شبیه‌سازی عددی فرآیند گازی کردن زیرزمینی زغالسنگ (ucg) با هدف تعیین پارامترهای عملیاتی در مقیاس تجاری، مطالعه موردی؛ لایه k10 منطقه تخت

فرآیند تبدیل به گاز کردن زیرزمینی زغالسنگ یک فرآیند سازگار با محیط‌زیست است که در آن لایه‌های زغالسنگ به صورت برجا به گاز تبدیل شده و سپس استخراج می‌شوند. هدف اصلی از اجرای فرآیند ucg، تولید گاز سنتزی دارای ارزش حرارتی و یا تولید هر یک از گازهای حاصل از فرآیند ucg (مثلا تولید هیدروژن) است. پیش‌بینی مقدار و ارزش حرارتی گاز تولیدی پیش از اجرای فرآیند ucg، برای انجام تحلیل‌های اقتصادی ضروری است. از این رو در این پژوهش یک مدل با استفاده از نرم‌افزار کامسول توسعه داده شده که قادر است تاثیر پارامترهای عملیاتی را بر مقدار، ترکیب و ارزش حرارتی گاز تولیدی پیش‌بینی نماید. در این پژوهش یک الگوی جدید برای گازی کردن کل زغالسنگ موجود در پهنه‌های استخراجی معرفی شده است. طبق این الگو که مراحل آن توسط یک الگوریتم نشان داده شده است، علاوه بر این که کل زغالسنگ موجود در هر پهنه تبدیل به گاز می‌شود؛ ارزش حرارتی گاز تولیدی در حد مورد نیاز به دست می‌آید. الگوی ارائه شده در این پژوهش با یک مطالعه موردی برای لایه k10 منطقه تخت، معرفی شده است. در نهایت پارامترهای عملیاتی برای تولید گاز سنتزی با مقدار و ارزش حرارتی مناسب برای گازی کردن لایه k10 منطقه تخت به دست آمده است. نتایج نشان می‌دهد که در یک دوره 11 ماهه باید 9 کارگاه همزمان با هم فعال باشند و پارامترهای عملیاتی در هر کارگاه شامل دما، فشار کاواک، نرخ تزریق اکسیژن، نرخ تزریق بخارآب و زمان عملیات به ترتیب باید 1273 کلوین، 1 مگاپاسکال، 10 مول بر ثانیه، 20 مول بر ثانیه و 11 ماه باشد. در این صورت لایه‌ی‌ k10 می‌تواند خوراک یک نیروگاه برق 27 مگاواتی سیکل ترکیبی گازی (igcc) را به مدت 22 سال تامین کند.

Numerical Simulation of Underground Coal Gasification Process in order to Determine the Operational Parameters in the Commercial Field; Case Study: K10 Coal Seam of Takht Region

Summary In this paper developed a model by COMSOL software that able to predict operational parameters effect on the components and heating value of produced gas during underground coal gasification. In this model for shown the effects of Operational Parameters on UCG process a Case Study has been developed. The results show that this model able to predict the effects of operational parameters on the components and heating value of produced gas in UCG process.   Introduction Underground Coal Gasification (UCG) process have a good adaptation with environment, in this process at the first insitucoal seam converted to syngas and then would be explorated. The main purpose in UCG process is producing syngas with a heating value or producing each gases that producing in UCG process (for example Hydrogen production). Before implement of UCG process, predict of the components and heating value of syngas is necessary to economic analysis. In this paper presented a new model to gasify all coal in each stope, however; the produced gas have a high heating value.   Methodology and Approaches According to this model, moreover to gasify all of coal in each stope, the extent of heating value of produced gas is the same requested amount. Presented model in this research have been introduced with a Case Study for K10 coal seam of Takht region. Finally Operational Parameters to produce syngas with appropriate components and heating value for gasify K10 coal seam is calculated (it should be noted that this design shows only one possible scenarios).   Results and Conclusions The results for this case study shown that in a period of 11 months, 9 stopes must be active simultaneously and Operational Parameters in each stope including temperature, cavity pressure, oxygen injection rate, steam injection rate and operation time should be consider 1273K, 1MPa, 10 mol/s, 20 mol/s and 11 months respectively. In this case, K10 coal seam can support feed of 27 MW IGCCbased power plant for 22 years.