Науковий вісник НГУ

Обґрунтування ефективності процесу газифікації вугілля з орієнтацією на отримання водню

• 
• 

Рейтинг користувача:  / 0

ГіршийКращий 

Деталі

Категорія: Зміст №3 2025

Останнє оновлення: 25 червня 2025

Опубліковано: 30 листопада -0001

Перегляди: 2623

Authors:

П.Б.Саїк*, orcid.org/0000-0001-7758-1083, Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», м. Дніпро, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

В.Г.Лозинський, orcid.org/0000-0002-9657-0635, Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», м. Дніпро, Україна

Д.В.Янкін, orcid.org/0009-0006-4731-1115, Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», м. Дніпро, Україна

Н.Р.Лисий, orcid.org/0009-0006-7050-0395, Львівський державний університет безпеки життєдіяльності ДСНС України, м. Львів, Україна

О.В.Черняєв, orcid.org/0000-0001-8288-4011, Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», м. Дніпро, Україна

* Автор-кореспондент e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

повний текст / full article

Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2025, (3): 085 - 092

https://doi.org/10.33271/nvngu/2025-3/085

Abstract:

Мета. Обґрунтування технологічних параметрів підземної газифікації вугілля на основі встановленої залежності ефективності процесу формування вигазованого простору від зміни потужності вугільних пластів для визначення раціональних й ефективних режимів газифікації вугілля з орієнтацією на отримання водню.

Методика. Проведення серії лабораторних досліджень із використанням спеціально розробленої експериментальної установки дозволило встановити вплив змінних робочих характеристик на процес газифікації. Застосування методу трапецій використано для визначення параметрів вигазованого проcтору підземного газогенератора на основі встановлених геометричних даних, отриманих при розкриті моделей лабораторних газогенераторів. Визначення нижчої теплоти згорання генераторного газу здійснювалося з урахуванням термодинамічної ймовірності перебігу основних реакцій газифікації у досліджуваному діапазоні температур.

Результати. Проаналізовані сучасні тенденції розвитку технології підземної газифікації вугілля з акцентом на отримання водню як основного енергетичного продукту. Визначені обсяги втрат вугілля у приконтурних зонах підземного газогенератора при газифікації тонких пластів. Обґрунтовані параметри тривалості роботи підземного газогенератора при потужності вугільних пластів від 0,7 до 1,2 м і нижчої теплоти згорання генераторного газу в залежності від температурного режиму.

Наукова новизна. Встановлені залежності зміни максимальної ширини підземного газогенератора й величини розширення довжини вогневого вибою від потужності вугільного пласта, що дозволяє прогнозувати площу вигазованого простору, а також оцінювати рівень втрат вугілля у приконтурних зонах. Встановлено, що підвищення температури в реакційній зоні газогенератора сприяє інтенсифікації процесів термохімічного перетворення вуглецю, що зумовлює збільшення концентрації водню (H₂) й монооксиду вуглецю (CO) у складі синтез-газу, що підвищує його енергетичну цінність і придатність до подальшого використання в системах водневої енергетики.

Практична значимість. Обґрунтовані параметри експлуатаційних втрат вугілля у приконтурних зонах підземного газогенератора й визначена тривалість активної фази процесу газифікації. Отримані результати дозволяють прогнозувати оптимальні місця буріння експлуатаційних свердловин з метою мінімізації втрат вугілля у ціликах між сусідніми газогенераторами. Крім того, на основі цих даних можна оцінити обсяги запасів вугілля, які підлягатимуть газифікації, а також розрахувати очікувані показники виходу генераторного газу, що є ключовим для техніко-економічного обґрунтування процесу.

Ключові слова: підземна газифікація вугілля, генераторний газ, водень, вигазований простір

References.

