Koncepcja efektywnej instalacji spalania metanu z powietrza wentylacyjnego kopalń

Abstrakt

W publikacji przedstawiono koncepcję instalacji do utylizacji metanu zawartego w powietrzu wentylacyjnym kopalń węgla kamiennego. Opracowany układ umożliwia przekształcenie energii chemicznej metanu w energię elektryczną i chłód użytkowy przy wykorzystaniu znanych procesów jednostkowych: adsorpcji, desorpcji oraz spalania w turbinie gazowej, względnie w turbinie z dodatkową częścią katalityczną. Kluczowym elementem koncepcji jest zastosowanie energii chemicznej powietrza wentylacyjnego do regeneracji osuszacza adsorpcyjnego i koncentratora metanu, co pozwala na osiągnięcie wysokiej efektywności energetycznej całego obiegu. Obliczenia przeprowadzono dla strumienia od 82 900 m3 n/h powietrza o zawartości metanu 0.7 % obj. do 248 000 m3 n/h powietrza o zawartości 0.2 % obj. CH4. Instalacja o mocy netto 1.3 MW energii elektrycznej i 3.5 MW chłodu pozwala na utylizację średnio do 691 kg/h CH4 metanu z powietrza wentylacyjnego (VAM) i 314 kg/h CH4 średnio z metanu z procesu odmetanowania (CMM). Wartości te odpowiadają redukcji emisji CH4 na poziomie 5.2 Gg CH4/rok z VAM i 2.4 Gg CH4/rok gazu z odmetanowania przy założeniu 86 % dyspozycyjności. Analiza ekonomiczna wykazała, że okres zwrotu inwestycji zależy w znacznym stopniu od sposobu rozliczania kosztów emisji. W wariantach uwzględniających koszt emisji CO2 oraz efekt unikniętej emisji metanu, czas zwrotu może zostać skrócony poniżej 9 lat. Uzyskane wyniki potwierdzają, że proponowana technologia stanowi efektywne rozwiązanie problemu emisji metanu w górnictwie, umożliwiające równoczesne wytwarzanie energii elektrycznej i chłodu przy dodatnim bilansie ekonomicznym.