Kinh nghiệm khai thác khí mêtan trên thế giới
Trữ lượng khí mêtan của các vỉa than trên thế giới vượt quá trữ lượng khí thiên nhiên và ước tính 260.000 tỉ mét khối. Các nguồn tài nguyên lớn nhất được tập trung ở Trung Quốc, Nga, Mỹ, Úc, Nam Phi, Ấn Độ, Ba Lan, Đức, Anh và Ukraina.
Tại Hoa kỳ, khí mêtan đã được khai thác một cách quy mô, và một ngành công nghiệp hoàn chỉnh đã hình thành và hoạt động để khai thác khí từ các vỉa than. Trong 10 năm qua, sản lượng khí mêtan than khai thác từ các giếng chuyên dụng đã tăng lên 60 tỉ mét khối/năm.
Trong những năm gần đây tại Mỹ, khai thác khí mêtan đã trở thành một bộ phận quan trọng của ngành khai thác khí và có khoảng 200 công ty Mỹ hoạt động trong lĩnh vực này.
Hiện nay, Hoa Kỳ đang nghiên cứu và ứng dụng công nghệ thu hồi khí từ trong các vỉa than có chứa 80% khí mêtan. Đạt được mức thu hồi này là nhờ phương pháp tác động khí động lực và thủy động lực (nhờ sức nược, huyền phù hoặc dung dịch đặc biệt) lên vỉa, tăng cường độ thoát khí của vỉa.
Tại Úc, Trung Quốc, Canada, Ba Lan, Đức và Anh bắt đầu đẩy mạnh công tác thu hồi khí mêtan.
Tại Úc, một số công ty đã khai thác thành công khí mêtan từ những năm 1990. Khí mêtan được khai thác từ các giếng khoan ngang dọc theo vỉa với độ dài thân giếng đến 1.500 m; khí được chuyển tới nhà máy xử lý khí, tại đây khí mêtan được khử nước, lọc, hóa lỏng theo tiêu chuẩn và được chuyền đến các hộ tiêu thụ theo đường ống dẫn.
Tại Trung Quốc, nguồn khí mêtan của các vỉa than có khoáng 350 nghìn tỉ mét khối. Việc thu hồi chúng đã được tiến hành vào đầu những năm 1990. Các chuyên gia Trung Quốc và nước ngoài đã khoan được hơn 100 giếng khoan thử nghiệm trên vùng mỏ của phía đông..
Hiện nay, sản lượng khí mêtan của Trung Quốc là khoảng 5 tỷ mét khối. Và năm 2010 dự kiến tăng sản lượng hàng năm lên l0 tỉ mét khối. .
Canada đã bắt đầu thử nghiệm thu hồi khí mêtan tại khu Palliser ở Alberta. Dự báo trữ lượng khi mêtan các vỉa than chiếm khoảng 8.000 tỉ mét khối. (trong khi đó trữ lượng loại khí truyền thống ở trong nước – 5.000 tỉ mét khối), và trong tương lai đây sẽ là loại dạng khí khai thác chủ yếu của Canada.
Tại Anh, công ty Coalgas tiến hành khai thác khí mêtan từ hai mỏ ngừng khai thác - "Makhram", nằm gần thị trấn Mansfield, và "Stitley". Công ty đã phát triển một phương pháp mới để thu hồi khí mêtan từ các vỉa than bỏ khai thác, trực tiếp hút qua thân giếng thông gió của mỏ.
Từ đó cho thấy, sự cần thiết, tính khả thi và hiệu quả kinh tế của việc khai thác khí mêtan với quy mô lớn từ các vỉa than được thực tiễn chứng minh ở một số nước. Theo các chuyên gia Mỹ, xu hướng này sẽ tiếp tục phát triển, và đến năm 2020 sản lượng khí mêtan từ các vỉa than trên thế giới sẽ đạt 100-150 tỉ mét khối/ năm và triển vọng khai thác thương mại khí mêtan mỏ trên thế giới có thể đạt tới 470-600 tỉ mét khối/ năm, chiếm 15-20% sản lượng khí thiên nhiên trên thế giới.
