Năng lượng - Môi trường

Công nghệ khí hóa than ngầm: giảm khí thải, đảm bảo an ninh năng lượng (Kỳ 2)

11:33 |24/09/2012

 - 

Khí hóa than ngầm cho đến nay vẫn được xem là công nghệ khai thác than phi truyền thống, cần phải được thử nghiệm, nghiên cứu ứng dụng lâu dài đối với dạng năng lượng sạch này. Thế giới đã hiểu rằng, công nghệ khai thác đang được ứng dựng rộng rãi trong công nghiệp dầu và khí đốt sẽ hỗ trợ cho khí hóa than ngầm và những rũi ro liên quan đến khí hóa than ngầm có thể kiểm soát được và có nhiều lý do rất quan trọng để tiến hành bước nhảy vọt từ những thử nghiệm ban đầu thành công đến những dự án thương mại.

>> Công nghệ khí hóa than ngầm: giảm khí thải, đảm bảo an ninh năng lượng (Kỳ 1)

KSCC. NGUYỄN LÝ TỈNH - Hội đồng Khoa học Năng lượng, Hiệp hội Năng lượng Việt Nam

Khí hóa than ngầm với sự thu giữ niêm cất Cacbon (khí CO­2)

Trong một thế giới bị ám ảnh bởi cacbon thì công nghệ khí hóa than ngầm có thể chứng minh rằng cac bon trong nhiên liệu có thể được ngăn ngừa phát thải vào bầu khí quyển. Phần lớn các quá trình khí hóa than ngầm được cung cấp oxy, điều đó có nghĩa là chỉ sinh ra khí CO2và nước sau khi cháy, vì vậy điều kiện tách riêng khí CO2 đơn giản hơn và rẻ hơn.

Hơn nữa, những khí sản phẩm cũng được mở ra để thu giữ CO2 trước quá trình cháy và có thể có ích từ nồng độ và áp lực của khí CO2 trong khí sản phẩm. Khí hóa than ngầm là quá trình khí hóa độc đáo (Xem bảng 1) cũng như khí cac bon monooxide (CO) và Hydragen (H2) được phát hiện trong khí hóa trên bề mặt. Đó là bởi vì những giai đoạn thu khí CO2.

Bảng 1

Những thành phần và tích chất khí tổng hợp (syngas)

Khí hóa than ngầm khi không thu giữ CO2

Chỉ thu giữ CO2

Lần lượt thu giữ CO và CO2

Hình thành mới CH4, thay đổi CO+ thu giữ

CO2

37,9%

5,1%

7,3%

6,1%

CO

16,4%

24,0%

0,0%

0,0%

H2

31.8%

46,4%

68,6%

93,9%

CH4

16,9%

24,7%

24,1%

0,0%

Nhiệt trị MJ/m3

10,9

16,9

16,0

10,1

Tỷ trọng khí

1,04

0,62

0,38

0,20

Phát thải CO2t/MWh

0,9

0,5

0,3

0,1

Những nhiệt độ thấp hơn và những nhiệt độ cao hơn ở các phần của khoang khí hóa than ngầm tạo điều kiện thuận lợi cho sự hình thành khí methane (CH4). Phần nhiều khí CO2 từ khí hóa than ngầm được thu giữ với chi phí rẻ hơn so với những ứng dụng khác và khí hóa than ngầm có sự lựa chọn cho việc cung cấp cả hydrogen cũng như hỗn hợp methane/hydrogen tinh khiết. Những hỗn hợp đó có những đặc tính cháy thuận lợi trong các tua bin khí và chi phí cho truyền tải thấp hơn so với chỉ riêng một khí hydrogen.

Lĩnh vực then chốt nghiên cứu trong tương lai là công tác nghiên cứu khí hóa than ngầm với việc thu giữ và niêm cất khí CO2 tại chỗ. Khí hóa than ngầm - CCS tạo ra một khoảng rỗng và một vùng áp lực cao trên chúng. Chính trong những điều kiện đó, những khoảng rỗng đó có thể thích hợp cho việc niêm cất thường xuyên khí CO2, và các bộ phận tiếp nhận niêm cất khả dĩ đó đối với khí CO2 là các vỉa sâu hơn trong khu vực lân cận của quá trình khí hóa than ngầm.

Công nghệ khí hóa than ngầm hiện đại

Khí hóa than ngầm được khai thác nhờ việc xây dựng các giếng thẳng đứng tới vỉa than để trích xuống đó các khí O2 và H2O và bốc dỡ một hỗn hợp khí sản phẩm: CO, H2, CH4, và CO2lên mặt đất. Trong khi nguyên lý khai thác thật đơn giản, việc điều khiển quá trình khí hóa đặt vào trung tâm của sự phát triển khí hóa than ngầm nhiều năm qua.