1. Lozynskyi, V. (2023). Critical review of methods for intensifying the gas generation process in the reaction channel during underground coal gasification (UCG). Mining of Mineral Deposits, 17(3), 67-85. https://doi.org/10.33271/mining17.03.067

2. Guan, D., Wang, B., Zhang, J., Shi, R., Jiao, K., Li, L., & Ni, M. (2023). Hydrogen society: From present to future. Energy & Environmental Science, 16(11), 4926-4943. https://doi.org/10.1039/D3EE02695G

3. Bondarenko, V., Tabachenko, M., & Wachowicz, J. (2010). Possibility of production complex of sufficient gasses in Ukraine. New Techniques and Technologies in Mining – Proceedings of the School of Underground Mining, 113-119. https://doi.org/10.1201/b11329-19

4. Lebrouhi, B. E., Djoupo, J. J., Lamrani, B., Benabdelaziz, K., & Kousksou, T. (2022). Global hydrogen development – A technological and geopolitical overview. International Journal of Hydrogen Energy, 47(11), 7016-7048. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.12.076

5. Dillman, K., & Heinonen, J. (2023). Towards a Safe Hydrogen Economy: An Absolute Climate Sustainability Assessment of Hydrogen Production. Climate, 11(1), 25. https://doi.org/10.3390/cli11010025

6. Kryl, Ia., Paiuk, S., Riepkin, O., Kuzmenko, S., Palamarchuk, V., & Svidenko, K. (2023). Status and prospects of renewable hydrogen use in Ukraine: impact on industry and decarbonization pathways. Mineral Resources of Ukraine, (2), 12-16. https://doi.org/10.31996/mru.2023.2.12-16

7. Bondarenko, V., Salieiev, I., Kovalevska, I., Chervatiuk, V., Malashkevych, D., Shyshov, M., & Chernyak, V. (2023). A new concept for complex mining of mineral raw material resources from DTEK coal mines based on sustainable development and ESG strategy. Mining of Mineral Deposits, 17(1), 1-16. https://doi.org/10.33271/mining17.01.001

8. Gorova, A., Pavlychenko, A., & Borysovs’Ka, O. (2013). The study of ecological state of waste disposal areas of energy and mining companies. Annual Scientific-Technical Colletion ‒ Mining of Mineral Deposits, 169-172. https://doi.org/10.1201/b16354-29

9. Bazaluk, O., Slabyi, O., Vekeryk, V., Velychkovych, A., Ropyak, L., & Lozynskyi, V. (2021). A Technology of Hydrocarbon Fluid Production Intensification by Productive Stratum Drainage Zone Reaming. Energies, 14(12), 3514. https://doi.org/10.3390/en141235140

10.      Midilli, A., Kucuk, H., Topal, M. E., Akbulut, U., & Dincer, I. (2021). A comprehensive review on hydrogen production from coal gasification: Challenges and Opportunities. International Journal of Hydrogen Energy, 46(50), 25385-25412. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.05.088

11.      Gadikota, G., Gaffney, A. M., Santos, R. M., & Duan, L. (2021). Editorial: Emerging Technologies and Associated Scientific Advancements for CCUS Deployment. Frontiers in Energy Research, 9, 649126. https://doi.org/10.3389/fenrg.2021.649126

12.      Saik, P., Lozynskyi, V., Anisimov, O., Akimov, O., Kozhantov, A., & Mamaykin, O. (2023). Managing the process of underground coal gasification. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (6), 25-30. https://doi.org/10.33271/nvngu/2023-6/025

13.      Laciak, M., Kačur, J., & Durdán, M. (2022). Modeling and Control of Energy Conversion during Underground Coal Gasification Process. Energies, 15(7), 2494. https://doi.org/10.3390/en15072494

14.      Feng, Y., Chen, J., & Luo, J. (2024). Life cycle cost analysis of power generation from underground coal gasification with carbon capture and storage (CCS) to measure the economic feasibility. Resources Policy, 92, 104996. https://doi.org/10.1016/j.resourpol.2024.104996

15.      Pivnyak, G., Dychkovskyi, R., Bobyliov, O., Cabana, E. C., & Smoliński, A. (2018). Mathematical and Geomechanical Model in Physical and Chemical Processes of Underground Coal Gasification. Solid State Phenomena, (277), 1-16. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/ssp.277.1

