Utvinning av kolbäddsmetan
Coalbed metanextraction (CBM extraction) är en metod för att utvinna metan från en kolfyndighet . Kolbäddsmetan (CBM) är en av faktorerna som begränsar säker produktion av kol i underjordiska kolgruvor. Det är också en form av högkvalitativ energi som kan användas inom många områden som kraftproduktion, uppvärmning och kemisk industri. CBM-utvinning utförs därför före utvinning i syfte att öka säkerheten vid brytning av kolbäddar och som en användbar energiresurs att utnyttja.
Grundläggande principer
Metan som adsorberas i en fast kolmatris (kolmaseraler) kommer att frigöras om kollagen görs trycklöst. Metan kan utvinnas genom att borra brunnar i kollagen. Målet är att minska vattentrycket genom att pumpa vatten från brunnen. Minskningen av trycket gör att metan kan desorberas från kolet och strömma som en gas upp i brunnen till ytan. Metan komprimeras sedan och leds till marknaden.
Målet är att undvika att sätta in metan i vattenledningen, utan låta det rinna upp på baksidan av brunnen (höljet) till kompressorstationen. Om vattennivån pumpas för lågt under avvattningen, kan metan vandra upp i slangen in i vattenledningen vilket gör att brunnen blir "gasig". Även om metan kan återvinnas i en vatten-gasseparator vid ytan, är pumpning av vatten och gas ineffektivt och kan orsaka pumpslitage och haveri.
Områden med CBM-extraktion
Tiotusentals metanbrunnar har borrats och omfattande stödanläggningar som vägar, rörledningar och kompressorer har installerats för CBM-utvinning i Powder River Basin i nordöstra Wyoming och sydöstra Montana och nu i Indien i Västbengalen-Ranigunj, Panagarh etc. Sju procent av den naturgas (metan) som för närvarande produceras i USA kommer från CBM-utvinning. Metan från kolbäddsreservoarer kan utvinnas ekonomiskt, men bortskaffande av vatten är ett miljöproblem.
Det finns också platser i centrala Skottland vid Letham Moss. [ citat behövs ]
Den mesta gasen i kol lagras på de inre ytorna av organiskt material. På grund av sin stora inre yta lagrar kol 6 till 7 gånger mer gas än motsvarande bergvolym i en konventionell gasreservoar. Gasinnehållet ökar i allmänhet med kolrangen, med kolbäddens nedgrävningsdjup och med reservoartrycket. Sprickor, eller klossar, i kolbäddar är vanligtvis fyllda med vatten. Djupare kolbäddar innehåller mindre vatten, men det vattnet är mer salt. Att ta bort vatten från kolbädden minskar trycket och frigör metan. Stora mängder vatten, ibland saltlösning, produceras från brunnar för metan i kolbädd . De största vattenvolymerna produceras under de tidiga produktionsskedena. Miljömässigt acceptabel omhändertagande av saltlake är en viktig kostnadsfaktor för ekonomisk metanproduktion. Färskvatten kan släppas ut på ytan, men saltlösning injiceras vanligtvis i berget på ett djup där salthalten i den injicerade saltlösningen är mindre än värdbergartens vätskor . Avdunstning av vatten för återvinning av potentiellt säljbara fasta rester kan vara möjlig i regioner med höga avdunstningshastigheter.
Mätning av gashalten i kol
Gasinnehållsmätningar i kolbädd används ofta i gruvsäkerhet såväl som för bedömning och återvinning av metanresurser i kolbädd. Metoder för bestämning av gasinnehåll delas i allmänhet in i två kategorier: (1) direkta metoder som faktiskt mäter volymen metan som frigörs från ett kolprov som försluts i en desorptionskapsel och (2) indirekta metoder baserade på empiriska korrelationer eller laboratoriehärledd lagring av sorptionsisotermmetan kapacitetsdata. Laboratoriesorptionsisotermer ger information om lagringskapaciteten hos ett kolprov om dessa mäts under geologiskt realistiska tryck- och temperaturförhållanden. Således kan den maximala gashalt som kan förväntas för metanutvinning bedömas från sådana laboratorieisotermmätningar.
Den totala gashalten med de indirekta metoderna baseras på den empiriska formeln som ges av Meinser och Kim. Mängden gas bestäms av Meisner och Kims formel med användning av fukthalt, halt av flyktiga ämnen, volym metan adsorberat på vått kol, fixerat kol, koltjocklek och temperatur. Meinser (1984) observerade att mängden metangas (VCH4) är relaterad till flyktigt material (daf).
V CH4 = −325,6 × log (VM/37,8)
Uppskattning av in situ gasinnehåll i kolet kommer att utvärderas med hjälp av Kims (Kim 1977) ekvation
V = (100 −M − A) /100 × [ Vw /Vd ] [K(P) N - (b × T)] Där, V = Volym adsorberad metangas (cc/g) M = Fukthalt (% ) A = Askhalt (%). Vw/Vd = 1/(0,25 ×M + 1) Vw = Volym gas adsorberad på vått kol (cc/g) Vd = Volym gas adsorberad på torrt kol (cc/g) Värdena på K och N beror på kolets rangordning och kan uttryckas som förhållandet mellan fixerat kol (FC) och Flyktiga ämnen (VM) K = 0,8 (FC /VM) + 5,6 Där FC = Fixerat kol (%) VM = Flyktiga ämnen (%) N = Sammansättning av kol (för de flesta bituminösa kol, N = (0,39 - 0,013 × K) b =Adsorptionskonstant på grund av temperaturförändring (cc/g/◦C). T = Geotermisk gradient × (h/ 100) + Till T = Temperatur vid givet djup Till = Marktemperatur h = Djup (m)
Uppskattning av metanhalt i kollag med Karol-kurva
I avsaknad av uppmätt metanhalt i kolbäddar och produktionsdata från kolbäddsmetanbrunnar kan gashalten uppskattas med hjälp av Eddy-kurvan. Eddy och andra konstruerade en serie kurvor som uppskattade det maximala producerbara metaninnehållet i kolbädden som en funktion av djup och rang . Uppskattningen av metanhalten i en kolbädd bestäms från Eddy-kurvan genom att lokalisera det genomsnittliga djupet för varje kolskikt på djupaxeln. En normal linje förlängs uppåt från djupaxeln (fot) för att skära de specifika kolrankningskurvorna. En linje från punkten på kurvan förlängs vinkelrätt mot den förlorade och desorberade gasaxeln (cm3 / gm). Skärningspunkten mellan linjen och axeln är den uppskattade metanhalten i kollagen.
Tolkning av askanalys
Aska är en viktig indikator på klastisk tillförsel, som härrör från marin eller flodavlagring av lera , silt och sand under torvutveckling . Askahalten i hällarna verkar vara mindre än askhalten i prover under ytan. Lägre askhalt i hällprover kan bero på att kolavlagringar är uppåt och längre bort från en marin påverkan än prover nedåt.