CN1430697A - 处理含烃岩层的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种就地处理含烃岩层和从所述的含烃岩层生产烃类流体的方法，所述的方法包括在至少1巴和至多50巴的氢分压下使岩层中存在的烃类热解，从而生成高API重度、低碳数和低烯烃及多环芳烃化合物含量的烃类。

Description

处理含烃岩层的方法
本发明涉及一种通过热解岩层中存在的烃类来就地处理含烃岩层以及从所述岩层生产烃流体的方法。
从地下岩层得到的烃类常常用作能源、原料和消费产品。对可得烃类资源枯竭的关注已导致开发各种更有效的开采、加工和利用可得烃类资源的方法。就地处理方法可用于从地下岩层中移出烃类物质。可能需要改变地下岩层中烃类物质的化学和/或物理特性，使烃类物质更容易从地下岩层中移出。化学和物理变化可包括一些能生成可移出流体、岩层内烃类物质发生溶解性变化、相变化和/或粘度变化的就地反应。流体可以是但不限于是气体、液体、乳液、浆液和/或具有类似液流流动特性的固体颗粒流。
US-A-2634961、US-A-2732195、US-A-2780450、US-A-2789805、US-A-2923535和US-A-4886118中公开了一些利用井下加热器的就地处理法的实例。
例如，在US-A-2923535和US-A-4886118中述及对油页岩岩层加热的方法。其中，对油页岩岩层进行加热来使油页岩岩层内的油母质热解。该热量也使岩层断裂，以便提高岩层的渗透率。渗透率的提高使烃流体能从油页岩岩层转移到移出流体的生产井。在US-A-2923535中，闭所有的气体出口阀来施加压力，以便测试岩层对气体和蒸汽的孔隙率和渗透性。但是，US-A-2923535对在气体和蒸汽的生产过程中维持高压确未提及。
已作了大量努力来开发从含烃岩层经济地生产烃类、氢和/或其他产品的方法和系统。但是，目前仍然存在许多还不能从中经济地生产烃类、氢和/或其他产品的含烃岩层。因此，仍有需要一些能从各种含烃岩层生产烃类、氢气和/或其他产品的改进方法和系统。
现已发现，在热解过程中施加中等，氢分压通常低于50巴，从岩层生产的烃类流体的质量可提高。特别是，中等氢分压的氢存在使API重度增加。此外，它还使长链烃类流体、烯烃和多环芳烃化合物的产量下降，以及它还使焦油和其他难以改质的交联产物的生成量减少。
考虑到现有技术，这一点是意想不到的结果。例如，US-A-2595979公开了超过1000psi(约70巴)一直到10000psi(约700巴)的氢分压的应用，此外结构限制通常要求使用这一范围较低部分的压力，而较高的压力是希望的。
因此，本发明的方法包括在至少0.1巴和至多50巴的氢分压下在氢存在下使岩层中的烃类热解。
适宜的是，热裂中生产烃类流体的数量、组成和质量可通过控制与所用温度有关的压力(反之亦然)来控制。在这方面，烃类流体的数量、组成和质量可由一种或多种相关的性质来确定，例如API重度、烯烃/烷烃比、碳/氢元素比、生成的等价(气体和液体)、生成的液体、FischerAssay百分比及烃类流体内碳原子数大于25的烃类存在。可生产有相关性质的烃类流体的与所述温度有关的压力或与所述压力有关的温度可用一方程式，即下文中的“方程式1”来确定。 P = 0.07 * e - A T + 273 + B
式中P为压力(巴，绝对)，T为温度(℃)，A和B为与相关性质有关的参数，可用经验来确定。因子0.07和参数A和B的量纲是这样的，以致与P和T的量纲符合。
在许多情况下，温度/压力控制的应用涉及到在热解过程中高压的应用。看来高压的应用有许多意想不到的优点。这些优点与本发明的温度/压力控制的应用无关。
