CN117203161A

CN117203161A - 用于在井筒中生产氨的方法和装置

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Publication number: CN117203161A
Application number: CN202280025946.6A
Authority: CN
Inventors: E·卡尤克斯
Original assignee: Hours Innovation Co ltd
Current assignee: Hours Innovation Co ltd
Priority date: 2021-03-31
Filing date: 2022-03-30
Publication date: 2023-12-08
Also published as: NO20210415A1; GB202314124D0; US20240150187A1; WO2022211643A1; BR112023018996A2; CA3212453A1; GB2619240A; NO346623B1; AU2022247016A1

Abstract

描述了用于生产氨的方法和装置。在各种示例中，方法具有以下步骤：在井筒中将氢气和氮气结合以生产氨，以及从所述井筒中提取所述氨，所述装置具有至少一个生产设备，用于将氢气和氮气结合以生产氨，该生产设备配置成布置在井筒中的井下，用于利用所述井筒中的温度和压力条件以促进氨的生产。举例说明一种在生产氢气或氨气的过程中处理流体的方法，该方法具有以下步骤：在所述井筒中对盐水或其它电解质流体实施电解以生产氢气，以及将来自所述电解过程的废液注入地下的地质地层中。

Description

用于在井筒中生产氨的方法和装置

技术领域

本发明涉及替代能源，特别是涉及氢气和氨的生产和供应。

背景技术

各个行业如今都面临着减少环境排放的挑战。合适的化石燃料的替代能源正在被寻找，其中包括氢气和氨。伴随着氢气是从天然碳氢化合物气体中获取，传统的氨生产工业工艺通常会产生较高的CO₂排放。如今，许多工业厂房中采用哈伯-博施化学工艺生产氨，其中氢气和氮气通过化学反应结合。

能够克服传统氢气和氨生产相关的排放缺点的替代方案是绿色氨。生产绿色氨用的氢气是通过电解水产生的。欧盟(EU)为2050年制定了雄心勃勃的可再生能源目标，目标是使绿色氨和氢占最终能源需求的24％左右。此外，氨是海运业正在考虑的主要燃料，以使航运业能够满足从2030年到2050年提出的新的CO2减排目标。它也可以作为储存可再生能源供以后使用的手段，并作为氢气运输的载体。事实上，通过可再生和无碳工艺产生的绿色氨被许多人视为可能取代化石燃料的能源载体。

然而，生产氨和氢气的工艺和技术本身可能需要能源供应，例如工业厂房的哈伯-博施工艺在高达450摄氏度和高达约200巴的压力下运行。生产的氨在交付给用户之前可能还需要进一步加工。这种生产氨的工艺要求当被要求以工业规模生产产品时会更加苛刻。令人感兴趣的是在工业规模上为作为燃料替代品的氨或氢获得更高效的生产、储存和/或运输的解决方案。本发明的至少一个目的是消除或减轻现有技术的一个或多个缺点。

发明内容

根据本发明的第一方面提供了一种生产氨的方法，所述方法包括以下步骤：在井筒中将氢气和氮气结合以生产氨；以及从井筒中提取所述氨。因此，所述氢气和氮气的结合可以包括利用井筒中的温度和压力条件以促进氨的生产。这可以提高生产效率。

所述氢气和所述氮气可以在井筒内设置的至少一个反应腔室中通过化学反应结合。所述氨可以是通过实施哈伯-博施(Haber-Bosch)工艺产生的。

优选地，所述方法还可包括在所述井筒中生产所述氢气。优选地，氢气可以通过电解产生。因此，可以利用电解产生的氢气进行所述绿色氨生产。电解可包括在所述井筒中的地层盐水或其它电解质流体的电解。所述电解可以是所述井筒中的盐水或另一电解质流体的电解。所述井筒可延伸至地下的地质地层，且盐水流体可通过从地层流入所述井筒而获得。所述盐水可以通过从井筒周围的地质地层流入而被接收在井内。

