برآورد عرض مناسب فضای استخراجی در روش تبدیل به گاز کردن زیرزمینی زغال‌‌سنگ (UCG)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار؛ دانشکده‌ی مهندسی معدن و متالورژی؛ دانشگاه یزد

2 دانشیار؛ دانشکده‌ی مهندسی معدن، نفت و ژئوفیزیک؛ دانشگاه شاهرود

3 استاد؛ دانشکده‌ی مهندسی معدن، نفت و ژئوفیزیک؛ دانشگاه شاهرود

چکیده

تعیین عرض مناسب پهنه‌های استخراجی، یکی از مهم‌ترین مراحل طراحی در تبدیل به گاز کردن زیرزمینی زغال‌سنگ (UCG: Underground Coal Gasification) است. این پارامتر تاثیر مستقیمی بر اقتصادی بودن طرح دارد. کوچک در نظر گرفتن عرض پهنه‌های استخراجی، سبب افزایش هزینه‌‌های حفاری شده و بزرگ در نظر گرفتن آن سبب می‌شود فرآیند UCG نه تنها از نظر ترکیب گازهای خروجی از کارایی مناسبی برخوردار نباشد، بلکه موجب خاموش شدن راکتور UCG نیز می‌شود. با توجه به اهمیت موضوع تعیین عرض فضای استخراجی در روش UCG، در این مقاله با شناسایی عوامل اثرگذار بر عرض فضای استخراجی، یک رابطه‌ی تجربی جدید با کاربرد رگرسیون چند متغیره‌ی غیر خطی بر اساس داده‌های برگرفته شده از 6 مجموعه‌ی UCG که به روش منبع احتراق قابل کنترل پسرو (CRIP: Controlled Retraction Injection Point) اجرا شده‌اند، ارایه شده است. نتایج اعتبارسنجی انجام شده بر روی مدل، صحت مدل ارایه‌ شده برای برآورد اولیه‌ی عرض مناسب پهنه‌های UCG را تایید می‌نماید. بکارگیری مدل آماری ارایه شده بر روی لایه‌ی زغالی M2 مزینوی طبس بیانگر آن است که عرض اولیه‌ی پهنه‌های گاز کردن باید در حدود 45 متر باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Prediction of Suitable Panel Width in Underground Coal Gasification Process

نویسندگان [English]

  • Mehdi Najafi 1
  • Seyed Mohammad Esmaiel Jalali 2
  • Reza Khalokakei 3
1 Assistance Professor; Faculty of Mining and Metallurgical Eng.; Yazd University
2 Associate Professor; Faculty of Mining Eng., Petroleum and Geophysics; Shahrood University
3 Professor; Faculty of Mining Eng., Petroleum and Geophysics; Shahrood University
چکیده [English]

Underground coal gasification (UCG) is a procedure in which in-situ coal is converted to gas. This process forms a cavity (panel) in the coal seam. The panel width will vary with thickness of the coal, energy in the coal and amount of groundwater that runs into the reactor. Unsuitable deign of panel width directly impacts the economic and environmental factors. Therefore, in this research a new method for estimating panel width has been developed using non-linear regression analysis based on data gathered from the 6 UCG field trials which gasified by Controlled Retraction Injection Point (CRIP) method.
 
Introduction
There is currently no empirical equation for estimation of panel width in UCG design. In this study, at the first stage, a series of simple regression analysis between the independent variables and the dependent variable (panel width) using the data of 6 UCG field trials were implemented. Regression analysis was carried out using SPSS software. The result of this stage revealed that obtaining a reliable relation for the estimation of the panel width using a unique variable is almost impossible. At the second stage, the multiple linear regression analysis was implemented to obtain a relation between panel width and independent variable. Findings showed no reliably relation for estimation of panel width. Finally, the non-linear regression analysis was implemented for development of an empirical model. The results of this study showed a better relationship between independent variables and panel width.
 
Methodology and Approaches
In this study, non-linear regression analysis has been employed based on data gathered from the 6 UCG field trials and then empirical model has been developed. For this purpose the SPSS21 software has been used.
 
Results and Conclusions
In this paper, a new empirical model developed by non-linear multiple regression method for predication of the panel width in UCG design. During the analysis, five possible independent variables coal seam thickness, coal seam depth, operation pressure, coal seam permeability and coal calorific value are used to predict the panel width in UCG. The results of this study show that the developed empirical model can reliably predict the panel width in UCG process. The most important application of this model is to predict panel width before the construction of a UCG pilot. Base on this model, the panel width is estimated 45 m in Tabas Mazino coal deposit.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Underground Coal Gasification
  • Excavation panel
  • Multiple Regression
  • Mazino Coal Basin
[1]      Burton, E., Friedmann, J., & Upadhye, R. (2006). Best Practices in Underground Coal Gasification. US DOE Contract No. W-7405-Eng-48. Livermore, CA, USA: Lawrence Livermore National Laboratory. https://www.purdue.edu/discoverypark/energy/assets/pdfs/cctr/BestPracticesinUCG-draft.pdf.