在岩层中升高压力能生产改进的烃流体。随着岩层中压力升高，从岩层中生产的烃流体包括较大部分的不可凝组分。按此方式，在如此压力下所生产的大部分量(例如大半以上量)烃流体与较低压力下所生产的烃流体相比，会包括更轻和更高质量的可凝组分。
已发现在热岩层中维持高压能明显抑制碳数例如大于约25的烃流体和/或多环烃类化合物的生产。在热岩层中维持高压还能使从岩层生产的烃流体的API比重增加。因此，较高的压力可提高具有更高API重度的较短链烃流体的产量。
此外，在岩层中维持高压还可抑制岩层下沉。在岩层中维持高压往往还能减小用来输送可凝组分的收集导管的所需尺寸。在岩层中维持高压还便于由所生产的不凝流体来发电。例如，所生产的不凝流体可通过气轮机来发电。
本发明还提供一种生产合成气的方法，所述方法包括提供一种要按本发明方法处理的含烃岩层并将含烃岩层与产生合成气的流体进行反应。
本发明还提供一种生产烃类的方法，所述方法包括提供一种按本发明生产的合成气和将该合成气转化成烃类。
本发明还提供一种生产能量的方法，所述方法包括提供一种按本发明生产的合成气和将该合成气膨胀和/或燃烧。
US-A-5236039公开了一种使用射频热源将岩层加热到热解温度来就地处理含烃岩层的方法。在此文献中，并未总体性地述及压力对该方法或其结果的影响。但是，在所涉及发明的相关模拟过程中，顺带提到将50psi压力与高达575°F的热解温度结合使用的内容(参见该专利的表1)。在该发明的处理方法中，高达301.7℃(575°F)下施加3.52巴(50psi)的压力与射频加热结合使用的情况未包括在该专利的权利保护范围内。
除非另加说明，术语“压力”在这里指绝对压力。压力主要是在从岩层生产烃流体或在合成气生产过程中，采用的温度T和压力P在生产井中在紧靠发生热解或产生合成气的岩层相应部分处测量。另一方面，温度T可在加热器井产生的热输入量和热解反应产生或消耗的热量和岩层特性来确定。
优选用于本发明的含烃岩层含有油母质。油母质由已经熟化过程转变的有机物质组成。包括油母质的含烃岩层例如为含煤岩层和含油页岩岩层。或者，可将不包括油母质的含烃岩层，例如含重质烃类的岩层(例如沥青砂类)进行处理。
可根据至少一部分岩层的性质来选择要就地处理的含烃岩层，以便能从岩层生产高质量流体。例如，可根据油母质的镜质体反射率来评估或选择要处理的包括油母质的含烃岩层。镜质体反射率常与油母质的氢/碳元素比和氧/碳元素比有关。优选镜质体反射率在从0.2％到3.0％、更优选从0.5％到2.0％范围内。镜质体反射率处于该范围内往往表明将能从岩层中生产相对更高质量的烃流体。
根据含烃岩层中烃类的元素氢含量来选择要处理的含烃岩层。例如，一种处理含烃岩层的方法一般可包括选择其中所含烃类的元素氢含量大于2％、特别是大于3％、更特别是大于4％(重量)(按干燥的无灰物计算)的含烃岩层来进行处理。优选含烃岩层含有氢/碳元素比在从0.5到2、特别是从0.70到1.7范围的烃类。元素氢含量可显著影响所生产的烃流体的组成，例如可通过形成分子氢的方式。
因此，若岩层中存在的氢太少，那么对所生产流体的数量和质量会有负面影响。维持氢分压是有利的，且如果天然存在的氢气太少，那么可将氢气或其他还原流体加到岩层中。
岩层中烃类的元素氧重量百分数一般小于20％、特别是小于15％、更特别是小于10％(按干燥的无灰物计算)。氧/碳元素比一般小于0.15。按此方式，可使含烃物料就地转化过程中所产生的二氧化碳和其他氧化物量减少。氧/碳元素比通常在从0.03到0.12范围内。