所述方法还可包括在井筒中设置至少一个电解设备来实施电解。所述方法可以包括将来自电解的废液抽离所述电解设备。所述方法还可以包括将废液注入所述地下的地质地层中。

所述电解可以在第一井筒中进行，且废液可泵入在深度上与第一井筒连通的第二井筒；所述方法还包括将通过第二井筒将废液注入地质地层中。

所述氨通常可以通过井筒管道，例如生产管道，向地面提取。

所述方法还包括设置在井筒中的反应腔室，该反应腔室位于所述井筒的井下位置。因此，所述方法可以包括从地面向反应腔室中供给氮气。所述方法还可以包括将在所述井筒中产生的氢气输送到所述反应腔室，以与所述氮气结合。

所述反应腔室通常可以设置在井筒中的管道中，例如，靠近井筒的井下一端。

在不同实施方式中，所述方法可以包括以下步骤：在井筒中对盐水或其它电解质流体实施电解以产生氢气，其中所述井筒延伸到地质地层中且所述盐水或电解质流体来自地质地层；在所述井筒中将氢气和氮气结合以产生氨，所述氢气来自电解过程；从所述井筒中提取生产出的氨；以及将来自电解过程的废液注入地下的地质地层中。

根据本发明的第二方面，提供了用于生产氨的装置，所述装置包括：用于结合氢气和氮气以生产氨的至少一个生产设备，所述生产设备配置为设置在井筒的井下，用于利用所述井筒中的温度和压力条件以促进氨的生产。

所述装置可以还包括至少一个电解设备，该电解设备可配置为设置在所述井筒的井下，且该电解设备可以包括电极，用于电解井筒的来自地层的盐水或其它电解质流体。

所述装置可以还包括用于设置在所述井筒中的至少一个井下泵。所述井下泵可以是潜水电动泵。所述井下泵可配置为用于将废液从第一井筒中的电解设备抽出，并泵入第二井筒中，以注入地下的地层中。事实上，所述废液可以在井下进行处理，因此可以从第一井筒输送到第二井筒而不需要将其回收到地面。所述第二个井筒可以是所述第一个井筒的分支。

所述电解设备的一个电极可以是阳极，另一个电极可以是阴极。所述装置还可以包括电源，用于地面供电到电解设备。所述装置还可以包括设置在所述井筒中的至少一根电缆，用于将电极连接到在地面处的电源。

所述电源可包括至少一个风力发电机。因此，所述氨可以通过所述风力发电机获得的电力可再生地生成。所述电源还可以用于运行反应腔室的加热元件和/或泵，该泵用于泵送来自电解的废液。

所述装置可以还包括用于将氢气和氨气结合以生产氨的至少一个反应腔室。所述反应腔室可以伸长的以沿所述井筒纵向延伸。所述反应腔室可以设置催化材料，例如铁或任何其它合适的材料。所述装置可以还包括井下管道，所述井下管道包括所述生产设备。

所述装置还可以包括至少一个加热元件，该至少一个加热元件配置为向所述反应腔室提供热量。因此，如果需要获得生产氨的必要条件，可以补充来自井筒内周围环境的热量。

所述装置可以还包括至少一个冷却元件，该至少一个冷却元件配置为冷却所述反应腔室。因此，可以降低或控制所述反应腔室的温度，例如，以获得生产氨的必要条件。

所述装置还可以包括管道或流体管线，例如，液压管线，以将冷却液供应到冷却元件以控制反应腔室的温度。冷却元件可包括以热交换方式布置在所述反应腔室附近的管段。冷却元件的管段可以包括或限定为可以至少部分地围绕所述反应腔室延伸的线圈或环路。

所述反应腔室可以配置为，通过使用加热元件加热，或利用冷却元件使冷却液在需要局部控温的腔室部分的周围循环而进行冷却，以局部控制温度。

所述反应腔室可配置为沿所述反应腔室长度方向在多个位置将氮气导入反应腔室。这样，氮和氢气的在反应腔室内的高度结合是可行的。

所述装置可以包括布置在所述井筒内的用于将生产的氨输送到地面的生产管道。所述生产设备可以是井下生产设备。

在不同的实施方式中，所述装置可以包括：用于结合氢气和氮气以生产氨的至少一个生产设备，所述生产设备配置为设置在井筒的井下，以利用井筒中的温度和压力条件促进氨的生产；至少一个电解设备，配置为设置在所述井筒的井下并包括电极，该电极用于电解井筒的来自地层的盐水或其它电解质流体；以及用于将来自电解设备的废液注入地下的地层的部件。

