Monitoramento da área de gaseificação e seu comportamento na gaseificação subterrânea de carvão por técnica de emissão acústica em vez de medição de temperatura

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 9757 (2023) Citar este artigo

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A gaseificação subterrânea de carvão (UCG) requer monitoramento da área de gaseificação porque o processo de gaseificação é invisível e a temperatura de reação excede 1000 °C. Muitos eventos de fraturamento que ocorreram devido ao aquecimento do carvão podem ser capturados com a técnica de monitoramento de Emissão Acústica (EA) durante o UCG. Contudo, as condições de temperatura para gerar eventos de fraturamento durante a UCG ainda não foram esclarecidas. Portanto, o experimento de aquecimento de carvão e o experimento UCG em pequena escala são conduzidos medindo a temperatura e as atividades de EA nesta pesquisa para examinar a aplicabilidade da técnica de EA em vez da medição de temperatura como método de monitoramento durante o UCG. Como resultado, muitos eventos de fraturamento são gerados quando a temperatura do carvão muda drasticamente, especialmente durante a gaseificação do carvão. Além disso, os eventos de EA aumentam no sensor próximo à fonte de calor e as fontes de EA são amplamente expandidas com a expansão da região de alta temperatura. O monitoramento de EA é uma técnica eficaz para a estimativa da área de gaseificação durante o UCG, em vez do monitoramento de temperatura.

A demanda por energia aumenta dia a dia com o crescimento econômico e populacional em todo o mundo. O carvão ainda é um recurso energético importante como energia primária devido às grandes reservas e à menor onipresença regional. No entanto, muitos recursos de carvão estão a ser deixados sem escavação devido a razões tecnológicas e económicas em sistemas de mineração convencionais. A gaseificação subterrânea de carvão (UCG) é uma técnica para recuperar a energia do carvão do subsolo por gaseificação in-situ. O UCG contribui para melhorar o rácio de recuperação energética do carvão porque permite a recuperação de energia do carvão inexplorado. Além disso, os agentes de injeção e a temperatura da camada de carvão afetam a composição do gás produto, por exemplo, a injeção de vapor aumenta a produção de hidrogênio . Portanto, o UCG é uma opção promissora para melhorar a recuperação da energia do carvão como uma tecnologia de carvão limpa. No UCG, o gás produzido pode ser melhorado através da expansão da área de gaseificação com altas temperaturas. Por outro lado, a expansão excessiva da área de gaseificação causa diversos problemas ambientais, como vazamento de gases, deformação do solo circundante e poluição das águas subterrâneas4,5,6. Portanto, a UCG necessita de um sistema de monitoramento para controlar a área de gaseificação.

A área de gaseificação do UCG pode ser assumida com a temperatura do carvão7,8. No entanto, é praticamente difícil medir as temperaturas das camadas de carvão no local real da UCG. Em vez da medição de temperatura, algumas técnicas foram introduzidas para monitorar a área de gaseificação do UCG. A aplicação de técnicas de monitoramento geofísico tem sido discutida, como tomografia de resistência elétrica9, método de resistividade elétrica10, levantamento de microgravidade11 e radar de penetração no solo12,13. A estimativa do crescimento da cavidade e da velocidade da chama de gaseificação por meio de modelo matemático também foi descrita14,15,16,17. Esta pesquisa tem como foco a aplicação de emissão acústica (EA) para monitoramento da área de gaseificação. O monitoramento de EA pode ser uma técnica alternativa à medição de temperatura porque a microssísmica ocorrerá devido à expansão ou contração do carvão sob aquecimento. AE é gerada simultaneamente quando o material gera fraturas, o que significa que o monitoramento em tempo real pode ser alcançado pelo monitoramento de AE. Além disso, é possível identificar a localização da atividade de fraturamento calculando a diferença no tempo de chegada sísmica e a coordenação do sensor com a análise da localização da fonte. Muitos estudiosos têm relatado a geração de fratura com o aquecimento do carvão devido aos diferentes coeficientes de expansão térmica dos minerais18,19, alterando a estrutura dos poros20,21,22, e a contração térmica23,24,25. Ding et al.26 mediram a contagem de EA e a evolução de trincas com aquecimento de carvão. O sinal AE está ativo especialmente quando a largura da fissura se expande abaixo de 300–500 °C. Também foi relatado que os sinais de EA aumentam com o aquecimento sob a condição de carga em comparação com sem aquecimento .