[2]      Couch, G. R. (2009). Underground Coal Gasification. IEA Clean Coal Centre. ISBN 978-92-9029-471-9. http://www.coalonline.info/DocId=7790.

[3]      Younger, P. L. (2011). Hydrogeological and Geomechanical Aspects of Underground Coal Gasification and its Direct Coupling to Carbon Capture and Storage. Mine Water and the Environment30(2), 127-140. http://dx.doi.org/10.1007/s10230-011-0145-5.

[4]      Perkins, G. M. P. (2005). Mathematical Modeling of Underground Coal Gasification. PhD Thesis: School of Materials Science & Engineering, Faculty of Science, The University of New South Wales. http://handle.unsw.edu.au/1959.4/25518.

[5]      Sarraf Shirazi, A., Mmbaga, J. P., Gupta, and Hayes, R. E. ( 2011). Modeling Cavity Growth during Underground Coal Gasification. 2011 COMSOL Conferences in Boston. ISBN: 9780983968825. http://www.comsol.com/paper/download/83903/shirazi_paper.pdf.

[6]      لطفی آزاد، ع. ا. (1391). برآورد میزان نشت در کارگاه‌های استخراج UCG، مطالعه‌ی موردی معدن زغال‌سنگ مزینوی طبس. پایان‌نامه‌ی کارشناسی‌ارشد، دانشگاه صنعتی شاهرود.

[7]      نجفی، م.، جلالی، س. م. ا.، و خالوکاکایی، ر. (1391). بررسی پارامترهای موثر بر رشد کاواک ایجاد شده در اثر فرآیند گاز کردن زیرزمینی زغال‌سنگ (UCG). چهارمین کنفرانس مهندسی معدن. دانشگاه تهران.

[8]       موسوی، م. (1390). تحلیل پایداری کارگاه‌های استخراج UCG، مطالعه‌ی موردی معدن زغال‌سنگ تخت. پایان‌نامه‌ی کارشناسی‌ارشد، دانشگاه یزد.

[9]      Dinsmoor, B., Galland, J. M., & Edgar, T. F. (1978). The Modeling of Cavity Formation during Underground Coal Gasification. Journal of Petroleum Technology30(5), 695-704. http://dx.doi.org/10.2118/6185-PA.

[10]   Creedy, D. P., Garner, K., Holloway, S., Jones, N., & Ren, T. X. (2001). Review of Underground Coal Gasification Technological Advancements. Harwell Laboratory, Coal R & D Programme. ASIN: B0018UFW04.

[11]   Daggupati, S., Mandapati, R. N., Mahajani, S. M., Ganesh, A., Mathur, D. K., Sharma, R. K., & Aghalayam, P. (2010). Laboratory Studies on Combustion Cavity Growth in Lignite Coal Blocks in The Context of Underground Coal Gasification. Energy35(6), 2374-2386. http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2010.02.015.

[12]    Bhutto, A. W., Bazmi, A. A., & Zahedi, G. (2013). Underground Coal Gasification: from Fundamentals to Applications. Progress in Energy and Combustion Science, 39(1), 189-214.http://dx.doi.org/10.1016/j.pecs.2012.09.004.

[13]   Sarraf Shirazi, A. (2012). CFD Simulation of Underground Coal Gasification. MSc Thesis: Department of Chemical and Materials Engineering, University of Alberta. http://hdl.handle.net/10402/era.28099.

[14]   DTI. (2004). Review of the Feasibility of Underground Coal Gasification in the UK. Cleaner Fossil Fuels Programme. http://webarchive.nationalarchives.gov.uk/+/http:/www.berr.gov.uk/files/file19143.pdf.

[15]   Dennis, S. (2006). Rocky Mountain 1 Underground Coal Gasification Test Project Hanna, Wyoming. Final Technical Report for the Period 1986 to 2006. U.S. Department of Energy. CN: DE-FC21-86LC11063.

[16]   Mallett, C., & Burl, D. (2010). Bloodwood Creek UCG Pilot, 2008-2010. International Pittsburgh Coal Conference (pp. 250-253). Istanbul, Turkey. ISBN: 9781617823213.

[17]   شرکت زغال‌سنگ پروده طبس. (1379). خلاصه نتایج گزارشات عملیات اکتشاف مقدماتی منطقه‌ی 1 مزینو.

[18]   Shafirovich, E., Mastalerz, M., Rupp, J., & Varma, A. (2008). The Potential for Underground Coal Gasification in Indiana. Presentations of Phase I Report to Indiana Center for Coal Technology Research (CCTR). http://www.purdue.edu/discoverypark/energy/assets/pdfs/cctr/presentations/UCG-09-16-08.pdf.