加热含烃岩层的过程通常包括供给位于岩层内的热源以大量能量。含烃岩层可包含水。含烃岩层中存在的水往往会使加热含烃岩层所需的能量进一步增加，因为可能需要大量的能量来蒸发岩层中的水。因此，可能需要过量的热和/或过长的时间来加热水含量较高的岩层，。优选含烃岩层的水含量小于15％、更优选小于10％(重量)。
要进行热解处理的含烃岩层或其部分的宽度例如可为至少0.5m、或至少1.5m、或至少2.4m、甚或至少3.0m。所述宽度可达100米、或达1000米、甚或达2000米或更宽。要进行热解的含烃岩层或其部分的层厚例如可为至少2m、更一般为从4到100m范围、更典型为从6到60m。含烃岩层的上覆岩层厚度例如可为至少10m、更典型是从20到800m或1000m范围或是更厚。
含烃岩层可按本专业已知的方法用置于加热套管中的一或多个热源加热到足以使岩层中存在的烃类热解的温度。
加热套管可位于紧靠含烃岩层处或优选位于含烃岩层内。优选使用多个热源，以使大部分含烃岩层可被加热，且优选使热源所产生的热出现叠加(叠合)现象。热叠加现象能缩短达到热解温度所需的时间。热叠加现象能允许在相邻热源之间有相对大的间隔，反过来它能对含烃岩层提供相对缓慢的加热速度。热叠加现象还将提供均匀加热，以便控制温度，在整个(大部分)含烃岩层中均匀地产生所期望性质的流体。
热源之间的间隔一般在从5m到20m、优选从8m到12m范围。优选热源以基本等距的三角形放置，因为与其他形状例如六角形相比，它能对岩层提供更加均匀的加热。此外，三角形能比其他形状例如六角形提供更快的加热速度，以达到预定的温度。
可使用任何传统的热源。优选使用适合传导加热的热源，例如任何类型的电加热器或任何类型的燃烧加热器。采用射频加热方式的热源不太优选。
由于热岩层中渗透率和/或孔隙率相对迅速地增加，所产生的蒸汽可通过岩层以相对很小的压差流动相对长的距离。由于水的汽化、烃类的移出使受热部分的质量减少和/或由于岩层发生断裂，而导致渗透率得以提高。优选在靠近岩层的上表面附近，提供一些用于回收烃流体的生产井。含烃岩层内所产生的流体可以蒸汽形式穿过含烃岩层移动相当长的距离。该相当长的距离例如可包括50m到1000m。由于岩层受热部分的可渗透性，蒸汽可以较小的压降穿过相当长的距离。由于这样的可渗透性，可能每两个热源单元或每三个、四个、五个、六个热源单元只需提供一个生产井，所述的热源单元各自可包括多个加热套管，例如两个、三个或六个。生产井可以是有一个采油筛管或射孔套管的下套管井。此外，生产井可用砂子或砾石围绕，使进入下套管的流体压降最小化。
此外，可配置水泵井或真空井，以便从含烃岩层中移出液体水。例如，可将多个水井围绕被加热的整个岩层或其一部分。
所生产的烃流体为一种分子结构中含碳和氢的物质。它也可含有其他元素，例如卤素、金属元素、氮、氧和硫。
将含烃岩层加热到可发生热解反应的温度。热解温度的范围可包括例如上至900℃的温度。主要的烃流体可在从250到400℃、更优选260到375℃的热解温度范围内生产。足以使较低渗透性的含烃岩层中的重质烃类热解的温度可在从270到300℃范围内。在另外一些实施方案中，足以使重质烃类热解的温度在从300到375℃范围内。如果含烃岩层整体被加热到全部热解温度范围，岩层达到热解温度范围上限只能生产少量氢，可得氢衰竭后，岩层中存在的烃产量很少。
优选将设计用来热解的含烃岩层或其一部分以低加热速率加热。通常，加热速率至多50℃/天。加热速率一般小于10℃/天、更典型小于3℃/天、特别是小于0.7℃/天。加热速率常常大于0.01℃/天、特别是大于0.1℃/天。特别是在所述热解温度范围内应用该低加热速率。更具体地说，在热解温度范围所需全部时间的50％以上、优选75％以上、或更优选90％以上的时间内可以该速率加热含烃岩层的受热部分。
