Мониторинг зоны газификации и ее поведения при подземной газификации угля методом акустической эмиссии вместо измерения температуры

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 9757 (2023) Цитировать эту статью

410 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Подземная газификация угля (ПГУ) требует мониторинга зоны газификации, поскольку процесс газификации невидим, а температура реакции превышает 1000 °C. Многие события разрыва, произошедшие из-за нагревания угля, могут быть зафиксированы с помощью метода мониторинга акустической эмиссии (АЭ) во время работы ПГУ. Однако температурные условия, способствующие возникновению трещин во время UCG, еще не выяснены. Таким образом, эксперимент по нагреву угля и мелкомасштабный эксперимент UCG проводятся путем измерения температуры и активности AE в этом исследовании, чтобы изучить применимость метода AE вместо измерения температуры в качестве метода мониторинга во время UCG. В результате при резком изменении температуры угля, особенно во время его газификации, возникает множество трещин. Кроме того, увеличение событий АЭ в датчике вблизи источника тепла и источники АЭ широко расширяются с расширением высокотемпературной области. Мониторинг АЭ является эффективным методом оценки площади газификации при ПГУ вместо мониторинга температуры.

Спрос на энергию растет день ото дня по мере роста экономики и населения во всем мире. Уголь по-прежнему является важным энергетическим ресурсом в качестве основного источника энергии из-за больших запасов и меньшей распространенности в регионе. Однако многие запасы угля остаются без добычи по технологическим и экономическим причинам в традиционных системах добычи полезных ископаемых. Подземная газификация угля (ПГУ) — это метод извлечения энергии угля из-под земли путем газификации на месте. UCG способствует улучшению коэффициента рекуперации энергии из угля, поскольку позволяет извлекать энергию из неиспользованного угля. Кроме того, агенты закачки и температура угольного пласта влияют на состав добываемого газа, например, закачка пара увеличивает добычу водорода1,2,3. Таким образом, ПХГ является многообещающим вариантом улучшения рекуперации угольной энергии как экологически чистой технологии использования угля. В ПХГ получение продуктового газа можно повысить за счет расширения зоны газификации с помощью высоких температур. С другой стороны, чрезмерное расширение территории газификации вызывает ряд экологических проблем, таких как утечка газа, деформация окружающего грунта и загрязнение подземных вод4,5,6. Поэтому ПГУ необходима система мониторинга для контроля зоны газификации.

Зону газификации ПГУ можно принять по температуре угля7,8. Однако измерить температуру угольных пластов на реальной площадке ПГУ практически сложно. Вместо измерения температуры внедрены методы контроля зоны газификации ПХГ. Обсуждалось применение методов геофизического мониторинга, таких как электротомография9, метод удельного электрического сопротивления10, микрогравитационная съемка11 и георадиолокация12,13. Также описана оценка роста полости и скорости газификационного пламени с помощью математической модели14,15,16,17. Данное исследование посвящено применению акустической эмиссии (АЭ) для мониторинга зоны газификации. Мониторинг АЭ может быть альтернативным методом измерения температуры, поскольку микросейсмические явления возникают из-за расширения или сжатия угля при нагревании. АЭ генерируется одновременно с образованием трещин в материале, а это означает, что мониторинг АЭ может осуществляться в режиме реального времени. Кроме того, можно определить место активности гидроразрыва путем расчета разницы во времени прибытия сейсмических сигналов и координации датчиков с анализом местоположения источника. Многие ученые сообщают о возникновении трещин при нагревании угля из-за различных коэффициентов теплового расширения минералов18,19, изменения структуры пор20,21,22 и теплового сжатия23,24,25. Дин и др.26 измерили количество АЭ и развитие трещин при нагревании угля. Сигнал АЭ активен, особенно при расширении ширины трещины ниже 300–500 °С. Также сообщалось, что сигналы АЭ увеличиваются при нагреве в условиях нагрузки по сравнению с без нагрева27.