根据本发明的第三方面，提供配置在井筒中的生产管道，所述生产管道包含至少一个反应腔室，用于在井筒中通过化学反应将供应的氮气和氢气结合以生产氨。

根据本发明的第四方面，提供了一种在生产氢气或氨的过程中处理流体的方法，所述方法包括以下步骤：在井筒内对盐水或其它电解质流体实施电解以产生氢气；以及将电解过程中产生的废液注入地下的地质地层中。

所述方法可以还包括使用氢气来产生氨，或者可替代地将氢气沿着井筒朝向地面输送。

根据本发明的第五方面，提供了用于执行根据本发明的第四方面的方法的装置。

根据本发明的第六方面，提供了一种生产氢气的方法，所述方法至少包括以下步骤：对来自至少一个地下岩石地层的盐水或其它电解质流体实施电解，以产生氢，电解是在延伸穿过所述地层的区域的井筒中实施的。

根据本发明的第七方面，提供了用于执行根据本发明的第六方面的方法的装置。

根据本发明的另一方面，提供了一种适于设置在井筒中的反应腔室，所述反应腔室配置为通过化学反应将供应的氮气和氢气结合生成氨。所述反应腔室可以是或可以具有与本发明的任何其它方面所描述的相关的一个或多个另外的特征。

根据本发明的另一方面，提供了一种在井筒中生产氨的生产设备，所述生产设备包括至少一个反应腔室，所述至少一个反应腔室配置为通过化学反应将供应的氮气和氢气结合生成氨。所述生产设备可以是或可以具有与本发明的任何其它方面所描述的相关的一个或多个另外的特征。

本发明的实施方式可能在各种方面具有优势，这一点从整个本说明书中显而易见的。

上述任何方面的方法或装置都可以具有一个或多个另外的特征，如本文所述与本发明任何其它方面的方法或装置有关的特征。特别是，本发明任一方面的装置可具有与任一方面的方法所描述的相关的任何一个或多个另外的特征，反之亦然。

附图说明和具体实施方式

现在仅以举例的方式且参照附图对本发明的各个方面作进一步描述，其中：

图1是用于生产氨的装置的示意图；

图2是用于生产氨的装置的示意图，其中还包括冷却装置；和

图3是在制氢过程中用于处理流体的装置的示意图。

参照图1，装置1具有井下组件10，该井下组件10设置在井筒2的井下。井下组件10可以用于将氢气(H₂)和氮气(N₂)结合起来，并在井筒中产生氨。氨通过生产管道28沿井筒2向地面5输送，并从井筒2中抽出。

井下组件10包括用于生产氨的井下生产设备20。在本例中，井下组件10还包括以电解设备40的形式的氢气生产设备，用于在井筒2的井下进行电解。对井筒井下部分中局部存在的盐水进行电解以产生氢气。井下生产设备20的工作原理是将供应的氢气和氮气在设备20的反应腔室23中结合生成氨。生产设备20由电解设备40提供氢气，由地面5提供氮气。

设备1包括在井筒2中在生产设备20和地面5之间延伸的氮气供应管15，以通过供应管15将氮气从地面输送至生产设备20，如箭头A所示。氮可以利用现有技术从空气中提取。

生产设备20位于井筒的横向部分。生产设备20在横向部分沿着井下管道纵向延伸。因此，生产设备20可以利用井筒纵向的空间生产氨气。因此，生产设备20具有沿管道延伸的伸长的反应腔室23。生产设备20的反应腔室23包括外壳，其配置为在反应腔室23中提供受控条件，与其井筒周围环境分离。反应腔室23用于使氢气和氮气接触并使两者发生化学反应生成氨，在本例中采用哈伯-博施工艺。哈伯-博施工艺反应如下：

在此过程中，N₂和H₂气体通常在100到200巴的压力和通常在400到450摄氏度的温度下发生反应。生产设备20所在储油气段的井筒内自然产生的压力(如静水压力)在该压力范围内。该过程也取决于温度，温度升高有利于促进反应。井筒中自然形成的温度，例如由于地热梯度，在某些情况下可能在上述范围内，但在本例中略低，这对老油气井来说更为典型。然而，温度要足够高，以便在反应腔室中获得发生反应所需的温度条件，通常只增加有限的热能，这将在下文中进一步说明。如下文所述，根据需要，也可以降低温度。反应腔室的温度要求达到400至450摄氏度。因此，在井下组件10中可获得生产氨的条件，并可高效生产氨。腔室23包括催化剂材料，通常例如铁，以加快哈伯-博施反应的速度。