含烃岩层的加热速率可能会影响从含烃岩层生产的烃流体的数量和质量。例如，以高加热速率进行加热可以从含烃岩层中生产出更多数量的流体。但是，此方法的产品质量明显低于采用低加热速率得到的产品。并且，控制加热速率小于3℃/天通常能对含烃岩层内的温度提供更好的控制。
本发明有关加热速率的内容是适用的，与本发明的温度/压力控制的应用无关。
将含烃岩层加热到热解温度的步骤可能发生在含烃岩层内已产生较大渗透性之前。初始时缺乏渗透性可能会阻止从热解段产生的流体在岩层内传输。按此方式，随着热量开始从热源传递到含烃岩层，靠近热源的含烃岩层内的流体压力可能会升高。
当岩层中还没有流向生产井的通道或任何其他降压手段时，因烃流体或由岩层中产生的其他流体的膨胀所形成的压力开始升高。此外，流体的压力可能会超过岩石静压，以致含烃岩层内可从热源到生产井间形成裂缝。由于通过生产井来进行烃流体的生产，那么受热部分内所产生的裂缝将使压力下降。
为在烃流体的生产过程中维持含烃岩层内的压力，可在生产井处维持一个背压。该压力可通过阀门和/或将气体注入含烃岩层的手段进行控制，例如注入氢气、二氧化碳、一氧化碳、氮气或甲烷、或水或水蒸汽。特别优选注入氢气。
可配置阀门来维持、改变和/或控制含烃岩层内的压力。例如，置于含烃岩层内的热源可连接到一个阀上。使阀门配置成能通过热源从岩层中释放出流体以及用于将气体注入含烃岩层。或者，可将压力阀与生产井连接。收集经阀门释放的流体并输送到地表单元，用于进一步加工和/或处理。
根据本发明，在热解过程中和在从岩层生产烃类流体的过程中，控制压力和温度，以便控制与烃类流体的数量、组成和质量有关的某些性质。方程式1中的参数A和B可通过实验来确定。通常，参数A的数值可为14000-60000中任一数值，而参数B的数值可在25-90中任一数值。下文给出一些例子。
为了生产碳数为25或更高烃类含量较低的，例如碳数为25或更高烃类含量低于25％(重量)的烃流体，优选压力至少为可根据所述的温度由方程式1计算的压力，或温度至少为可根据所选的压力由方程式1计算的温度，其中A等于14206和B等于25.123，更优选A等于15972和B等于28.442，特别是A等于17912和B等于31.804，更特别是A等于19929和B等于35.349，最特别是A等于21956和B等于38.849时计算的压力值。在实践中，这样的压力和温度常常对操作是足够的，所述的压力至多为可根据所选的温度由方程式1计算的压力，或所述的温度至少为可根据所的压力由方程式1计算的温度，其中A等于24146和B等于43.349。
为了生产高API重度例如至少30°的可凝烃类的烃类流体，优选压力至少为可根据所选的温度由方程式1计算的压力或温度至多为可根据所选的压力由方程式1计算的温度，其中A等于30864和B等于50.676，更优选A等于21719和B等于37.821，特别是A等于16895和B等于31.170。在实践中，这样的压力和温度常常可足以操作，以致所述的压力至多为可根据所选的温度由方程式1计算的压力，或温度至少为可根据所选的压力由方程式1计算的温度，其中A等于16947和B等于33.603。正如这里使用的，“可凝的烃类”为在1巴下沸点至少为25℃的烃类。
为了生产低乙烯/乙烷比例如至多0.1的烃类流体，优选使用至少为可根据所选的温度由方程式1计算的压力或至多为可根据所选的压力由方程式1计算的温度，其中A等于57379和B等于83.145，更优选A等于16056和B等于27.652，特别是A等于11736和B等于21.986。在实践中，这样的压力和温度常常足以操作，以致所述的压力至多为可根据所选的温度由方程式1计算的压力或温度至少为可根据所选的压力由方程式1计算的温度，其中A等于5492.8和B等于14.234。