Phần lớn các loại than có thể khí hóa tại chỗ nhưng việc mở tuyến tiếp cận vỉa than giữa hai lỗ khoan thẳng đứng là cần thiết và những phương pháp kỹ thuật như dự phòng, phóng điện đều đã được áp dụng. Phương pháp mà trước đây Liên Xô đã phê chuẩn và sau đó đã được áp dụng ở Australia cho việc khí hóa than ngầm đến tận ngày nay, quy định về các giếng đào thẳng đứng rộng rãi ở gần nhau để dịch chuyển mặt tiền của các quá trình cháy đi qua miền than.

Sự lựa chọn là khoan định hướng, điều đó cho phép các giếng khoan được xây dựng ở một tầng chính xác trong các vỉa than và liên kết các giếng đó một cách cẩn thận với nhau và kết nối tới mặt đất. Những tập hợp các lỗ khoan tại đáy có đặt các bộ cảm biến để tách biệt những biên của vỉa và thậm chí nhìn trước một số lỗ khoan để đảm bảo tính đồng nhất của chúng, những lỗi và những vùng thuộc cấu trúc không chấp nhận được. Việc khoan định hướng và di chuyển các điểm trích O2 và H2O được sử dụng đầu tiên trong các thử nghiệm cuối cùng ở Mỹ vào cuối những năm 1980 và đã được lựa chọn cho các vỉa than lớn và sâu trong các thử nghiệm ở châu Âu (1988 - 1998).

Công nghệ khí hóa than ngầm mới nhất vẫn áp dụng các giếng khoan thẳng đứng, khoan định hướng và trích (O2 và H2O) di chuyển đến các điểm khác nhau nay đã được khẳng định chắc chắn ở quy mô đầu tiên (4 - 25 MW công suất nhiệt). Điều đó đã được làm rõ tại Hội nghị ở London, nơi nhiều tổ chức xí nghiệp và các viện đã trình những báo cáo nghiên cứu khả thi về các dự án thương mại, tìm kiếm các địa điểm phù hợp và xác định những chương trình triển khai.

Quản lý rủi ro về môi trường và những ấn phẩm quy phạm

Những ảnh hưởng về môi trường của quá trình khí hóa than ngầm là về thị giác, thính giác và bao gồm cả phát thải vào khí quyển và hiệu ứng tới nguồn nước ngầm. Những lợi ích về môi trường vốn có của khí hóa than ngầm là sự đơn giản của nhà máy trên mặt đất, không phải bảo quản kho than và vận chuyển than, có điều kiện khử các thành phần ô nhiễm độc hại như SOx, bụi và kim loại nặng từ khí tổng hợp của sản phẩm.

Giống như bất kỳ quá trình rút chất tinh trong địa chất, những rủi ro về địa chất, địa chất thủy văn của khí hóa than ngầm cần phải hết sức thận trọng trong quá trình quản lý sản xuất. Việc điều hành là phải trên tầm cao về trình độ công nghệ ngay từ các thử nghiệm đầu tiên trong khí hóa than ngầm, phải kiểm soát quá trình sản xuất trong tất cả các điều kiện vận hành trong khoang than ngầm để đảm bảo dòng nước ngầm bên trong nhằm phòng ngừa rò rỉ khí.

Việc lựa chọn địa điểm cũng rất quan trọng để đạt được sự ngăn cách cần thiết từ các “lối mòn” của nước ngầm và cách ly khoang than bằng các hố vỉa than hình thành tự nhiên về mặt địa chất, không thấm nước qua được.

Chỉ thị của châu Âu về nước ngầm, tuy không viết cụ thể về khí hóa than ngầm, nhưng yêu cầu rằng nước ngầm quanh khu vực khai thác (KTN) được công bố là không phù hợp cho các mục đích sử dụng khác như thủy lợi hoặc chăn nuôi và địa chất thủy văn quanh khu vực khai thác đó phải được giám sát và lấy mẫu kiểm tra.

Phải đặt những công tác kiểm soát nghiêm ngặt đối với các phụ phẩm của quá trình cháy sản sinh ra ở dưới ngầm và những mẫu kiểm tra sẽ phải thể hiện sự tương tác chặt chẽ giữa việc kiểm soát quá trình cháy và mức độ di chuyển của các chất ô nhiễm. Sự rủi ro về chất ô nhiễm và chất lượng khí sản phẩm đòi hỏi phải liên kết trong những mẫu dự đoán trước để đánh giá sự rằng buộc về môi trường và kinh tế của những địa điểm đặt KTN hiện tại.

