DE2342790A1 - Verfahren zur untertagegewinnung des kohlenwasserstoffanteils von kohlenwasserstoffhaltigen materialien - Google Patents
Verfahren zur untertagegewinnung des kohlenwasserstoffanteils von kohlenwasserstoffhaltigen materialienInfo
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Description
Patentanwälte 51 Aachen, den 23. August 1973
DIPL-ING. BRUNO SCHMETZ Augustostraße 14-16- Tel. (0241) 508051
DIPL-INC. WERNER KÖNIG 2342790
JITSTHEIM PETROLEUM COMPlIiY in Salt Lake City, Utah (V.St.A.)
Beschreibung zu Patentanmeldung
Verfahren zur Untertagegewinnung des Kohlenwasserstoffanteils von kohlenwasserstoffhaltigen Materialien
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Untertagegewinnung des
Kohlenwasserstoffanteils von kohlenwasserstoffhaltigen Materialien durch Vergasung.
Der Vergasung von z.B. ölschiefer wird seit Jahren hohe Aufmerksamkeit
geschenkt, und sie wird in verschiedenen Teilen der Welt in begrenztem Umfang praktisch betrieben. Die Untertagevergasung
ist als praktische und darliberhinaus vielleicht als die wirtschaftlichste
Methode erkannt worden, mit der große Mengen von Kohlenwasserstoffreserven, welche z.B. in Form von ölschiefer vorliegen,
zu gewinnen sind. Derartige Ölsohieferlagerungen sind beispielsweise in Colorado, Utah und Wyoming in USA aufgefunden worden. Die
Untertagevergasung ist nach verschiedenen Verfahren wirtschaftlich ausgenutzt oder vorgeschlagen worden, welche eine Erwärmung z.B.
des Ölschiefers in seiner natürlichen unterirdischen Lagerung vorsehen .
So sind z.B. elektrische Heizvorrichtungen in Bohrlöcher abgesenkt
worden, wobei die Kohlenwasserstoffdämpfe durch andere Bohrlöcher
abgezogen worden sind, teilweise mit Hilfe eines an diese anderen Bohrlöcher angelegten Unterdrucks. In praktisch allen Pällen hat
die bekanntlich fehlende Durchlässigkeit von Ölschiefer und der
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meisten unterirdischen Lagerungen derartige Verfahren sehr stark
begrenzt. Es sind ferner bereits eine Reihe von Vorschlägen gemacht worden zur Bildung von Rissen und zum Aufbrechen von Ölschieferlagerungen,
z.B. durch die Verwendung von Explosionen, die Aufbringung von außerordentlich hohen Temperaturen und die
Lösungswirkung von eingeführtem Erdgas, so daß wärmeaustauschende Strömungsmedien durch die unterirdische Lagerung hindurchgeführt
und Kerogen-Dämpfe gewonnen werden können. Es ist ferner bekannt, erwärmtes reines Wasserstoffgas in eine unterirdische Lagerung
von Ölschiefer einzuführen, um einen Wärmeaustausch zu erreichen und diese Lagerung durchdringlich zu machen, wobei das Wasserstoffgas
in Abhängigkeit von der angewandten Temperatur auch eine Hydrierung des Kerogens bewirkt, wenn dieses in Dampfform
vorliegt. Auf die US-Patentschriften 3 237 689 und 3 598 182
der Anmelderin wird in diesem Zusammenhang verwiesen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren anzugeben, das die Nachteile der bisher bekannten und
z.T. bereits verwendeten Verfahren vermeidet und dabei insbesondere billig, zuverlässig und wirkungsvoll arbeitet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art zunächst ein gegenüber im
wesentlichen reinem Wasserstoff billiges Wärmeaustauechgas auf
die Vergasungstemperatur des kohlenwasserstoffhaltigen Materials gebracht, dann in eine erste Zone der unterirdischen Lagerung
des zu vergasenden kohlenwasserstoffhaltigen Materials eingeführt und anschließend von der ersten Zone durch die unterirdische Lagerung
hinduroh in eine Produktentnahmezone geleitet wird, um den Kohlenwasserstoffgehalt in der Lagerung zu verdampfen; daß Wasserstoff
gas in eine begrenzte Hydrierungszone eingeführt wird, die im Ströniungsverlauf des Wärmeaustauschgases und des Dampfes in
Richtung auf die Produktentnahmezone dicht neben dieser letztgenannten Zone angeordnet ist, wobei die Temperatur in der Hydrie-
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rungszone zwisohen 565° 0 (1050° F) und 675° 0 (1250° F) liegt;
daß Wasserstoffgas in einer Menge zugeführt wird, die zumindest
für eine teilweise Hydrierung der abzuziehenden Kohlenwasserstoffdämpfe ausreicht und daß schließlich von der Produktentnahmezone
zumindest teilweise hydrierte Kohlenwasserstoffdämpfe entnommen werden.
