Kömür yatağı metan - Coalbed methane

1960'larda kömür madenciliği için kullanılan bir Alman metan dedektörü.

Kömür yatağı metan ( CBM veya kömür yatağı metan ), kömür yatağı gazı , kömür dikiş gazı ( CSG ) veya kömür madeni metan ( CMM ), kömür yataklarından çıkarılan bir doğal gaz şeklidir . Son yıllarda Amerika Birleşik Devletleri, Kanada, Avustralya ve diğer ülkelerde önemli bir enerji kaynağı haline geldi.

Terim , kömürün katı matrisine emilen metan anlamına gelir . Hidrojen sülfür içermediği için "tatlı gaz" olarak adlandırılır . Bu gazın varlığı, ciddi bir güvenlik riski oluşturduğu yeraltı kömür madenciliğinde ortaya çıkmasından iyi bilinmektedir . Kömür yatağı metan, tipik bir kumtaşı veya diğer geleneksel gaz rezervuarlarından farklıdır , çünkü metan, adsorpsiyon adı verilen bir işlemle kömür içinde depolanır . Metan, sıvıya yakın bir haldedir ve kömür içindeki gözeneklerin (matriks olarak adlandırılır) içini kaplar. Kömürdeki açık çatlaklar (kamalar olarak adlandırılır) ayrıca serbest gaz içerebilir veya su ile doyurulabilir.

Konvansiyonel rezervuarlardan elde edilen çok sayıda doğal gazın aksine, kömür yatağı metan, propan veya bütan gibi çok az ağır hidrokarbonlar içerir ve doğal gaz yoğuşması içermez . Genellikle yüzde birkaça kadar karbondioksit içerir . Kömür yatağı metan genellikle kerojen ve organik maddenin termal olgunlaşması nedeniyle oluşur. Bununla birlikte, düzenli yeraltı suyu beslemesi olan kömür damarları , yerinde yaşayan mikrobiyal topluluklar tarafından üretilen metanı görür.

Tarih

Kömür yatağı metan, kömür damarlarından çıkan metandan büyüdü. Bazı kömür yataklarının uzun süredir "gazlı" olduğu biliniyor ve bir güvenlik önlemi olarak, yüzeyden dikişlere sondaj delikleri açıldı ve maden çıkarmadan önce metan gazının dışarı çıkmasına izin verildi.

Bir doğal gaz kaynağı olarak kömür yatağı metan, 1970'lerin sonlarında ABD federal hükümetinden büyük bir baskı aldı. Federal fiyat kontrolleri, doğal gaz fiyatlarını piyasa seviyelerinin altında tutarak doğal gaz sondajını caydırıyordu; aynı zamanda hükümet daha fazla gaz üretimini teşvik etmek istedi. ABD Enerji Bakanlığı, kömür yatağı metan da dahil olmak üzere bir dizi geleneksel olmayan gaz kaynağına yönelik araştırmaları finanse etti. Kömür yatağı metan federal fiyat kontrollerinden muaf tutuldu ve ayrıca federal bir vergi kredisi verildi.

Avustralya'da, kömür dikiş gaz ticari ekstraksiyonu 1996 başlayan Bowen havzasının arasında Queensland .

Rezervuar özellikleri

Kömür yatağı metanında bulunan gaz esas olarak metan ve eser miktarlarda etan , nitrojen , karbon dioksit ve birkaç diğer gazdır. Doğada bulunan kömürün içsel özellikleri, geri kazanılabilecek gaz miktarını belirler.

gözeneklilik

Kömür yatağı metan rezervuarları çift ​​gözenekli rezervuarlar olarak kabul edilir. Çift gözenekli rezervuarlar, akış davranışından kilitlerle (doğal kırıklar) ilgili gözenekliliğin sorumlu olduğu ve matrisin rezervuar gözenekliliğinin gazın depolanmasından sorumlu olduğu rezervuarlardır. Gözeneklilik bir kömür yatağı metan haznenin 10% -20% arasında değişebilir; Ancak, rezervuarın kilit gözenekliliğinin %0.1-1 aralığında olduğu tahmin edilmektedir.

