Выбор перспективных угольных шахт для реализации проекта получения водорода из дегазационного метана

Рассмотрены современные подходы к дегазации угольных пластов для обеспечения безопасного ведения горных работ при добыче угля подземным способом. Представлен прогноз объемов эмиссии шахтного метана в Кузбассе в ближайшее десятилетие, в котором показано, что объем сохранится на уровне, превышающем один миллиард кубических метров в год. Обсуждаются перспективы получения водорода при переработке шахтного метана. С применением кластерного анализа определены центроиды трех кластеров угольных шахт Кузбасса с близкими значениями относительной и абсолютной метанообильности. Для реализации пилотного проекта утилизации шахтного метана рекомендованы две шахты, характеризующиеся наибольшей абсолютной газообильностью и расположенные в центральной и южной частях угольного бассейна. Представлен усредненный компонентный состав газов метановоздушной смеси, извлекаемый дегазационными системами. Предложена обобщенная схема переработки шахтного метана для получения водорода в технологическом цикле парового риформинга, в котором после удаления из метановоздушной смеси кислорода и азота в трубчатом реакторе в присутствии никелевого катализатора образуется водород. Полученные результаты могут быть использованы для развития проектов переработки шахтного метана, обеспечивающих снижение выбросов этого парникового газа в атмосферу. Показано, что развитию извлечения и переработки шахтного метана будет способствовать формирование углеродного рынка в Российской Федерации.

Тайлаков О. В. Выбор перспективных угольных шахт для реализации проекта получения водорода из дегазационного метана // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2024. – № 11. – С. 88–100. DOI: 10.25018/0236_1493_ 2024_11_0_88.

Исследование выполнено за счет грантов Российского научного фонда 22-13-20040, https://rscf.ru/project/22-13-20040/ и Региона Кемеровская область – Кузбасс.

Тайлаков Олег Владимирович — д-р техн. наук, профессор, главный научный сотрудник, Федеральный исследовательский центр угля и углехимии Сибирского отделения РАН, e-mail: iu@ic.sbras.ru, ORCID ID: 0000-0001-5046-0476.

1. Семенович К. С. О Концепции развития правового регулирования водородной энергетики России // Журнал российского права. — 2022. — Т. 26. — № 2. — С. 47—56. DOI: 10.12737/ jrl.2022.016.

2. Пономарев-Степной Н. Н. Атомно-водородная энергетика // Вестник Российской академии наук. — 2021. — Т. 91. — № 5. — С. 484—498. DOI: 10.31857/S0869587321050194.

3. Галицкая Е. А., Жданеев О. В. Развитие электролизных технологий получения водорода в Российской Федерации // Экология и промышленность России. — 2022. — Т. 26. — № 12. — С. 57—63. DOI: 10.18412/1816-0395-2022-12-57-63.

4. Гайворонский А. И., Гордин М. В., Марков В. А., Карпец Ф. С. Технологии промышленного получения водорода и его использования в транспортных энергетических установках // Двигателестроение. — 2022. — № 1(287). — С. 3—20.

5. Исмагилов З. Р., Матус Е. В., Исмагилов И. З., Хайрулин С. Р. Разработка катализаторов для одностадийных технологий переработки природного газа в этилен, бензол и водород / Газохимия-2023: Тезисы докладов IV Международной конференции и выставки. — М, 2023. — С. 46.

6. Яснева Т. А., Варежкин А. В. Разработка мембраны для выделения водорода из продуктов паровой конверсии метана // Успехи в химии и химической технологии. — 2021. — Т. 35. — № 9(244). — С. 127—130.

7. Chirkunova N. V., Islavath N., Dorogov M. V. Titanium dioxide for hydrogen economy: A brief review // Reviews on Advanced Materials and Technologies. 2023, vol. 5, no. 2, pp. 56—76. DOI: 10.17586/2687-0568-2023-5-2-56-76.

8. Матус Е. В., Никитин А. П., Созинов А. С., Хайрулин С. Р., Исмагилов З. Р. Разработка высокоэффективных катализаторов для производства водорода из метана / Водород. Технологии. Будущее: Сборник тезисов докладов IV Всероссийской научно-практической конференции. — Новосибирск, 2023. — С. 19—20.

9. Бурцева И. Г., Бурцев И. Н. Налоговое стимулирование проектов освоения нетрадиционных углеводородных ресурсов: международный опыт и российские возможности // Север и рынок: формирование экономического порядка. — 2018. — № 6(62). — С. 175—185. DOI: 10.25702/KSC.2220-802X.6.2018.62.175-185.

10. Захаров В. Н., Забурдяев В. С., Федоров Е. В., Шляпин А. В. Безопасность высокопроизводительных очистных забоев в метанообильных шахтах // Горная промышленность. — 2023. — № 6. — С. 64—70. DOI: 10.30686/1609-9192-2023-6-64-70.

11. Федоров Е. В., Кулибаба С. Б., Мешков А. А. Анализ природной метаноносности пласта Болдыревский на шахте им. С.М. Кирова АО «СУЭК-Кузбасс» // Безопасность труда в промышленности. — 2021. — № 3. — С. 61—66. DOI: 10.24000/0409-2961-2021-3-61-66.

12. Золотых С. С. Заблаговременная дегазация угольных пластов как фактор повышения безопасности на шахтах Кузбасса // Горная промышленность. — 2019. — № 5 (147). — С. 18.

13. Сластунов С. В., Ютяев Е. П., Мазаник Е. В., Садов А. П., Понизов А. В. Обеспечение метанобезопасности шахт на основе глубокой дегазации угольных пластов при их подготовке к интенсивной разработке // Уголь. — 2019. — № 7(1120). — С. 42—47. DOI: 10.18796/0041-57902019-7-42-47.

14. Jafarpour A., Najafi M. Selection of compatible coal seam for methane drainage operation based on uncertain geological conditions: A hybrid fuzzy approach // Mathematical Problems in Engineering. 2022, vol. 2022, article 4586979. DOI: 10.1155/2022/4586979.

15. Ширяев С. Н., Агеев П. Г., Черепов А. А., Петрова О. А., Фрянов В. Н. Обоснование направлений развития способов и средств дегазации угольных шахт // Вестник Сибирского государственного индустриального университета. — 2018. — № 3. — С. 28—32.

16. Клишин С. В., Клишин В. И. Исследование взаимодействия пакерных уплотнителей со скважиной при проведении гидроразрыва угольного пласта // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2020. — № 4. — С. 48—58. DOI: 10.15372/FTPRPI20200406.

17. Клишин В. И., Опрук Г. Ю., Клишин С. В., Связев С. И. Поинтервальный гидроразрыв угольного пласта для интенсификации процесса дегазации // Уголь. — 2022. — № S12 (1162). — С. 16—22. DOI: 10.18796/0041-5790-2022-S12-16-22.

18. Коликов К. С., Сластунов С. В., Мазаник Е. В. Повышение эффективности дегазации при высокопроизводительной выработке угольных пластов // Безопасность труда в промышленности. — 2019. — № 1. — С. 71—76. DOI: 10.24000/0409-2961-2019-1-71-76.

19. Мазаник Е. В., Понизов А. В., Сметанин В. С., Сластунов С. В. Шахтные испытания усовершенствованной технологии гидроразрыва угольного пласта для повышения эффективности предварительной дегазации // Знание. — 2017. — № 4-1 (44). — С. 41—50.

20. Васильчук М. П., Зимич В. С., Попов В. Б., Тимошенко А. М. Проблемы дегазации на угольных шахтах России // Безопасность труда в промышленности. — 2003. — № 11. — С. 32—33.

21. Одинцев В. Н., Закалинский В. М., Шиповский И. Е., Мингазов Р. Я. Оценка влияния магистральных радиальных трещин, образующихся при камуфлетном взрыве, на условия дегазации пласта // Взрывное дело. — 2023. — № 138-95. — С. 5—21.

22. Васильев А. Н., Шишляев В. В., Кузнецов Р. В. Методические подходы к построению геолого-гидродинамических моделей для оценки снижения газоносности угольных пластов при проектировании заблаговременной дегазации шахтных полей // Проблемы недропользования. — 2022. — № 2(33). — С. 5—22. DOI: 10.25635/2313-1586.2022.02.005.

23. Шевченко Л. А. Основные принципы проектирования предварительной дегазации угольных пластов // Евразийское Научное Объединение. — 2019. — № 1-7(47). — С. 424—426.

24. Тайлаков О. В., Застрелов Д. Н., Уткаев Е. А., Макеев М. П. Применение двуокиси углерода для интенсификации газоотдачи разрабатываемого угольного пласта // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. — 2020. — № 4. — С. 461—468.

25. Ruihui Li, Zhaolong Ge, Zepeng Wang, Zhe Zhou, Jing Zhou, Chengtian Li Effect of supercritical carbon dioxide (ScCO2) on the microstructure of bituminous coal with different moisture contents in the process of ScCO2 enhanced coalbed methane and CO2 geological sequestration // Energy & Fuels. 2022, vol. 36, no. 7, pp. 3680—3694. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.1c04027.

26. Петренко И. Е. Итоги работы угольной промышленности России за январь—декабрь 2022 года // Уголь. — 2023. — № 3 (1165). — С. 21—33. DOI: 10.18796/0041-5790-2023-3-21-33.

27. Тайлаков О. В., Уткаев Е. А., Макеев М. П. Фугитивные выбросы метана и технологии их сокращения при угледобыче в Кузбассе // Горная промышленность. — 2022. — № 6. — С. 54—59. DOI: 10.30686/1609-9192-2022-6-54-59.

28. Шишулин С. С. Методология сравнительного статистического анализа промышленности России на основе кластерного анализа // Статистика и Экономика. — 2017. — № 3. — С. 21—30. DOI: 10.21686/2500-3925-2017-3-21-30.