Erfindungsgemäß wird also ein verhältnismäßig billiger Wärmeträger
zur Diffusion in den Bereich des jeweils behandelten kohlenwasserstoff haltigen Materials, beispielsweise eine Ölschieferlagerung,
benutzt. Die Verwendung eines billigen Wärmeaustauschgases oder Wärmeträgers macht es nur in äußerst geringem Maße erforderlich,
Vorkehrungen zu treffen, um Strömungsverluste des Wärmeaustauschgases in der Lagerung aufgrund unvermuteter Hohlräume
und dgl. von größeren Abmessungen vorzusehen. Mit der an sich bereits bekannten Benutzung eines verhältnismäßig billigen
Wärmeaustauschgases ist die Einführung von Wasserstoffgas in eine begrenzte Zone in der Strömungsbahn des Wärmeaustausohgases
und der mitgeftthrten Dämpfe von der Einführungsstelle oder den Einführungsstellen des Wärmeaustauschgases zu einer oder zu mehreren
Förder- oder Entnahmebohrungen zur Gewinnung des gasförmigen Kerogens kombiniert. Vorzugsweise wird nur eine Förder- oder
Entnahmebohrung benutzt, wobei die Zone, in welche Wasserstoff eingeführt wird, sich an diese Bohrung anschließt. Dabei ist das
gasförmige Kerogen vor seiner Förderung an die Erdoberfläche zumindest teilweise hydriert, wodurch sich Vorteile hinsichtlich
der Ökologie und der Luftverschmutzung sowie hinsichtlich des !Transports des gasförmigen Kerogens an die Oberfläche aufgrund
chemischer Umwandlungen bei der Hydrierung ergeben.
Die Einführung des Wasserstoffgases kann in jeder geeigneten Weise
erfolgen, z.B. durch ein oder durch mehrere besondere Bohrlöcher, die sich entweder von der Erdoberfläche nach unten hin in die
Lagerung erstrecken oder von einem unterirdischen Arbeitsraum
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ausgehend seitlich verlaufen, wobei dieser Arbeitsraum als Teil
der Untertagevergasungsanlage vorgesehen sein kann. Es kann auch ein besonderer Hydrierungsrauni nahe oder im Anschluß an das Bohrloch
zur Abführung der Dämpfe vorgesehen sein, in welchen der Wasserstoff eingeführt wird und durch den die Kerogen-Dämpfe
hindurchgeleitet v/erden, bevor sie an die Erdoberfläche geführt
werden. Das Aufheizen des Wärmeaustauschgases auf die gewünschten Temperaturen zur Kerogenvergasung oder zu dieser Yergasung und
zum Bilden von Rissen und Brüchen des normalerweise undurchlässigen Ölschiefers kann in jeder geeigneten Weise durchgeführt werden,
beispielsweise mittels eines Kernreaktors, eines Kugel-Wärmetauschers oder einer anderen Wärmequelle mit der geeigneten
Temperatur.
Weitere Merkmale der Erfindung, die Gegenstand der Unteransprüche sind, ergeben sich aus dem nachfolgenden Teil der Beschreibung,
in dem die Erfindung beispielsweise erläutert ist.
Es erscheint nicht erforderlich, ein spezielles System zur Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens zu beschreiben, da die Verwendung von Bohrlöchern, unterirdischen Räumen usw. in der
Untertagevergasung von Ölschiefer zur Gewinnung des gasförmigen Kerogen-Anteils bereits im einzelnen bekannt sind und da im übrigen
jede Lagerung eine besondere Anordnung der betreffenden Anlagen erfordert.
Bei einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung wird Luft oder ein anderes relativ billiges Wärmeaustauschgas auf die geforderte
Temperatur gebracht, wobei dies entweder ober- oder unterirdisch in einem Kernreaktor, einem Kugel-Wärmetausoher
oder einer anderen Heizvorrichtung geschehen kann. Die Einführung und Weiterleitung des Wärmeaustauschgases durch die unterirdische
Lagerung des Ölschiefers mit der Gewinnung von Kerogen-Dämpfen
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erfolgt dann im wesentlichen so, wie das bereits in den USA-Patenten
Nr. 3 237 689 und 3 598 182 der Anmelderin beschrieben ist, wobei das Wärtneaustauschgas in eine erste Zone eingeführt
und von dieser innerhalb der Lagerung bis zu einer Entnahmezone strömt.