Tại Liên bang Nga, trữ lượng toàn bộ mêtan trong các vỉa than có khoảng 100-120 tỉ mét khối/năm. Trên lãnh thổ Nga các vỉa than chứa khí chủ yếu là bể than Vorkutinski và Kuznetxki. Mặc dù triển vọng rất lớn, nhưng thực tế sử dụng làm nhiên liệu sản xuất điện ở Nga chỉ chiếm khoảng 5-10% tổng khí thu hồi.
Hiện nay trong khuôn khổ đề án thử nghiệm, tại Kuzbax đã xây dựng và vận hành một bãi giếng gồm có bốn giếng và các cơ sở hạ tầng khác. Qua nhiều năm nghiên cứu thăm dò địa chất cho thấy trữ lượng khí mêtan tại đây có khoảng 13.000 tỉ mét khối ở chiều sâu đến 1800 m và 5.000 -6.000 tỉ mét khối ở chiều sầu 1200 m. Với tình hình thuận lợi trong lĩnh vực thuế và giá bán khí cao,vào năm 2020, bể than Kuzbax có thể khai thác 20 tỉ mét khối khí mêtan.
Phạm vi sử dụng khí metan mỏ
Nhờ khả năng sinh nhiệt cao cho nên khí mỏ có thể dùng cho sưởi ấm các khu nhà ở, sản xuất điện năng cũng như làm nhiên nhiệu cho ô tô
Kinh nghiệm thế giới cho thấy việc sử dụng khí mêtan rất có hiệu quả khi sử dụng chúng làm nhiên liệu phối hợp với than trong các nhà máy điện. Nhờ đó, sẽ giảm thiểu ô nhiễm không khí.
Thực hiện thành công dự án khí mêtan than, không đơn giản thu hồi và đốt cháy, mà là để sản xuất nhiệt năng và điện năng. Theo các chuyên gia, xu hướng có triển vọng nhất là sử dụng thiết bị phát điện hỗn hợp trên nền động cơ pittong khí. Đây là một công nghệ mới để sản xuất phối hợp điện năng và nhiệt năng trên cơ sở động cơ cục bộ và hệ thống thu nhiệt, trong đó năng lượng nước làm mát và khí thải được sử dụng để cấp nhiệt cho người tiêu dùng. Nếu như các xí nghiệp mỏ tự bảo đảm được điện năng và nhiệt, thì giá thành khai thác than sẽ được giảm đến 30% (phụ thuộc vào phần chi phí điện đến giá thành). .
Việc sử dụng rộng rãi khí mêtan than để sản xuất điện năng và nhiệt năng sẽ góp phần phát triển trên thị trường thế giới một loại động cơ mới - động cơ Stirling. Trước đây, khí mêtan than được dùng trong các động cơ đốt trong. Tuy vậy, đối với các loại động cơ này đòi hỏi khí mêtan cần làm sạch tốt, bảo đảm tỉ lệ nhất định các thành phần của khí, bảo dưỡng thường xuyên và lắp đặt các bộ lọc phụ để đáp ứng các tiêu chuẩn về môi trường.
Động cơ Stirling thuộc loại động cơ có nguồn cấp nhiệt từ bên ngoài. Do đó, so với các động cơ đốt trong, quá trình đốt trong động cơ Stirling được thực hiện bên ngoài các xilanh công tác. Do đó, các động cơ Stirling rất phù hợp với công nghệ sử dụng khí than. Áp dụng các mô-đun điện với các động cơ Stirling có thể được sử dụng trực tiếp khí mêtan than từ giếng khoan cũng như khí mỏ truyền dẫn ra.