Adsorpsiyon kapasitesi

Kömürün adsorpsiyon kapasitesi, genellikle SCF ( standart fit küp , standart basınç ve sıcaklık koşullarındaki hacim) gaz/ton kömür olarak ifade edilen birim kömür kütlesi başına adsorbe edilen gaz hacmi olarak tanımlanır . Adsorpsiyon kapasitesi kömürün derecesine ve kalitesine bağlıdır. Aralık, ABD'de bulunan çoğu kömür damarı için genellikle 100 ile 800 SCF/ton arasındadır. Kömür yataklarındaki gazın çoğu adsorplanmış haldedir. Rezervuar üretime alındığında önce çatlak boşluklarındaki su pompalanır. Bu, gazın matristen basınç arttırıcı desorpsiyonunun azalmasına yol açar.

kırılma geçirgenliği

Daha önce tartışıldığı gibi, kırılma geçirgenliği gazın akması için ana kanal görevi görür. Geçirgenlik ne kadar yüksek olursa, gaz üretimi o kadar yüksek olur. ABD'de bulunan çoğu kömür damarı için geçirgenlik 0,1-50 miliDarcys aralığındadır. Kırık rezervuarların geçirgenliği, onlara uygulanan stres ile değişir. Kömür, strese duyarlı bir geçirgenlik gösterir ve bu süreç, uyarım ve üretim operasyonları sırasında önemli bir rol oynar. Kömür yatağı metan rezervuarındaki kırılma geçirgenliği gazın tükenmesiyle artma eğilimindedir; geleneksel rezervuarların aksine. Bu benzersiz davranış, matrisinden metan salındığında kömürün büzülmesinden kaynaklanır, bu da çatlakların açılmasına ve geçirgenliğin artmasına neden olur. Ayrıca, daha düşük rezervuar basınçlarında kömür matrisinin büzülmesinden dolayı, rezervuarda, kömürün yerinde bozulmasına neden olan bir yatay stres kaybı olduğuna inanılmaktadır. Böyle bir başarısızlık, rezervuarın kırılma geçirgenliğinin ani azalmasına bağlanmıştır.

Formasyonun kalınlığı ve ilk rezervuar basıncı

Formasyonun kalınlığı bazı bölgelerde üretilen gazın hacmi ile doğru orantılı olmayabilir.

Örneğin, Güneydoğu Kansas'taki Cherokee Havzasında , 1 ila 2 fit (0,3 ila 0,6 m) tek bir alana sahip bir kuyunun mükemmel gaz oranları üretebileceği, buna karşın iki katı kalınlıkta alternatif bir oluşumun üretebileceği gözlemlenmiştir. hiçbir şeyin yanında. Bazı kömür (ve şeyl) oluşumları, muhtemelen bölgenin jeolojisinin diğer faktörlerine bağlı olarak, oluşumun kalınlığından bağımsız olarak yüksek gaz konsantrasyonlarına sahip olabilir.

Kuyu bloğu ile kum yüzeyi arasındaki basınç farkı, genel olarak herhangi bir üretim rezervuarında olduğu gibi mümkün olduğunca yüksek olmalıdır.

Diğer özellikler

Diğer etkileyen parametreler arasında sırasıyla Sw = 1.0 ve Sg = 1-Sw indirgenemez koşullarda kömür yoğunluğu, ilk gaz fazı konsantrasyonu, kritik gaz doygunluğu, indirgenemez su doygunluğu, suya ve gaza nispi geçirgenlik yer alır.

çıkarma

Kömür yatağı metan kuyusu diyagramı (ABD DOE)
Kömür yatağı metan kuyusunun tipik üretim profili (USGS)

Gazı çıkarmak için, yerin 100 ila 1.500 metre (330 ila 4.920 ft) altındaki kömür damarına çelik kaplı bir delik açılır. Doğal üretim veya kömür yatağından suyun pompalanması nedeniyle kömür damarı içindeki basınç azaldıkça, hem gaz hem de üretilen su borular aracılığıyla yüzeye çıkar. Daha sonra gaz bir kompresör istasyonuna ve doğal gaz boru hatlarına gönderilir. Üretilen su ya izole oluşumlara yeniden enjekte edilir, akarsulara bırakılır, sulama için kullanılır ya da buharlaşma havuzlarına gönderilir. Su tipik olarak sodyum bikarbonat ve klorür gibi çözünmüş katılar içerir, ancak oluşum jeolojisine bağlı olarak değişir.