来自生产设备20的氨通过生产管道28从腔室23的出口沿井筒2向地面输送，如箭头B所示。氨从井筒2提取并输送到接收器70，来自管道28的氨流通过节流器29。

为便于利用井筒2的空间和条件，将来自电解设备40的氢气导入生产设备20远端23a的反应腔室23中。氢气流向生产设备20的近端23，并在反应腔室23中在两端23a、23b之间的位置处被利用。来自供应管道15的氮气则从中间位置23i进入反应腔室23，该中间位置23i分布在生产设备两端23a和23b之间。这种配置可以促进在井筒2中的实施，可以利用井筒的温度和压力条件来促进氢气和氮气的反应，并可以允许在生产设备20的长度范围内大量生产氨。

如将在一些变形中理解的那样，生产设备20沿井筒2的纵向范围可大可小，并且不限于在水平区段上使用。因此，生产设备20可以安装在具有垂直、偏离和/或横向轨迹的井筒的区段中。在某些示例中，生产设备20设置在井筒的任何井下区段，例如作为井筒2中井下管道的一部分，设置在井筒的压力和温度条件可以促进氨反应过程(例如哈伯-博施过程)中的氨生产的任何位置。此外，需要注意的是，在某些变形中，井筒中会安装多个生产装设备20。生产设备20也可以设置在井筒2的不同分支中。同样，在某些变形中，一个或多个制氢装置40用于向一个或多个生产设备20供氢。

此外，图1中的生产设备20具有加热元件25，该加热元件沿反应腔室23延伸。加热元件25包括电阻丝，在通电时会在生产设备20中产生热量，从而在反应腔室23中产生热量，以促进产生氨的化学反应。来自加热元件25的热量可以补充井筒周围环境的热量。设备1包括沿井筒2内部布置的电缆51a、51b，该电缆用于从地面的电源52向井内供电。加热元件25通过电缆51a、51b从地面5的电源52获得电流。加热元件25通过导线段26a和段26b与电缆51a和51b连接。通过控制电缆51a和51b的电流供应来控制所提供的热量。这样，就可以获得所需的温度条件，以促进氢气和氮气在生产设备中反应生成氨。由于反应是放热反应，一旦开始，就会产生热量，热量与加热元件一起用于进一步提高温度，并达到所需的程度。因此，加热元件的设计可作相应调整。

在这一点上，有必要补充说明图2，该图描述了还包括冷却装置的设备1的变形。更具体地说，图2中的装置1具有关于图1中所述的所有特征，除此之外，图2中的生产设备20还具有沿反应腔室23延伸的冷却元件75。冷却元件75具有管状线圈76，这些线圈沿着反应腔室23彼此分开并环绕反应腔室23布置。冷却元件75以这种方式与反应腔室23形成热交换关系，以便可操作以控制反应腔室23内和沿反应腔室23的温度条件，以促进生产氨的反应。冷却液可通过管路71a注入，管路71a沿着井筒2延伸，且位于井下冷却元件75和地面5之间。冷却液可以如箭头C所示流经管线71a，并通过沿反应腔室23设置的线圈76，以便在必要时降低反应腔室23的局部温度。设置在每个线圈76入口处的控制阀78可用来控制流经每个线圈76的冷却液流量，从而对反应腔室23的温度进行主动控制。如箭头D所示，冷却液通过管路71b流向地面75。

继续参考图1和/或图2，电解装置40包括电极41、42，用于对作为从地层进入井筒2并进入电解装置40的电解槽43的来流而接收在井筒中的盐水实施电解。电极41、42与电缆51a、51b相连，以向井下电极41、42输送来自地表电源52的电流。电极41是阴极，与电缆51b和电源52的负极相连。电极42与电缆51a和电源52的正极相连。作为阳极和阴极的电极与电解槽43中的盐水接触，起到电解盐水的作用。通过电解，氢气从盐水中释放出来，并从电解槽43中流出，例如，通过连接在电解装置40和生产设备20之间的供氢管道或密封导管，流向生产设备20的反应腔室23。通过使电解中的氢气经受井中遇到的压力(如100至200巴)和现场温度，可提高电解效率。

