Утилізація шахтного метану дегазаційних свердловин та його транспортування у твердому стані

Abstract

Обґрунтовано необхідність вирішення проблеми, пов’язаної зі значними викидами газу дегазаційних свердловин у навколишнє природне середовище. Авторами статті пропонується нове альтернативне технологічне рішення, що включає переведення шахтного метану в газогідратний стан і подальше транспортування газу у твердому стані. У зв’язку з цим проаналізовано можливість отримання газогідратів з газових сумішей різноманітного складу. Проведено експериментальні дослідження процесу гідратоутворення та отримано зразки змішаних газових гідратів. Визначено залежності тиску гідратоутворення від температури для вибраних водно-газових сумішей, що були використані у ході лабораторних досліджень. Розглянуто характерні етапи, що виникають у процесі утворення газогідратів: поява центрів кристалізації газових гідратів та безпосередній ріст кристалогідратів навколо центрів кристалізації. Проаналізовано вплив зважених речовин, що містяться у шахтних водах, на швидкість утворення центрів кристалізації газогідратів. Враховано ступінь мінералізації води при проведенні серії експериментів. Обґрунтовано переваги транспортування газу у формі газових гідратів. Проведено порівняння перевезення природного газу у зрідженому та газогідратному (твердому) станах: проаналізовано тиск, температуру та вміст газу у одиниці об’єму речовини.

Обоснована необходимость решения проблемы, связанной со значительными выбросами газа дегазационных скважин в окружающую природную среду. Авторами статьи предлагается новое альтернативное технологическое решение, включающее перевод шахтного метана в газогидратное состояние и дальнейшее транспортирование газа в твердом состоянии. В связи с этим проанализирована возможность получения газогидратов из газовых смесей различного состава. Проведены экспериментальные исследования процесса гидратообразования и получены образцы смешанных газовых гидратов. Определены зависимости давления гидратообразования от температуры для выбранных водно-газовых смесей, которые были использованы в ходе лабораторных исследований. Рассмотрены характерные этапы, возникающие в процессе образования газогидратов: появление центров кристаллизации газовых гидратов и непосредственный рост кристаллогидратов вокруг центров кристаллизации. Проанализировано влияние взвешенных веществ, содержащихся в шахтных водах, на скорость образования центров кристаллизации газогидратов. Учтена степень минерализации воды при проведении серии экспериментов. Обоснованы преимущества транспортировки газа в форме газовых гидратов. Проведено сравнение перевозки природного газа в сжиженном и газогидратном (твердом) состояниях: проанализировано давление, температуру и содержание газа в единице объема вещества.

A necessity to overcome a problem associated with significant emissions of gas from degassing wells into the environment is substantiated. The authors of the paper propose a new alternative technological solution that includes conversion of the mine methane into a gas hydrate state with further gas transporting in a solid state. In connection with this, a possibility of creating the gas hydrates from various gaseous mixtures is analyzed. Dependences were revealed between pressure and temperature of hydrate formation for water-gas mixtures chosen for the laboratory studies. The following specific stages occurred during the gas hydrate formation are considered: formation of crystallization centers and growth of the crystalline hydrate around these centers. Impact of suspended matters in the mine waters on the rate of the crystallization center formation is analyzed. Water salinity degree was taken into account in the experiments. Advantages of gas transporting in a state of gas hydrates are grounded. Technology of transporting natural gas in a liquid state versus transporting in the gas hydrate state is compared by such parameters as gas pressure, temperature and quantity in one volumetric unit of the ssubstance.