为了生产高氢/碳元素比例如至少1.7的可凝烃类的烃类流体，优选压力至少为可根据所选的温度由方程式1计算的压力或温度至多为可根据所选的压力由方程式1计算的温度，其中A等于38360和B等于60.531，更优选A等于12635和B等于23.989、特别优选A等于7953.1和B等于17.889。在实践中，这样的压力和温度是足够的，以致压力至多为可根据所选的温度由方程式1计算的压力，或温度至少为可根据所选的压力由方程式1计算的温度，其中A等于6613.1和B等于16.364。
可从含烃岩层生产的烃类流体潜在总量可由Fischer Assay确定。Fischer Assay是一种标准方法，它包括将含烃物质的样品加热到约500℃，收集由受热样品生产的产品以及定量分极该产品。为了从含烃岩层生产大量的烃类流体，例如用Fischer Assay表示的至少60％的数值，优选压力至多为可根据所选的温度由方程式1计算的压力或温度至少为可根据所选的压力由方程式1计算的温度，其中A等于11118和B等于23.156，更优选A等于13726和B等于26.635，特别优选A等于20543和B等于36.191。在实践中，这样的压力和温度是足够的，以致压力至少为可根据所选的温度由方程式1计算的压力或温度至多为可根据所选的压力由方程式1计算的温度，其中A等于28554和B等于47.084。
在一些情况下，这样控制压力和温度是最有利的，以致它们属于这样的A和B数值，这些数值表示如上文所述的相对低的优选范围的条件。例如，当希望产品的数量、组成和质量的某种组合时，情况就这样。因此，上面的公开内容还包括所有可由A和B的组合确定的子范围。特别是，在烃类流体的生产过程中，保持相关性质基本上不变可能是有利的，它可能通过在参数A和B的恒定的数值下操作来达到。在热解过程中和在从岩层生产烃类流体的过程中，压力可在宽范围内选择。通常，使用至少1.5巴的压力，更通常至少1.6巴、特别是至少1.8巴。常常，当热解温度为至少300℃时，可使用至少1.6巴的压力，而当温度低于300℃时，可使用至少1.8巴的压力。压力的上限可由覆盖层的结构和重量来确定。常常在实践条件下，压力小于70巴，更常常小于60巴，或甚至小于50巴。最好将压力控制在2-18巴或2-20巴或另一方面控制在20-36巴。
在一优选的实施方案中，维持一定的氢分压。通常，氢分压为至少0.2巴且至少0.4巴和一直到35巴甚或50巴，更通常1-10巴，特别是5-7巴。在岩层中维持一定的氢分压特别使生产的烃类流体的API重度增加和长链烃类流体的产量减少。
有关氢分压的公开内容是适用的，与本发明的温度/压力控制无关。
经热解处理的含烃岩层或其一部分中初始有机碳总含量的至少20％、一般至少25％、优选至少35％可转变成烃流体。在实际操作中，通常经热解处理的含烃岩层或其一部分中初始有机碳总含量的至多90％可转变成烃流体，更典型为至多80％，或至多70％或至多60％。
在某些实施方案中，热解之后，可由残留在含烃岩层内的烃类生产合成气。热解过程可在整个含烃岩层或已热解部分中产生较高的基本均匀的渗透性。这种较高的基本均匀的渗透性能在合成气中不产出大量烃流体的情况下产生合成气。所述已热解部分还具有大的表面积和/或大的表面积/体积。产生合成气的过程中大表面积能使合成气产出反应基本上处在平衡条件下。与未经热解处理的含烃岩层中产生的合成气相比，较高的基本均匀的渗透性可使合成气回收率较高。本发明有关加热速率的内容是适用的，与本发明的温度/压力控制的应用无关。
在一些具体实施方案中，至少一些含烃物质的热解过程将可利用的初始碳的20％转化。合成气生产过程将至少另外10％且一般达另外70％的可利用初始碳转化。按此方式，从含烃岩层就地生产合成气的方法可使该部分中更多数量的可利用初始碳转化。