井下组件10位于井筒2的延伸至可渗透地质储油气地层7的一段。井筒2是以前为石油和天然气生产和/或勘探而建造的旧井筒。井筒2的这一段例如可以用砾石充填和筛砂或类似方式完成，这通常是在油井或气井的完井段进行的，目的是回收碳氢化合物。随着时间的推移，油气储层中的碳氢化合物逐渐枯竭，越来越多的碳氢化合物可能不再能够生产，从储油气地层通过滤网进入井筒的流体可能越来越多地由盐水组成。盐水积聚在储油气地层7中，并根据当时的井下和地下压力条件进入井筒2的井下部分。如图1所示，获取盐水的储油气地层7位于盖层岩石8的下方，盖层岩石8位于覆盖层岩石9下方。储油气地层7提供大量的盐水来源，并且实际上地层中的盐水量可以以大于原始石油和天然气储量的量来获得。使用盐水后，可促进流体的进一步迁移，从而随着时间的推移为储油气地层补充更多的盐水。因此，有了盐水，就可以生产出大量的氢，进而生产出大量的氨。在地层7中设置井下井筒，可以在靠近氢气生产源的地方电解和生产氨，从而减少运输需求。这可以通过在井筒中延伸的长氨生产设备20中生产氨来实现，以提供较高的氨生产能力。在各种实例中，井筒长达数公里，这在石油和天然气井筒中很常见。井筒可以配备从地表延伸到井筒储油气地层中的油管，生产氨的生产设备20也可以相应地在井筒中延伸，例如与井下油管结合在一起，或包括一个外壳，该外壳配置在井筒中，并根据需要和合适的长度沿井筒纵向延伸。

仍然参照图1，装置1还包括一个井下潜水泵30。泵30被设置成将来自电解过程的废液泵离电解设备40。废液通常包括盐水在电解过程中去除氢气后残留的液体。通过将废液抽走，可在电解设备的位置促进地层盐水进一步流入电解槽。盐水在槽43中得到补充，补充的盐水包括氢气，通过电解设备40的运行，氢气可以作为气体产生。泵30还有助于降低井筒部分的压力，以便于将盐水从地层7抽入井筒2。

井下潜水泵30将废液泵入地下地质层并储存。使用泵将废液注入地层是非常有用的，因为它可以通过清除废液来补充新的盐水，从而有助于提高电解槽43的氢气产量。这样就可以提高氢气的生产率，而且废料也不需要运到地面和/或进行处理，例如去除污染物。因此，使用泵的解决方案可以降低能源利用率，提高氢气生产过程的效率，进而降低氨的生产成本。通过这种方式，可以有效地生产出大量氨气，供消费者用作燃料。

在本例中，更具体地说，废液通过侧井筒3注入地层7。为此，在侧井筒3中设置注入管38，该注入管从井筒2分支并在横向延伸至地下。潜水泵30用于将废液通过注入管38泵入侧井筒3的地层。注入管28的远端装有封隔器36，用于密封注入管38周围与侧井筒3之间的环形空间。废液从封隔器36远端的密封区37中的注入管38的一个或多个出口39流出，注入周围地层。泵30的运行有助于将废液抽离电解设备40。电解设备40通过流体管35与潜水泵30连接，用于将废液引流至泵30。

井下潜水泵30可通过井筒2中的电缆51a、51b供电。泵通过连接线31a和31b与电缆51a和51b连接，以接收电力。控制线32从地面2延伸到井下泵，用于与泵进行数据通信，以控制和/或操作泵。因此，可根据需要从地面控制泵30。