Kömür yataklı metan kuyuları genellikle geleneksel rezervuarlardan daha düşük gaz oranlarında üretir, tipik olarak günde yaklaşık 300.000 fit küp (8.500 m 3 ) (yaklaşık 0.100 m³/s) ile zirve yapar ve yüksek başlangıç ​​maliyetlerine sahip olabilir. CBM kuyularının üretim profilleri, tipik olarak, su pompalanırken gaz üretim hızının başlangıçta arttığı ve gazın desorbe olmaya ve akmaya başladığı bir " negatif düşüş " ile karakterize edilir . Kuru bir CBM kuyusu, standart bir gaz kuyusuna benzer.

Metan desorpsiyon işlemi, Langmuir izotermi adı verilen bir eğriyi (gaz içeriğine karşı rezervuar basıncı) takip eder . İzoterm, bir maksimum gaz içeriği (sonsuz basınçta) ve bu gazın yarısının kömür içinde bulunduğu basınç ile analitik olarak tanımlanabilir. Bu parametreler (sırasıyla Langmuir hacmi ve Langmuir basıncı olarak adlandırılır) kömürün özellikleridir ve çok çeşitlidir. Bir kömür Alabama ve bir kömür Colorado aksi benzer kömür özelliklerine rağmen tamamen farklı Langmuir parametreleri olabilir.

Üretim bir kömür rezervuarından gerçekleştiği için, basınçtaki değişikliklerin kömürün gözenekliliği ve geçirgenliğinde değişikliklere neden olduğuna inanılmaktadır. Bu genellikle matris büzülmesi/şişmesi olarak bilinir. Gaz desorbe edildiğinde, gazın gözeneklerin içinde uyguladığı basınç azalır, bu da gözeneklerin küçülmesine ve kömürden gaz akışının kısıtlanmasına neden olur. Gözenekler küçüldükçe, genel matris de küçülür, bu da sonunda gazın geçebileceği alanı (kilitler) artırarak gaz akışını arttırır.

Bir CBM kaynağı olarak belirli bir kömür yatağının potansiyeli aşağıdaki kriterlere bağlıdır. Kilit yoğunluğu/yoğunluğu: kilitler, kömür levhaları içinde sınırlandırılmış bağlantılardır. Kömür damarına geçirgenlik kazandırırlar. CBM'nin karlı bir şekilde kullanılması için yüksek bir kilit yoğunluğu gereklidir. Maseral bileşimi de önemlidir: maseral , karşılık gelen tortul kayanın mikroskobik, homojen, petrografik bir varlığıdır. İnertinit aynı şeyi engellerken, yüksek vitrinit bileşimi CBM ekstraksiyonu için idealdir.

Kömür sıralaması da CBM içeriğiyle ilişkilendirilmiştir: %0,8-1,5'lik bir vitrinit yansımasının, kömür yatağının daha yüksek üretkenliği anlamına geldiği bulunmuştur.

Doğal gazlı cihazlar, fit küp başına yaklaşık 1.000 BTU ( İngiliz ısı birimi ) ısıtma değerine sahip gaz veya neredeyse saf metan için tasarlandığından, gaz bileşimi dikkate alınmalıdır . Gaz, nitrojen veya karbon dioksit gibi yüzde birkaçtan fazla yanıcı olmayan gazlar içeriyorsa , boru hattı kalitesini elde etmek için bunların çıkarılması veya daha yüksek BTU'lu gazla karıştırılması gerekecektir . Kömür yatağı gazının metan bileşimi %92'den az ise, ticari olarak pazarlanamayabilir.

Çevresel etkiler

Metan

Tüm karbon bazlı fosil yakıtlarda olduğu gibi, kömür yatağı metan gazının yanması atmosfere karbondioksit (CO 2 ) salmaktadır . Sera gazı olarak etkisi ilk olarak kimyager ve fizikçi Svante Arrhenius tarafından incelenmiştir . CBM üretimi ayrıca atmosfere kaçak metan sızıntılarını da beraberinde getirir. Metan CO daha kütle birimi başına küresel ısınma 72 katı bir etkiye sahip olarak derecelendirilmiştir 2. 500 yıl boyunca 25 100 yılda birkaç kez ve 7.5 kat azaltmak, 20 yıl. Enerji kaynaklarının yaşam döngüsü sera gazı emisyonlarının analizi, konvansiyonel doğal gazda olduğu gibi CBM'den elektrik üretiminin kömürün sera gazı etkisinin yarısından daha azına sahip olduğunu göstermektedir.