Việc chẩn y vận hành một nhà máy khí hóa than ngầm ở châu Âu sẽ được tiến hành phù hợp với Cơ quan môi trường Liên hiệp Anh, tại Hội nghị về khí hóa than ngầm với sự phòng ngừa ô nghiễm và cho phép kiểm soát do những cơ quan có thẩm quyền về môi trường ở khu vực ban hành.

Kết luận

Khí hóa than ngầm cho đến nay vẫn được xem là công nghệ khai thác than phi truyền thống, cần phải được thử nghiệm, nghiên cứu ứng dụng lâu dài đối với dạng năng lượng sạch này. Thế giới đã hiểu rằng, công nghệ khai thác đang được ứng dựng rộng rãi trong công nghiệp dầu và khí đốt sẽ hỗ trợ cho khí hóa than ngầm và những rũi ro liên quan đến khí hóa than ngầm có thể kiểm soát được và có nhiều lý do rất quan trọng để tiến hành bước nhảy vọt từ những thử nghiệm ban đầu thành công đến những dự án thương mại.

Nguồn khí sạch này sẽ được sử dụng rộng rãi, cũng như sử dụng tại các khu vực khai thác một cách an toàn, tin cậy với ảnh hưởng tiêu cực thấp nhất đến môi trường.

Khí hóa than ngầm cũng sẽ đảm bảo áp dụng các phương pháp mới về thu giữ và niêm cất khí CO2 an toàn, rẻ. Công nghệ khí hóa than ngầm đang chứng tỏ rằng những người khởi xướng đầu tiên công nghệ khí hóa than ngầm đang nắm chắc trong tay một cơ hội khai thác than thương mại sâu trong lòng đất một cách hiệu quả, an toàn và sạch.

Để sớm khai thác bể than đồng bằng sông Hồng, cần phải bắt tay ngay vào việc thử nghiệm công nghệ khí hóa than ngầm ở quy mô nhỏ để xác minh các thông số công nghệ ban đầu. Nhưng điều quan trọng trước tiên có thể là phải đi học tập các nước đi trước ta như: Nga, Australia, Tây Ban Nha và gần đây là Ấn Độ, Trung Quốc, Nam Phi… Phương châm của ta tốt nhất là “đi tắt, đón đầu” học tập của các nước có kinh nghiệm, thuê chuyên gia, mua công nghệ hiện đại để khai thác hiệu quả nhất bể than sông Hồng.

Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (Vinacomin) đã thành lập Công ty Năng lượng Sông Hồng (SHE) từ năm 2009. Đó là bước đi quan trọng đầu tiên.

SHE đã có các đề án thăm dò than tại 2 khu vực Khoái Châu, Phủ Cừ - Tiền Hải. Riêng tại khu vực Khoái Châu đã có đề án thăm dò than với gần 100 lỗ khoan đã thi công, có trữ lượng được Hội đồng trữ lượng quốc gia phê duyệt từ cấp 333 trở lên là 1,6 tỷ tấn. Tại khu vực Phủ Cừ - Tiền Hải trên cở sở 55 lỗ khoan thăm dò dầu khí, SHE đã tính toán xác định lại tài nguyên dự báo (cấp 334a) và tài nguyên phỏng đoán (cấp 334b) của khu vực này là khoảng 84 tỷ tấn than, chất lượng than tốt.

Tóm lại, để khai thác bể than ĐBSH cần sớm tiến hành công nghệ khí hóa than ngầm đầu tiên với quy mô nhỏ nhằm xác định các thông số công nghệ cần thiết và giải quyết hàng loạt vấn đề liên quan đến công nghệ khai thác và khí hóa than ngầm với chất lượng sản phẩm (khí nhiên liệu) tốt nhất, giảm thiểu những tác dụng xấu đến không khí và nguồn nước ngầm.

NangluongVietnam.vn

Tài liệu tham khảo:

- Tài liệu của tác giả Michael Green Chủ tịch Hiệp hội khí hóa than ngầm.
- Tạp chí Energy World (April 2007).
- Công nghệ KTN ở ĐBSH: T.S Nguyễn Thành Sơn - Giám đốc Công ty Năng lượng Sông Hồng (SHE).



TÒA SOẠN TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM
Phòng 406-407-408, Tòa nhà Văn phòng, số 87 Láng Hạ, Ba Đình, Hà Nội
Điện thoại: 024.22113344 - Fax: 024.35147193
Email: toasoan@nangluongvietnam.vn
Hotline: 0969998811 - 0969998822 - 0942632014 Trang TTĐT của Tạp chí Năng lượng Việt Nam hoạt động theo Giấy phép số: 66/GP-TTĐT, cấp ngày 30/3/2018
của Cục Quản lý Phát thanh, Truyền hình và Thông tin Điện tử - Bộ Thông tin & Truyền thông.

Based on MasterCMS 2012 ver 2.3