在使用过程中，通过地面电源向井筒2中电解设备的电极供电。井筒接收来自周围储油气地层的盐水，在电解槽43中进行电解，从而产生氢气，并从电解装置中释放出来，继续向前输送。氢气被输送到井筒中氨生产设备20的反应腔室23。氮气从地面进入反应腔室23。在反应腔室23中，氮气和氢气通过哈伯-博施工艺结合生成氨。井筒深处的温度和压力条件，例如由于静水压力和地热梯度，有利于并适合于使反应腔室中的氮气和氢气有效反应生成氨。通过电加热元件25向反应腔室提供所需的热量，电加热元件25由地表电源供电。在图2的变形中，反应腔室23还可以在需要时通过冷却元件进行冷却。从反应腔室23中产生的氨被输送出生产设备20，并通过井筒中的生产管道28输送到地面。电解过程中产生的废液，例如对电解制氢不再有用或不需要的废液，由泵30从电解设备40抽出，回到地层，例如通过侧井筒注入地层。泵通过通信线路32从地面进行控制。

在某些变形中，地面处的电源52包括可再生能源。在一些示例中，可再生能源包括风力发电机。在海上油井中，来自海上风力发电机的供应可以是方便的，并且有助于以更具成本效益的方式生产氨，并为海事部门生产不含化石燃料的能源。

使用远距离的伸长的反应腔室23(如上文各示例中所述)，提供了腔室中的大的表面积，并增加氢分子和氮分子沿反应腔室23碰撞、结合和/或反应的机会。这可以提高利用氢气和氮气形成氨的比例(如百分比)的效率。分子沿腔室蜿蜒流动时，与腔室内催化剂材料接触的时间也会增加，从而提高氮分子和氢分子反应生成的氨的量。

在其它一些示例中，沿井筒内油管的不同位置设有多个反应腔室23，而不是图1所示的一个反应腔室23。在其中一个反应腔室23中未结合生成氨的氢气和氮气被输送到另一个反应腔室23中，然后在那里进行生成氨的反应。因此，可以使用沿井筒串联配置的多个腔室，充分利用井筒的可用长度，进一步提高氢气和氮气的利用效率，增加氨的产量。

再看图3，图中描绘了另一种装置101，其中与上述装置1的特征相对应的特征用相同的参考数字表示，但数量增加了一百。在图3的装置101中，井下组件110包括电解设备140，该电解设备用于通过电解盐水生产氢气。生产管道128位于井筒102中，并在地表105和电解设备140之间延伸。生产出的氢气通过生产管道128流出井筒102。潜水泵130运行以将来自电解设备140的废液抽到侧井筒103中，在侧井筒103中将废液重新注入多孔储油气地层7中。通过抽走废液，电解槽143中的盐水可以被补充，并且通过电解以更高的速率生产氢气。来自井筒2的氢气由地面处的接收器70接收，并根据需要加以利用。氢气可用于燃料电池发电，或者可替代地，可以供应给生产氨的设施，该设施可以设置在如陆上或地面上的其它地方。在图2的这一变形中，可以看到没有使用在井筒2中生产氨的氨生产设备20，并且也没有使用用于供应氮气的管道15。

因此，上述技术提供了利用井筒中的压力和温度条件，通过在井筒中的电解，以高效的方式且大量地生产绿色氨。来自多孔地层的地层盐水作为电解源可以提供实际上取之不尽的盐水源，其中的水可以提供氢气并且水中含有的盐分适合电解。通过井筒中的生产设备，可以在井筒中利用压力条件和井筒长度进行氨生产，从而在有限的能量利用率下最大限度地提高产量。此外，井筒中的压力还能促进氨的压缩，这对储存和运输非常有用，因为氨通常需要在压缩状态下运输。因此，可以提高运输和储存过程的效率和/或降低成本。此外，还能以较低的能耗处理生产过程中产生的废料。

本技术可被视为一种开放式地层构思，反应所需的氢气在井筒中产生，井筒中的水/盐水向地层开放。该装置可以有一个或多个向地层开放的入口，用于向电解槽供应水/盐水。电解产生的氢气进入反应器，与氮气结合生成氨。电解产生的废料被导回地层。

在各种实施例中，生产氨的方法包括在井筒中对盐水或其它电解质流体进行电解以产生氢气，其中井筒延伸到地质地层中，盐水或电解质流体来自地质地层；在井筒中将氢气和氮气结合以产生氨，氢气来自电解过程；从井筒中提取产生的氨并将废料导入地下的地质地层中。废料通常是电解过程中产生的废液。废料可注入地层。废料可以从电解槽抽走。