Amerika Birleşik Devletleri'nde madencilik sırasında kömürden kaçan metan, toplam metan emisyonlarının yüzde 10'unu oluşturuyor . Madencilik öncesinde kömür madeni metanının geri kazanılması, metan emisyonlarını azaltmak için büyük bir fırsat olarak görülüyor.

altyapı

CBM kuyuları, yollar, boru hatları ve kompresör istasyonları ağı ile birbirine bağlıdır. Zamanla, kalan metanı çıkarmak için kuyular daha yakın aralıklarla yerleştirilebilir.

üretilen su

Gaz ekstraksiyonunun bir yan ürünü olarak yüzeye çıkarılan üretilen suyun kalitesi bölgeden bölgeye büyük ölçüde değişir, ancak tuzlar , doğal olarak bulunan kimyasallar, ağır metaller ve radyonüklidler gibi istenmeyen konsantrasyonlarda çözünmüş maddeler içerebilir . Birçok üretim bölgesinde su, örneğin bir Ters Ozmoz tesisi aracılığıyla arıtılır ve sulama, çiftlik hayvanları için su, kentsel ve endüstriyel kullanımlar veya toz bastırma için faydalı bir şekilde kullanılır.

Pilliga Ovma

2012'de Eastern Star Gas, Pilliga Scrub'da "yüksek düzeyde tuz içeren kirletici suyu Bohena Creek'e boşaltmak" nedeniyle para cezasına çarptırıldı. "Ormanlık alana ve bir dereye ciddi miktarda tuzlu su dökülmesi" de dahil olmak üzere "kontamine suların 16 sızıntısı veya sızıntısı" vardı. 2012 yılında, bir NSW Yasama Konseyi soruşturması, açık tutma havuzlarının kullanımını eleştirdi ve "NSW Hükümeti'nin üretilen suyun açıkta depolanmasını yasaklamasını" önerdi.

Toz Nehir Havzası

Kömür yatağı metan üretilen suların tümü tuzlu veya başka bir şekilde istenmeyen değildir. ABD, Wyoming'deki Toz Nehir Havzası'ndaki kömür yataklı metan kuyularından gelen su, genel olarak federal içme suyu standartlarını karşılar ve bölgede hayvancılık için yaygın olarak kullanılır. Sulama için kullanımı, nispeten yüksek sodyum adsorpsiyon oranı ile sınırlıdır .

yeraltı suyu

Akifer bağlantısına bağlı olarak, su çekilmesi akiferleri geniş bir alanda baskılayabilir ve yeraltı suyu akışlarını etkileyebilir. Avustralya'da, CBM endüstrisi, yılda 126.000 milyon litre (3.3 × 10 10 ABD galon) ila 280.000 milyon litre (7.4 × 10 10 ABD galon) yeraltı suyu çıkarıldığını tahmin ediyor ; Ulusal Su Komisyonu ise yılda 300.000 milyon litrenin (7.9 × 10 10 ABD galon) üzerinde ekstraksiyon tahmin ediyor .

Güç üretimi

2012 yılında Aspen Skiing Company , Colorado , Somerset'te Oxbow Carbon'un Elk Creek Madeninde 3 megavatlık bir metan-elektrik santrali inşa etti .

Kömür yatağı metan üreten alanlar

Avustralya

Kömür Dikişi Gaz kaynakları, Queensland ve Yeni Güney Galler'deki başlıca kömür havzalarındadır ve Güney Avustralya'da daha fazla potansiyel kaynak bulunmaktadır. Kömür dikiş gazının (CSG) ticari olarak geri kazanımı 1996 yılında Avustralya'da başladı. 2014 itibariyle, Queensland ve Yeni Güney Galler'den gelen kömür dikiş gazı, Avustralya'nın gaz üretiminin yaklaşık yüzde onu oluşturuyordu. Gösterilen rezervlerin Ocak 2014 itibariyle 33 trilyon fit küp (35905 petajul) olduğu tahmin edilmektedir.

Kanada

Kanada'da, British Columbia'nın yaklaşık 90 trilyon fit küp (2,5 trilyon metreküp) kömür yatağı gazına sahip olduğu tahmin edilmektedir. Alberta , 2013 yılında, ticari kömür yataklı metan kuyularına sahip tek ildi ve yaklaşık 170 trilyon fit küp (4,8 trilyon metreküp) ekonomik olarak geri kazanılabilir kömür yatağı metanına sahip olduğu ve toplam rezervlerin toplamı 500 trilyon fit küp (14 trilyon küp küp) olduğu tahmin ediliyor. metre).