Kinh nghiệm sử dụng động cơ Stirling chạy bằng khí mêtan ở Trung Quốc cho phép cắt giảm lượng khí thải các oxit nitơ. Động cơ Stirling-máy phát điện rất hiệu quả trong điều kiện chuyển đổi năng lượng hóa học của nhiên liệu thành điện năng hữu ích, bao gồm kể cả nhiên liệu nhiệt lượng rất thấp. Các loại động cơ Stirling hiện đại có thể đạt hiệu suất điện trên 40%, và chu kỳ hỗn hợp phát điện với thu hồi nhiệt năng của khí thải, hiệu suất tổng cộng hơn 90%.
Do hàm lượng khí mêtan trong khí mỏ có thể lên đến 98%, nên khí này có thể được sử dụng để làm nhiên liệu cho động cơ ôtô.
Tuy nhiên, khí mêtan than cũng như các nhiên liệu dạng khí khác có năng lượng thể tích thấp. Với các điều kiện bình thường nhiệt lượng cháy của 1 lít khí mêtan than là 33-36 kJ, trong khi đó nhiệt lượng quá trình cháy của 1 lít xăng là 31.400 kJ, tức là 1000 lần lớn hơn khí mêtan than. Vì vậy, khí mêtan than có thể làm nhiện liệu động cơ ôtô hoặc trong dạng nén, hoặc hóa lỏng.
Phân tích kết quả nghiên cứu tính độc của ôtô chạy bằng khí cho tháy, nếu thay xăng bằng khí mêtan than thì thành phần khí độc thải (tính g/km) vào môi trường giảm đi nhiều: oxit cacbon 5-10 lần, hydrocarbon - 3 lần, oxit nitơ - trong 1,5 -2,5 lần,…
Một công nghệ có nhiều triển vọng là sử dụng khí mêtan than hoá lỏng. Hóa lỏng sẽ giảm thể tích khí trong điều kiện bình thường, gần 600 lần, điều đó so với sự nén khí, sẽ làm giảm nhiều khối lượng và dung tích hệ thống chứa khí mêtan than trên ôtô.
Một trong phương hướng nhiều triển vọng là sử dụng khí mêtan than trong công nghiệp hóa chất. Chúng có thể sản xuất bồ hóng, hydro, amoniac, methanol, axetylen, axit nitric, formaldehyde và các dẫn xuất khác nhau để sản xuất chất dẻo và sợi tổng hợp.
Ở Việt Nam từ trước đến nay, vì nhiều lý do khách quan nên việc thu hồi và sử dụng khí mêtan từ khai thác than chưa được thực hiện. Để có những nghiên cứu ban đầu đặt nền móng cho công nghệ thu hồi khí mêtan ở các mỏ hầm lò của Việt Nam, năm 2000 Viện Khoa học Công nghệ Mỏ đã thực hiện đề tài nghiên cứu: “Tổng quan về công nghệ thu hồi và sử dụng khí mêan từ nguồn khí thải mỏ và từ các vỉa than vào mục đích kinh tế và giảm thiểu ô nhiễm môi trường”.
Kết luận
Kinh nghiệm của nước ngoài cho thấy, khai thác khí mêtan than ở Mỹ, Úc, Trung Quốc phát triển mạnh mẽ sau khi nhà nước có chính sách khuyến khích các dự án này, và chế độ ưu đãi về thuế cho các công ty đang thu hồi khí từ các vỉa than.Theo các chuyên gia, sử dụng khí mêtan mỏ than sẽ làm giảm chi phí tại các mỏ than đá, tùy thuộc vào điều kiện cụ thể của 3-4%. Ngoài ra, một tác động tích cực trên các chỉ số khác của hoạt động kinh tế của các doanh nghiệp khai thác khoáng sản. Thứ nhất, tăng tỉ suất lợi nhuận trong một đơn vị sản phẩm; và thứ hai, giảm tiêu thụ nhiên liệu sơ cấp (than đá) cho nhu cầu trong nước, từ đó gia tăng nguồn than hàng hóa và giá bán. Ngoải ra, sử dụng khí mêtan cho phép nâng cao an toàn lao động của công nhân mỏ, tạo ra môi trường làm việc mới và bảo đảm nhu cầu về khí cho nhu cầu sản xuất và sinh hoạt.
Ý kiến bạn đọc