在各种实施例中，用于生产氨的装置包括至少一个生产设备，用于将氢气和氮气结合以生产氨，该生产设备配置在井筒的井下，用于利用井筒中的温度和压力条件促进氨的生产；至少一个电解设备，配置在井筒的井下，该电解设备包括电极，用于电解井筒地层中的盐水或其它电解质流体；以及用于废料导入地下地层的设备，例如将来自电解过程的废液注入地层。设备可包括至少一个泵，用于将废液抽离电解槽。

在不脱离本文所描述的本发明范围的情况下，可以进行各种修改和改进。本领域技术人员将显而易见的是，可以利用除了哈伯-博施工艺之外的类似的工艺，用于将氮气和氢气结合以生产氨。

Claims

1.一种生产氨的方法，该方法包括以下步骤：

在井筒中对盐水或其它电解质流体实施电解以产生氢气，其中，所述井筒伸入地质地层，以及，所述盐水或电解质流体来自所述地质地层；

在所述井筒中将氢气和氮气结合以生产氨，所述氢气来自电解过程；

从所述井筒中提取生产的氨；以及

将来自所述电解过程的废液注入地下的地质地层中。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述氢气和所述氮气在所述井筒中设置的至少一个反应腔室中通过化学反应结合。

3.根据权利要求1或2中所述的方法，其中，所述氨是通过实施哈伯-博施工艺生产的。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括利用所述井筒内的温度和压力条件以促进氨的生产。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括：设置电解设备以实施所述电解；以及将来自所述电解的废液从所述电解设备抽离。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述电解在第一井筒中实施，并且所述废液被泵入在深度上与所述第一井筒连通的所述第二井筒；以及所述方法还包括将所述废液在所述第二井筒中注入所述地质地层中。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，盐水或电解质流体通过来自所述地层的所述盐水的来流而被获取在所述井筒中。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过井筒管道向地面提取所述氨。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括在所述井筒的井下位置设置反应腔室，从地面向所述反应腔室供应氮气。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述方法还包括将在所述井筒中自所述电解过程产生的氢气供应到所述反应腔室以与所述氮气结合。

11.用于生产氨的装置，该装置包括：

至少一个生产设备，用于结合氢气和氮气以生产氨，所述生产设备配置布置在井筒中的井下，用于利用所述井筒中的温度和压力条件以促进所述氨的生产；

至少一个电解设备，配置为布置在所述井筒中的井下，且所述电解设备包括电极，用于电解所述井筒的来自地层的盐水或其它电解质流体；

部件，用于将来自所述电解设备的废液注入地下的地层中。

12.根据权利要求11所述的装置，所述装置还包括至少一个井下泵，用于布置在所述井筒中，且配置为用于将废液从第一井筒中的所述电解设备抽离并泵送到第二井筒中以注入地下的地层中。

13.根据权利要求11或12所述的装置，其中，一个电极是阳极，且另一个电极是阴极，且所述装置还包括用于地面供电的电源，以及布置在所述井筒中用于连接所述电极和在所述地面处的所述电源的至少一根电缆。

14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述电源包括至少一个风力发电机。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的装置，其中，所述生产设备包括至少一个反应腔室，用于将所述氢气和所述氮气结合以生产氨。

16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述反应腔室是伸长的以沿所述井筒布置。

17.根据权利要求15或16所述的装置，其中，所述反应腔室设有催化材料。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的装置，所述装置还包括井下管道，该井下管道包括所述生产设备。

19.根据权利要求15至18中任一项所述的装置，所述装置还包括加热元件，该加热元件配置为向所述反应腔室提供热量。

20.根据权利要求15至19中任一项所述的装置，所述装置还包括冷却元件，该冷却元件配置为冷却所述反应腔室。

21.根据权利要求15至20中任一项所述的装置，其中，所述反应腔室配置为在沿所述反应腔室的长度的多个位置将氮气导入腔室。

22.根据权利要求15至21中任一项所述的装置，所述装置还包括布置在所述井筒中的用于将生产的氨朝向地面输送的生产管道。

23.生产管道，配置为设置在井筒中，所述生产管道包含用于在所述井筒中通过化学反应将供应的氮气和氢气结合以生产氨的至少一个反应腔室。