Kömür yatağı metan yenilenemez bir kaynak olarak kabul edilir , ancak Alberta Araştırma Konseyi , Alberta Jeolojik Araştırmalar ve diğerleri, metanı oluşturan bakteriyel eylem devam ettiği için kömür yatağı metanın yenilenebilir bir kaynak olduğunu savundu . Bu, CBM üretimine eşlik eden susuzlaştırmanın bakterilerin metan üretmesi için gereken koşulları yok ettiği ve ek metan oluşum hızının belirlenmediği için tartışmaya tabidir. Bu tartışma henüz neden olan mülkiyet hakkını meselenin Kanadalı ilin arasında Alberta sadece sigara yenilenebilir kaynaklar yasal olarak ilin ait olması gibi.

Birleşik Krallık

Britanya'nın kömür sahalarında bulunan gazın 2,900 milyar metreküp olduğu tahmin edilse de, ekonomik olarak yüzde bir kadar az bir miktar geri kazanılabilir olabilir. İngiltere'nin CBM potansiyeli büyük ölçüde test edilmemiştir. Bir miktar metan, kömür madeni havalandırma operasyonları ile çıkarılır ve elektrik üretmek için yakılır. Kömür yatağı metan kuyularının madencilikten bağımsız olarak özel sektör tarafından değerlendirilmesi, 2008 yılında, 7.000 kilometrekarelik potansiyel kömür yatağı metan alanını kapsayan 55 karada arama ruhsatı verildiğinde başladı. IGas Energy , Birleşik Krallık'ta maden havalandırmasından ayrı olarak kömür yataklı metanı ticari olarak çıkaran ilk şirket oldu; 2012 itibariyle, Doe Green'deki elektrik üretimi için gaz çıkaran Igas kömür yataklı metan kuyuları, Birleşik Krallık'taki tek ticari CBM kuyularıydı.

Amerika Birleşik Devletleri

2017 yılında Amerika Birleşik Devletleri kömür yatağı metan üretimi, o yıl tüm ABD kuru gaz üretiminin yüzde 3,6'sı olan 1,76 trilyon fit küp (TCF) idi. 2017 üretimi, 2008'deki 1,97 TCF zirvesinden düştü. Çoğu CBM üretimi, Colorado, Wyoming ve New Mexico'daki Rocky Mountain eyaletlerinden geldi.

Kazakistan

Sektör profesyonellerine göre, Kazakistan önümüzdeki yıllarda büyük bir kömür yatağı metan (CBM) sektörünün gelişimine tanık olabilir. Ön araştırmalar, Kazakistan'ın ana kömür sahalarında 900 milyar m3 kadar gaz olabileceğini gösteriyor - Kazakistan'daki tüm rezervlerin % 85'i.

Hindistan

Great Eastern Energy (GEECL) tarafından 23 dikey üretim kuyusunun sondajının tamamlanmasıyla , kömür yatağı metan Hindistan'da ticari satış amacıyla 14 Temmuz 2007'den itibaren CNG için kg başına ₹ 30 fiyatla satışa sunulacak. Başlangıçta CBM'nin %90'ı araçlar arasında CNG gazı olarak dağıtılacaktı. GEECL ayrıca Güneydoğu Asya'daki ilk CBM istasyonunu kuruyor ve aynısı Hindistan'da Batı Bengal'deki Asansol şehrinde bulunacak. GEECL, ilk saha geliştirme planı onaylanan ilk şirkettir.

GEECL Başkanı ve COO'su Prashant Modi, "Hindistan'ın Kömür Yataklı Metan arama, üretim, pazarlama ve dağıtımına girişen ilk özel sektör şirketi olmaktan gurur duyuyoruz. Ülke, gelişimini sürdürmek için daha yüksek enerji kaynaklarına ihtiyaç duyuyor. CBM'nin gelecek nesiller için ana enerji kaynaklarından biri olarak önemli bir rol oynayacağından eminiz."

Essar Group'un Essar Petrol ve Gaz Arama ve Üretim Ltd.'nin CBM portföyü 5 bloktan oluşmaktadır. Şu anda bunlardan sadece biri, Raniganj East şu anda faaliyette. Diğerleri Jharkhand'da Rajmahal, Odisha'da Talcher ve Ib Valley ve Madhya Pradesh'te Sohagpur'dur. 5 blok, tahmini 10 Trilyon Fit küp (CBF) CBM rezervine sahiptir.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar