet ist. Auf diese Weise würde bei dem späteren Vergasungsvorgang, wenn nicht Vorkehrungen dagegen getroffen werden, viel von. dem gasförmigen Arbeitsmittel, das durch den Schacht? eingeführt wird, durch die lose Asche und das Gestein 9" hindurchtreben und die aktive Vergasungszone am oberen. Teil des Kanals umgehen..As can be seen in particular from FIGS. A and 3, the height of the gasification channel is q at the beginning of the gasification process. not significantly larger than the diameter of the original bore, although a little ash and rock or rubble can be found on the bottom of the channel, which is indicated at 9 (Fig. a). When the gasification process continues, the coal in the roof part of the channel q. consumed so that. the height of the canal increases, while considerable amounts of ash and rock accumulate on the bottom of the canal, which is indicated at 9, (Fig. 3). In this way, if precautions are not taken, much of the later gasification process would benefit. the gaseous working medium flowing through the shaft? is introduced, through which loose ash and rock 9 "traverse and bypass the active gasification zone at the top of the canal ..

Um dies zu verhindern, wird erfindungsgemäß der untere Teil des Kanals q. stets mit Wasser bis zu einem Spiegel oder Pegel gefüllt gehalten, welcher bei 1o (Fig. 3) angedeutet ist. Wenn die Anlage zu trocken ist, wird das Wasser durch das Rohr 7 zugepumpt; wenn die Menge des Wassers, welche vom Flöz her und aus der Umgebung zufließt, zu groß ist, so wird das Überschußwasser durch das Rohr 7 abgesaugt.To prevent this, according to the invention, the lower part of the channel q. always kept filled with water up to a level or level which at 1o (Fig. 3) is indicated. If the plant is too dry, the water will get through the pipe 7 is pumped in; if the amount of water coming from the seam and from the The surrounding area is too large, the excess water is sucked off through the pipe 7.

Der Wasserspiegel wird, soweit es praktisch ist, derart eingeregelt, daß die Oberfläche des Wassers nicht der unmittelbaren Strahlung von der Vergasungszone her ausgesetzt, sondern teilweise oder gänzlich von der Asche und dem Gestein, zugedeckt ist. Wenn der Wasserspiegel zu weit steigt, dann. tritt eine starke Verdampfung ein, und die Vergasungszone wird gelöscht bzw. gedämpft. Andererseits kann, ein bestimmtes Ausmaß an Verdampfung dem gleichen Zweck dienen wie das Einführen, von Dampf zusammen. mit dem Vergasungsmittel, und zwar dann, wenn es erwünscht ist, den Kalorienwert des erzeugten Gases zu steigern.As far as is practical, the water level is regulated in such a way that that the surface of the water does not receive direct radiation from the gasification zone exposed, but partially or completely covered by the ashes and rocks is. If the water level rises too high, then. strong evaporation occurs and the gasification zone is extinguished or attenuated. On the other hand, can, a certain amount of evaporation serve the same purpose as introducing, of Steam together. with the gasifying agent, if it is desired, increase the caloric value of the gas produced.

Claims

Claim: A method for the underground gasification of coal in a plant which has an essentially horizontal gasification channel which extends through the coal seam, characterized in that the passage of the gaseous working medium through the ash and the rubble, which or which collects in the lower part or sump of the gasification channel, thereby preventing the lower part of the channel from being filled with water, the water level being brought and maintained at such a height that the gaseous working medium is in close contact with that to be gasified Coal is held, which, however, is not so dense that the gasification process is hindered or suppressed.