16.      Bazaluk, O., Lozynskyi, V., Falshtynskyi, V., Saik, P., Dychkovskyi, R., & Cabana, E. (2021). Experimental Studies of the Effect of Design and Technological Solutions on the Intensification of an Underground Coal Gasification Process. Energies, 14(14), 4369. https://doi.org/10.3390/en14144369

17.      Mandal, R., & Maity, T. (2023). Operational process parameters of underground coal gasification technique and its control. Journal of Process Control, 129, 103031. https://doi.org/10.1016/j.jprocont.2023.103031

18.      Su, F., Zhang, T., Wu, J., Deng, Q., Hamanaka, A., Yu, Y., Dai, M., He, X., & Yang, J. (2022). Energy recovery evaluation and temperature field research of underground coal gasification under different oxygen concentrations. Fuel, 329, 125389. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.125389

19.      Lozynskyi, V., Falshtynskyi, V., Kozhantov, A., Kieush, L., & Saik, P. (2024). Increasing the underground coal gasification efficiency using preliminary electromagnetic coal mass heating. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1348(1), 012045. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1348/1/012045

20.      Verma, A., Olateju, B., Kumar, A., & Gupta, R. (2015). Development of a process simulation model for energy analysis of hydrogen production from underground coal gasification (UCG). International Journal of Hydrogen Energy, 40(34), 10705-10719. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2015.06.149

21.      Yang, L., Zhang, X., Liu, S., Yu, L., & Zhang, W. (2008). Field test of large-scale hydrogen manufacturing from underground coal gasification (UCG). International Journal of Hydrogen Energy, 33(4), 1275-1285. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2007.12.055

22.      Wei, Z., Jiang, L., Hassanpouryouzband, A., Chen, S., Chen, Y., Ju, Y., Feng, L., …, & Farouq Ali, S. M. (2025). Enabling large-scale enhanced hydrogen production in deep underground coal gasification in the context of a hydrogen economy. Energy Conversion and Management, 325, 119449. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2024.119449

23.      Iriguchi, R., Hamanaka, A., Su, F., Sasaoka, T., Shimada, H., Itakura, K., …, & Deguchi, G. (2024). Effects of water injection on reaction temperature and hydrogen production in horizontal co-axial underground coal gasification. Scientific Reports, 14(1). https://doi.org/10.1038/s41598-024-76966-x

24.      Hu, Z., Peng, Y., Sun, F., Chen, S., & Zhou, Y. (2021). Thermodynamic equilibrium simulation on the synthesis gas composition in the context of underground coal gasification. Fuel, 293, 120462. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.120462

25.      Malashkevych, D., Petlovanyi, M., Sai, K., & Zubko, S. (2022). Research into the coal quality with a new selective mining technology of the waste rock accumulation in the mined-out area. Mining of Mineral Deposits, 16(4), 103-114. https://doi.org/10.33271/mining16.04.103

26.      Proto, A. R., Longo, L., Gambella, F., Zimbalatti, G., Macrì, G., Gallucci, F., …, & Colantoni, A. (2016). Energetic Characteristics of Syngas Obtained from Gasification of Hazelnut Prunings. Procedia ‒ Social and Behavioral Sciences, 223, 835-840. https://doi.org/10.1016/j.sbspro.2016.05.288

27.      Lysyy, N. R., Helesh, A. B., & Popovych, V. V. (2024). Gasification of coal-containing waste. Actual problems of natural sciences development amidst the evolution of artificial intelligence, 303-334. https://doi.org/10.30525/978-9934-26-521-1-7

28.      Lysyy, N. R., Helesh, A. B., & Popovych, V. V. (2024). Thermodynamic studies of coal mining waste gasification processes. Ukrainian School of Mining Engineering, 2024, 49-50. https://doi.org/10.33271/usme17.049

• < Попередня
• Наступна >