Extracción de metano en capas de carbón

Extracción de metano en capas de carbón (extracción CBM) es un método para extraer metano de un depósito de carbón. El metano de lecho de carbón (CBM) es uno de los factores que restringen la producción segura de carbón en las minas de carbón subterráneas. También es una forma de energía de alta calidad que se puede utilizar en muchos campos, como la generación de energía, la calefacción y las industrias químicas. Por lo tanto, la extracción de CBM se lleva a cabo antes de la extracción con el fin de aumentar la seguridad de los lechos de carbón minero y como un recurso energético útil para ser explotado.

Principios básicos

El metano adsorbido en una matriz sólida de carbón (macerales de carbón) se liberará si se despresuriza la veta de carbón. El metano se puede extraer perforando pozos en la veta de carbón. El objetivo es disminuir la presión del agua bombeando agua del pozo. La disminución de la presión permite que el metano se desorba del carbón y fluya como gas por el pozo hasta la superficie. Luego, el metano se comprime y se canaliza al mercado.

El objetivo es evitar poner metano en la línea de agua, pero permitir que fluya por la parte trasera del pozo (revestimiento) hasta la estación compresora. Si el nivel del agua se bombea demasiado bajo durante la extracción de agua, el metano puede subir por la tubería hacia la línea de agua y causar que el pozo se "llene de gas". Aunque el metano se puede recuperar en un separador de agua y gas en la superficie, el bombeo de agua y gas es ineficiente y puede provocar el desgaste y la avería de la bomba.

Áreas con extracción de CBM

Se han perforado decenas de miles de pozos de metano y se han instalado amplias instalaciones de apoyo como carreteras, tuberías y compresores para la extracción de CBM en la cuenca del río Powder en el noreste de Wyoming y el sureste de Montana y ahora en la India en Bengala Occidental. Ranigunj, Panagarh, etc. El siete por ciento del gas natural (metano) que se produce actualmente en los Estados Unidos proviene de la extracción de CBM. El metano de los yacimientos de capas de carbón se puede recuperar económicamente, pero la eliminación del agua es una preocupación ambiental.

También hay sitios en el centro de Escocia en Letham Moss.

La mayor parte del gas del carbón se almacena en las superficies internas de la materia orgánica. Debido a su gran superficie interna, el carbón almacena de 6 a 7 veces más gas que el volumen de roca equivalente de un yacimiento de gas convencional. El contenido de gas generalmente aumenta con el rango del carbón, con la profundidad de enterramiento del lecho de carbón y con la presión del yacimiento. Las fracturas, o tacos, dentro de los lechos de carbón suelen estar llenos de agua. Los lechos de carbón más profundos contienen menos agua, pero esa agua es más salina. Eliminar el agua del lecho de carbón reduce la presión y libera metano. Grandes cantidades de agua, a veces salmuera, se producen a partir de pozos de metano en capas de carbón. Los mayores volúmenes de agua se producen durante las primeras etapas de producción. La eliminación ambientalmente aceptable de salmuera es un factor de costo importante para la producción económica de metano. El agua dulce puede descargarse en la superficie, pero la salmuera generalmente se inyecta en la roca a una profundidad donde la salinidad de la salmuera inyectada es menor que la de los fluidos connatos de la roca huésped. La evaporación de agua para la recuperación de residuos sólidos potencialmente vendibles podría ser factible en regiones con altas tasas de evaporación.

Medición del contenido de gas del carbón

Las mediciones del contenido de gas en lechos de carbón se usan comúnmente en la seguridad de las minas, así como en aplicaciones de evaluación y recuperación de recursos de metano en lechos de carbón. Las técnicas de determinación del contenido de gas generalmente se dividen en dos categorías: (1) métodos directos que realmente miden el volumen de metano liberado de una muestra de carbón sellada en un recipiente de desorción y (2) métodos indirectos basados en correlaciones empíricas, o almacenamiento de metano en isotermas de sorción derivadas de laboratorio. datos de capacidad Las isotermas de sorción de laboratorio proporcionan información sobre la capacidad de almacenamiento de una muestra de carbón si se miden en condiciones geológicas realistas de presión y temperatura. Por lo tanto, el contenido máximo de gas que se puede esperar para la recuperación de metano se puede evaluar a partir de tales mediciones de isotermas de laboratorio.

El contenido total de gas por métodos indirectos se basa en la fórmula empírica dada por Meinser y Kim. La cantidad de gas se determina mediante la fórmula de Meisner y Kim utilizando el contenido de humedad, el contenido volátil, el volumen de metano adsorbido en el carbón húmedo, el carbono fijo, el espesor del carbón y la temperatura.
Meinser (1984) observó que la cantidad de gas metano (VCH4) está relacionada con la materia volátil (daf).

V_CH4 = −325,6 × log (VM/37,8)

La estimación del contenido de gas in situ del carbón se evaluará utilizando la ecuación de Kim (Kim 1977)

V = (100 −M − A) /100 × [ Vw /Vd ] [K(P)^N - (b × T)]
Dónde,
V = Volumen de gas metano adsorbido (cc/g)
M = Contenido de humedad (%)
A = Contenido de cenizas (%).
Vw/Vd = 1/(0,25 ×M + 1)
Vw = Volumen de gas adsorbido en carbón húmedo (cc/g)
Vd = Volumen de gas adsorbido en carbón seco (cc/g)
Los valores de K y N dependen del rango del carbón y se pueden expresar en términos de la proporción de carbono fijo (FC) a materia volátil (VM)
K = 0,8 (F.C./V.M) + 5,6 Donde
F.C = Carbono fijo (%)
VM = Materia volátil (%)
N = Composición del carbón (para la mayoría de los carbones bituminosos, N = (0,39 - 0,013 × K)
b =Constante de adsorción por cambio de temperatura (cc/g/◦C).
T = Gradiente geotérmico × (h/ 100) + To
T = Temperatura a la profundidad dada
To = Temperatura del suelo
h = profundidad (m)

Estimación del contenido de metano en mantos de carbón mediante la curva de Karol

En ausencia del contenido de metano medido de las capas de carbón y de los datos de producción de los pozos de metano de la capa de carbón, el contenido de gas se puede estimar mediante la curva de Eddy. Eddy y otros construyeron una serie de curvas que estiman el contenido máximo de metano producible del lecho de carbón en función de la profundidad y el rango.
La estimación del contenido de metano de un lecho de carbón se determina a partir de la curva de Eddy al ubicar la profundidad promedio de cada veta de carbón en el eje de profundidad. Una línea normal se extiende hacia arriba desde el eje de profundidad (pies) para intersectar las curvas de rango de carbón específicas. Una línea desde el punto de la curva se extiende normal al eje del gas perdido y desorbido (cm³/gm). La intersección de la línea y el eje es el contenido de metano estimado de la veta de carbón.

Interpretación del análisis de cenizas

La ceniza es un indicador importante del aporte clástico, derivado de la deposición marina o fluvial de arcilla, limo y arena durante el desarrollo de la turba. El contenido de ceniza del afloramiento parece ser menor que el contenido de ceniza de las muestras del subsuelo. Los contenidos de cenizas más bajos de las muestras de afloramientos pueden deberse a que los depósitos de carbón están echados hacia arriba y más alejados de la influencia marina que las muestras echadas hacia abajo.