Экономическая эффективность использования газа метана в промышленных и бытовых целях

Большинство каменноугольных месторождений Казахстана являются газоугольными. Метаноносность таких высокометаморфизированных угольных пластов возрастает с увеличением глубины их залегания и достигает 40-50 м³/т. Сорбированный метан угленосной толщи, а также метан свободных скоплений, с одной стороны, является источником взрывов в угольных шахтах, приводящих к жестким авариям и гибели шахтеров, а с другой стороны, является источником ценного газообразного энергоносителя.

Карагандинский угольный бассейн является наиболее газоносным среди угольных бассейнов и месторождений бывшего СССР. Газы угольных пластов содержат метан, углекислый газ, азот, сероводород, водород и тяжелые углеводороды. Наибольшей газоносностью отличаются пласты ашляринской и карагандинской свит. На глубинах порядка 400 м в Карагандинском районе в основных пластах карагандинской свиты количество газа достигает 22-25 м³/т, повышаясь в Шерубайнуринском районе до 25-27 м³/т.

На глубине 600 м газоносность составляет: в Карагандинском районе — 10-15 м³/т; в Тентекском и Шерубайнуринском районах — 22-24 м³/т.

С повышением степени метаморфизма от долинской свиты (газовые угли) к ашляринской газоносность пластов возрастает. Например, в Карагандинском районе от 10-15 м³/т до 25-30 м³/т, или в 1,2-1,5 раза.

В отработанных шахтных полях, в толще обрушенных и разгруженных спутников и вмещающих пород закрытых и ликвидированных шахт содержание метана достигает 70-90%, а запасы составляют более одного млрд. м³.

В Карагандинском бассейне практически не имеется опыта использования метана, за исключением отдельных действующих шахт в качестве топлива в шахтных котельных, при условии концентрации его в метановоздушной смеси порядка 20-25%.

Соответствующими институтами было изучено и другое направление использования метана — криогенная технология, в основе которой лежит разная температура перехода газовых компонентов метановоздушной смеси в жидкое состояние. Преимущества этой технологии заключаются в следующем. Создана и существует целая отрасль криогенной технологии (в частности, завод «Криогенмаш»), которая выпускает основные компоненты требуемого технологического оборудования. Технология криогенного разделения газовых смесей промышленно освоена и не требует экспериментов.

По этой технологии имеется возможность одновременно с получением чистого жидкого метана получить жидкий азот и жидкий кислород. Жидкий азот в нашем регионе может использоваться при локализации и тушении очагов эндогенных пожаров в шахтах и рудниках, а кислород также найдет применение для нужд потребителей.

В Карагандинском угольном бассейне в последние годы проводятся наблюдения за характером газовыде­ления из отдельных скважин, в свое время пробурен­ных для отсоса газа из выработанного пространства действующих лав с помощью вакуумных установок. Величина газовыделения из этих скважин, как прави­ло, колеблется в больших пределах. Концентрация газа обычно относительно невысокая и составляет 10-45%. Содержание метана зависит от колебания атмо­сферного давления. При повышении атмосферного давления воздух по скважине идет в отработанное пространство, разбавляя в нем метан. При понижении атмосферного давления газ дренирует на дневную поверхность, но уже с пониженным содержанием метана.

С целью исключения поступления атмосферного воздуха в отработанное пространство в период повышения атмосферного давления институтом ДГП КазНИИБГП разработано и испытано перекрывающее клапанное устройство. С помощью указанного устройства, установленного на скважинах, получено повышение концентрации метана до 70-80%.

Измерения количества дренируемого газа показывают, что из ликвидированных шахт бассейна можно добывать метан с содержанием его до 70-90% в количестве не менее 10 м³/мин только с трех ликвидированных шахт, в том числе: шахта им. 50-летия Октябрьской Революции — 6 м³/мин; «Майкудукская» — 2 м³/мин; «Северная» — 2 м³/мин с суммарным годовым дебитом 5 млн. м³.

Таким образом, с установкой клапанных устройств представляется возможность значительно повысить содержание метана, благодаря чему появилась перспектива добычи кондиционного газа для последующего его использования. В рамках выполнения программы «Метан-2004» разработана технология добычи метана с последующей закачкой его в баллоны.

Закачку метана производят с помощью специальных компрессоров под давлением 200-250 кгс/см² для дальнейшего использования в промышленных и бытовых целях в сжиженном виде.

Основные направления использования газа метана следующие:

1. В газообразном виде на шахтных котельных действующих шахт.

2. Использование газа — метана в сжиженном виде:

- для заправки автомобилей взамен бензина и пропанобутановой смеси;

- для бытовых нужд для снабжения газом населения (индивидуальное с помощью баллонов) и через газовые емкости, расположенные на внутридворовых площадках для коллективного пользования.

Расчет экономической эффективности использования шахтного газа метана взамен угля в котельных шахты приведен ниже.