可在从岩层生产烃流体的过程之前或之后从岩层中生产合成气。合成气，尽管通常定义为氢(H2)和一氧化碳(CO)的混合物，但它还可含有另外的组分，例如水、二氧化碳(CO2)、甲烷和其他气体。
合成气产生过程可在烃流体产量下降到不经济的水平之前和/或之后进行。按此方式，供给热解反应的热量也可用来生产合成气。例如，若热解后一部分岩层为375℃，那么通常只需要较少的外加热量就可将该部分加热到足以支持合成气生产的温度。在某些情况下，可由一或多个热源提供热量，将岩层加热到足以进行合成气生产的温度(例如从400到1200℃范围或更高)。在该温度范围的上限，生产的合成气主要包括例如摩尔比为1∶1的H2和CO。在该温度范围的下限，所生产合成气可能有较高的H2/CO比。
岩层中用于热解过程和从岩层生产烃流体过程的热井、热源和生产井可在合成气生产过程中用作引入生产合成气所用流体的注入井、生产井或用作加热岩层的热源。合成气生产过程所用热源可包括上述任何一种热源。
或者，加热步骤可包括由岩层中的多个井身内流动的传热流体例如水蒸汽或燃烧器的燃烧产物所传递的热量。
可将生产合成气所用流体例如液体水、水蒸汽、二氧化碳、空气、氧、烃类及其混合物提供给岩层。例如，生产合成气所用流体混合物可包含水蒸汽和氧气。生产合成气所用流体可包括热解另一部分岩层内含烃物质所生成的含水流体。提供生产合成气所用流体的步骤或者可包含将岩层的地下水位升高，使水能流入岩层的步骤。生产合成气所用流体也可通过一个注入井提供。生产合成气所用流体通常将与岩层中的碳反应形成H2、水(液体水或水蒸汽)、CO2和/或CO。
可将CO2从合成气中分离出来，并可与生产合成气所用流体一起再注入岩层。通过主要化学平衡反应的移动，加入生产合成气所用流体中的二氧化碳可在合成气生产过程中基本上抑制二氧化碳的进一步生成。二氧化碳也可与岩层中碳反应生成一氧化碳。
可将烃类例如乙烷加入生产合成气所用流体中。当将烃类引入岩层时，它们可裂化生成氢气和/或甲烷。所生成的合成气中存在甲烷可提高它的热值。
产生合成气的反应通常为吸热反应。合成气生产过程中可对岩层加热，以使岩层的温度保持在所期望的水平。可由热源和/或由引入的温度高于岩层的生产合成气所用流体进行加热。或者，在生产合成气所用流体中加入氧化剂，例如空气、富氧的空气、氧气、过氧化氢、其他氧化性流体或它们的组合形式。氧化剂可与岩层中的碳反应产生热量，并生成CO2和/或CO。在一个优选实施方案中，将氧气和水(或水蒸汽)例如按1∶2至1∶10、优选1∶3至1∶7、如1∶4的摩尔比提供给岩层。
合成气生产过程中，可将含烃岩层维持在较高的压力下。可在宽的压力范围内生产合成气，例如是1到100巴之间、更通常2到80巴之间、特别是5到60巴之间的压力。高操作压力可得到高H2产量。高操作压力能借助将所生产的合成气通过汽轮机的方法来发电，且允许用较小的收集导管来输送所生产的合成气。
可在宽的温度范围内生产合成气，例如是400到1200℃之间、更典型是600到1000℃之间的温度。在较低的合成气生产温度下，可生产有高H2/CO比的合成气。较高的岩层温度可生产H2/CO比接近1的合成气，且料流主要包括(在某些情况下基本上只为)H2和CO。在约700℃的岩层温度下，所述岩层可生产H2/CO比为2的合成气。一般来说，可生产H2/CO摩尔比从1∶4至8∶1范围、更典型是从1∶2至4∶1范围，特别是从1∶1至2.5∶1范围的合成气。某些实施方案可包括将第一合成气与第二合成气混合来生产所期望组成的合成气的步骤。第一和第二合成气可由岩层的不同部分生产。
