La extracción de metano de lechos de carbón (extracción CBM) es un método para extraer metano de un depósito de carbón . El metano de lechos de carbón (CBM) es uno de los factores que restringen la producción segura de carbón en minas de carbón subterráneas. También es una forma de energía de alta calidad que se puede utilizar en muchos campos, como la generación de energía, la calefacción y las industrias químicas. Por lo tanto, la extracción de CBM se lleva a cabo antes de la extracción con el fin de aumentar la seguridad de la minería de lechos de carbón y como un recurso energético útil para ser explotado. [1]
El metano adsorbido en una matriz de carbón sólido (macerales de carbón) se liberará si se despresuriza la veta de carbón. El metano se puede extraer perforando pozos en la veta de carbón. El objetivo es disminuir la presión del agua bombeando agua desde el pozo. La disminución de la presión permite que el metano se desorba del carbón y fluya como gas por el pozo hasta la superficie. Luego, el metano se comprime y se transporta por tuberías hasta el mercado.
El objetivo es evitar que el metano ingrese a la línea de agua, pero permitir que fluya por la parte posterior del pozo (entubado) hasta la estación de compresión. Si el nivel de agua se bombea demasiado bajo durante la deshidratación, el metano puede ascender por la tubería hacia la línea de agua y hacer que el pozo se vuelva "gasífero". Aunque el metano se puede recuperar en un separador de agua y gas en la superficie, bombear agua y gas es ineficiente y puede provocar el desgaste y la avería de la bomba.
Se han perforado decenas de miles de pozos de metano y se han instalado amplias instalaciones de apoyo, como carreteras, tuberías y compresores, para la extracción de metano en la cuenca del río Powder , en el noreste de Wyoming y el sureste de Montana , y ahora en la India, en Bengala Occidental (Ranigunj, Panagarh, etc.). El siete por ciento del gas natural (metano) que se produce actualmente en los Estados Unidos proviene de la extracción de metano. El metano de los yacimientos de carbón se puede recuperar de forma económica, pero la eliminación del agua es una preocupación medioambiental.
También hay sitios en Escocia central en Letham Moss. [2]
La mayor parte del gas del carbón se almacena en las superficies internas de la materia orgánica. Debido a su gran superficie interna, el carbón almacena de 6 a 7 veces más gas que el volumen equivalente de roca de un yacimiento de gas convencional. El contenido de gas generalmente aumenta con el rango del carbón, con la profundidad de enterramiento del lecho de carbón y con la presión del yacimiento. Las fracturas, o grietas, dentro de los lechos de carbón, generalmente están llenas de agua. Los lechos de carbón más profundos contienen menos agua, pero esa agua es más salina. La extracción de agua del lecho de carbón reduce la presión y libera metano. Grandes cantidades de agua, a veces salmuera salina , se producen a partir de pozos de metano de lechos de carbón . Los mayores volúmenes de agua se producen durante las primeras etapas de producción. La eliminación ambientalmente aceptable de la salmuera es un factor de costo importante para la producción económica de metano. El agua dulce puede descargarse en la superficie, pero la salmuera generalmente se inyecta en la roca a una profundidad donde la salinidad de la salmuera inyectada es menor que los fluidos connatos de la roca huésped. La evaporación del agua para la recuperación de residuos sólidos potencialmente vendibles podría ser factible en regiones con altas tasas de evaporación. [3]
Las mediciones del contenido de gas en yacimientos de carbón se utilizan comúnmente en la seguridad minera, así como en aplicaciones de evaluación y recuperación de recursos de metano en yacimientos de carbón. Las técnicas de determinación del contenido de gas generalmente se dividen en dos categorías: (1) métodos directos que miden el volumen de metano liberado de una muestra de carbón sellada en un recipiente de desorción y (2) métodos indirectos basados en correlaciones empíricas o datos de capacidad de almacenamiento de metano de isotermas de sorción derivados de laboratorio . Las isotermas de sorción de laboratorio brindan información sobre la capacidad de almacenamiento de una muestra de carbón si se miden en condiciones geológicas realistas de presión y temperatura. Por lo tanto, el contenido máximo de gas que se puede esperar para la recuperación de metano se puede evaluar a partir de dichas mediciones de isotermas de laboratorio. [4]
El contenido total de gas por métodos indirectos se basa en la fórmula empírica dada por Meisner y Kim. La cantidad de gas se determina mediante la fórmula de Meisner y Kim utilizando el contenido de humedad, el contenido de volátiles, el volumen de metano adsorbido en carbón húmedo, el carbono fijado, el espesor del carbón y la temperatura.
Meisner (1984) observó que la cantidad de gas metano (VCH4) está relacionada con la materia volátil (daf).
V CH4 = −325,6 × logaritmo (VM/37,8)
La estimación del contenido de gas in situ del carbón se evaluará utilizando la ecuación de Kim (Kim 1977).
V = (100 −M − A) /100 × [ Vw /Vd ] [K(P) N - (b × T)]
Donde,
V = Volumen de gas metano adsorbido (cc/g)
M = Contenido de humedad (%)
A = Contenido de cenizas (%).
Vw/Vd = 1/(0,25 ×M + 1)
Vw = Volumen de gas adsorbido en carbón húmedo (cc/g)
Vd = Volumen de gas adsorbido en carbón seco (cc/g)
Los valores de K y N dependen del rango del carbón y se pueden expresar en términos de la relación entre carbono fijo (FC) y materia volátil (VM)
K = 0,8 (FC /VM) + 5,6 Donde
FC = Carbono fijo (%)
VM = Materia volátil (%)
N = Composición del carbón (para la mayoría de los carbones bituminosos, N = (0,39 - 0,013 × K)
b = Constante de adsorción debido al cambio de temperatura (cc/g/◦C).
T = Gradiente geotérmico × (h/ 100) + To
T = Temperatura a una profundidad dada
To = Temperatura del suelo
h = Profundidad (m)
Estimación del contenido de metano en vetas de carbón mediante la curva de Karol
En ausencia de contenido medido de metano de los yacimientos de carbón y datos de producción de pozos de metano de yacimientos de carbón, el contenido de gas se puede estimar utilizando la curva de Eddy. Eddy y otros construyeron una serie de curvas que estiman el contenido máximo de metano producible de los yacimientos de carbón como una función de la profundidad y el rango .
La estimación del contenido de metano de un yacimiento de carbón se determina a partir de la curva de Eddy ubicando la profundidad promedio de cada veta de carbón en el eje de profundidad. Una línea normal se extiende hacia arriba desde el eje de profundidad (pies) para intersecar las curvas de rango de carbón específicas. Una línea desde el punto en la curva se extiende normalmente hasta el eje de gas perdido y desorbido (cm 3 /gm). La intersección de la línea y el eje es el contenido estimado de metano de la veta de carbón.
La ceniza es un indicador importante de aporte clástico , derivado de la deposición marina o fluvial de arcilla , limo y arena durante el desarrollo de la turba . El contenido de cenizas del afloramiento parece ser menor que el contenido de cenizas de las muestras del subsuelo. Un menor contenido de cenizas de las muestras del afloramiento puede deberse a que los depósitos de carbón están en dirección ascendente y más alejados de la influencia marina que las muestras en dirección descendente.