可将已经热解过程和任选经合成气生产过程处理的含烃岩层或其部分进行冷却或是冷却成一个冷的废岩层。
烃流体和/或合成气生产过程后，可将流体(例如二氧化碳)隔绝在岩层内。为在岩层内贮存大量流体，岩层的温度常常需要低于100℃，例如降到20℃。可将水送入岩层以产生水蒸汽并降低岩层的温度。水蒸汽可从岩层中移出。水蒸汽可有多种用途，例如用来加热岩层的另一部分、用来在岩层相邻部分中生产合成气或在储油层中用作蒸汽驱。岩层被冷却后，可将流体加压并隔绝在岩层中。将流体隔绝在岩层中可大大减少或消除因本就地处理法的操作所释放至环境的流体。废岩层特别适用于这一目的，因为它具有大的孔隙度和对流体特别是气体高渗透性的结构。
将要隔绝的流体以例如5-50巴范围的压力注入冷废岩层并吸附到岩层的含烃物质上。随后加入岩层的水可阻止二氧化碳的脱附。US-A-5566756中例示说明了隔绝二氧化碳方法的实例。
本文所述的合成气可转化成烃类(包括甲烷)或其他产物(例如氨)。例如，可与费托烃类合成过程配套将合成气转化成烷烃。合成气也可用于催化甲烷化过程来生产甲烷。或者，合成气可用来生产甲醇、汽油和柴油、氨和中间馏分油。
合成气也可用作能源。例如，它可用作燃烧燃料来加热含烃岩层或制造水蒸汽，然后推动涡轮发电。合成气可通过减小合成气在气轮机中的压力或利用合成气的温度来制造水蒸汽然后推动气轮机的方法用来发电。也可将合成气用于诸如熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池或其他类型燃料电池的产能单元。
用作费-托合成反应进料气的合成气的H2/CO摩尔比一般约为2∶1。费-托合成法一般是生产支化和直链烷烃，它们可通过加氢裂化转化成例如包括柴油、喷气发动机燃料和石脑油在内的烃产品。US-A-4096163、US-A-4594468、US-A-6085512和US-A-6172124中例示说明了合成气在费-托合成过程中转化成烃类的方法的实例。
所生成的用作催化甲烷化过程进料气的合成气的组成最好是H2/CO摩尔比为3∶1至4∶1。US-A-3992148、US-A-4130575和US-A-4133825中例示说明了催化甲烷化法的实例。
US-A-4407973、US-A-4927857和US-A-4994093中例示说明了由合成气生产甲醇的方法的实例。
US-A-4076761、US-A-4138442和US-A-4605680中例示说明了生产发动机燃料的方法的实例。
以下的实施例例示说明本发明。
实施例1
将美国科罗拉多州的格林河油页岩沉积物的各种样品在不同的温度和压力下热解，以确定热解温度和压力对所生成烃流体的质量和数量的影响。
配置一个不锈钢压力容器用来装油页岩样品。容器和连接所述容器的流出管绕有电加热带，以便给整个容器和出油管提供基本均匀的加热。流出管包括一个用于升压试验的背压阀。产物通过该阀门后，常压下在常规实验室玻璃冷凝器中冷却并进行分析。
在325℃热解温度下得到的试验结果以下。在约0.5巴氢分压下，生产的可凝烃类的API重度为约41°，而在约1.4巴氢分压力，其API重度为约47°。在约0.5巴氢分压力，乙烯/乙烷比为约0.037，而在约1.4巴氢分压下，这一数值为约0.011。在约0.5巴氢分压下，可凝烃类的H/C比为约1.79，而在约1.4巴氢分压下，这一数值为约1.91。在350℃的热解温度下，得到以下的结果。在约0.5巴氢分压下，生产的可凝烃类的API重度为约31°，而在约2.3巴氢分压下，这一数值为约42°。在约0.5巴氢分压下，乙烯/乙烷比为约0.081，而在约2.3巴氢分压下，这一数值为约0.007。在约0.5巴氢分压下，可凝烃类的H/C比为约1.76，而在约2.3巴氢分下，这一数值为约1.97。因此，通过提高氢分压，API重度增加，乙烯/乙烷比下降和H/C比增加。试验数据还用于通过方程式1和参数A和B来确定产品的质量和产率的压力/温度关系。结果表明，通过提高流体总压，碳数为25或更大的烃类含量下降，API重量增加、乙烯/乙烷比下降，H/C比增加以及相对于Fischer Assay的烃类产率下降。

Claims (20)

1.一种就地处理含烃岩层的方法，所述的方法包括在至少0.1巴和至多50巴的氢分压下热解岩层中存在的烃类。
2.根据权利要求1的方法，其中含烃岩层含有油母质，例如煤或油页岩或重质烃类例如油砂。
3.根据权利要求1或2的方法，其中使用适用于通过传导加热岩层的热源。
4.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中通过在250-400℃、特别是260-375℃的温度下加热使岩层中存在的烃类热解。
5.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中氢分压为1-10巴、更优选5-7巴。
6.根据权利要求1-5中任一项的方法，其中应用压力/温度控制，所述的压力至少为可根据所选的温度由以下方程式计算的压力，或所述的温度至多为可根据所选的压力由以下方程式计算的温度 P = 0.07 * e - A T + 273 + B
式中P为压力(巴，绝对)，T为温度(℃)，A和B为预定参数，它们与在所选的氢分压力在氢存在下生产的烃类流体的数量、组成或质量有关的性质有关。
7.根据权利要求6的方法，其中A等于14206和B等于25.123。
8.根据权利要求6的方法，其中压力至多为可根据所选的温度由所述的方程式计算的压力，或温度至少为根据所选的压力由所述的方程式计算的温度，其中A等于24146和B等于43.349。
9.根据权利要求6的方法，其中A于30864和B等于50.676。
10.根据权利要求6的方法，其中压力至多为可根据所选的温度由所述的方程式计算的压力，或温度至少为根据所选的压力由所述的方程式计算的温度，其中A等于16947和B等于33.603。
11.根据权利要求6的方法，其中A等于57379和B等于83.145。
12.根据权利要求6的方法，其中压力至多为可根据所选的温度由所述的方程式计算的压力，或温度至少为根据所选的压力由所述的方程式计算的温度，其中A等于5492.8和B等于14.234。
13.根据权利要求6的方法，其中A等于38360和B等于60.531。
14.根据权利要求6的方法，其中压力至多为可根据所选的温度由所述的方程式计算的压力，或温度至少为根据所选的压力由所述的方程式计算的温度，其中A等于6613.1和B等于16.364。
15.根据权利要求6的方法，其中A等于28554和B等于47.084。
16.根据权利要求6的方法，其中压力至多为可根据所选的温度由所述的方程式计算的压力，或温度至少为根据所选的压力由所述的方程式计算的温度，其中A等于11118和B等于23.156。
17.根据权利要求1-16中任一项的方法，其中还包括随后至少部分经处理的含烃岩层与合成气生成用流体反应的步骤。
18.一种生产烃类的方法，所述的方法包括提供按权利要求17生产的合成气以及将合成气转化成烃类。
19.根据权利要求18的方法，其中用费-托烃类合成法将合成气转化成烷烃，然后将烷烃在加氢裂化反应器中进行转化。
20.一种生产能源的方法，所述的方法包括提供按权利要求17生产的合成气并将合成气膨胀和/或燃烧或将合成气用于燃料电池。
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