Mit diesem Verfahren ist nun kombiniert, daß in der Nachbarschaft der Förder- oder Entnahmebohrung oder der Bohrungen in die Strömungsbahn
des zu gewinnenden dampfförmigen Kerogens in eine Hydrierungszone Wasserstoffgas eingeführt wird, um eine zumindest
teilweise Hydrierung der Dämpfe und damit eine G-ewichtsabsenkung dieser Dämpfe aufgrund der eintretenden chemischen Reaktion bezüglich
ihres Sauerstoffs, Stickstoffs und Schwefelanteils vor dem Fördern dieser Dämpfe durch die Förder- oder Entnahmebohrung
bzw. Bohrungen zu erreichen, wobei diese Förderung durch natürlichen Auftrieb oder durch einen an die Bohrung oder die Bohrungen
angelegten Saugdruck erfolgt. Wie bereits ausgeführt, wird vorzugsweise eine einzige Forder- oder Entnahmebohrung benutzt, um den
Wasserstoff in einer relativ kleinen Hydrierungszone im Anschluß an diese Bohrung zu konzentrieren. Durch die Verwendung eines
oder mehrerer Sätze paarweise angeordneter Einführungs- und Förderbohrungen werden die Kosten der Hydrierung auf ein Minimum gesenkt,
wohingegen die durch hohe Temperaturen von etwa 1095 0 (2000° F) bewirkte Durchlässigkeit des kohlenwasserstoffhaltigen
Materials maximal gehalten wird.
Zusätzlich zu den Vorteilen in ökologischer Hinsicht und zur Vermeidung
von Verschmutzungen aufgrund der Durchführung einer teilweisen unterirdischen Hydrierung der Kerogen-Dämpfe treten noch
die Vorteile auf, welche sich aus dem dampfförmigen Kerogen-Produkt bezüglich seiner Förderung aus der unterirdischen Lagerung
ergeben.
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Die optimale in der Hydrierungszone aufrechtzuerhaltende Temperatur
liegt zwischen 565° C (1050° F) und 675° 0 (1250° F). Die
höheren Temperaturen liegen dagegen zwischen 649° C (1200° F) und 675° C (1250° F), wobei diese höheren Temperaturen die Hydro-Vergasung
des umgebenden Ölschiefers fördern und dem Kerogen-Dampfprodukt
eine größere Mobilität geben.
Der verwendete Wasserstoff kann von jeder beliebigen Quelle kommen,
u.a. auch als sogenanntes Synthese-Gas indirekt aus dem Ölschiefer selbst. Bei der Benutzung von Luft als Wärmeaustauschgas wird
Wasserstoff in einer solchen Menge benutzt, daß er einen Anteil von weniger als 4 fi oder von mehr als 74 % des sich ergebenden
Luft-Wasserstoff-Gemisches ausmacht, um die Gefahr von unerwünschten
Explosionen zu vermeiden und darüberhinaus Vorkehrungen überflüssig zu machen, welche die die Zündung des Gasgemisches ermöglichenden
Bedingungen ausschalten.
Obwohl in den vorstehenden Ausführungen insbesondere auf die Behandlung
von Ölschiefer mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hingewiesen worden ist, muß hier betont werden, daß dieses Verfahren
auch für Lagerungen von anderen kohlenwasserstoffhaltigen Materialien, z.B. von bituminösen Sanden, Kohlen usw. anwendbar
ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil einer beträchtlichen
Wirtschaftlichkeit bei der Untertagevergasung einer unterirdischen Lagerung durch die Anwendung einer nur teilweisen Hydrierung,
wodurch die Gewinnung der Vergasungsprodukte erleichtert wird.
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Claims (7)
1. Verfahren zur Untertagegewinnung des Kohlenviasserstoffanteils
von kohlenwasserstoffhaltigen Materialien durch Vergasung,
dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein gegenüber im wesentlichen reinem Wasserstoff hilliges
Wärmeaustauschgas auf die Vergasungstemperatur des kohlenwasserstoff
haltigen Materials gebracht, dann in eine erste Zone der unterirdischen Lagerung des zu vergasenden kohlenwasserstoffhaltigen
Materials eingeführt und anschließend von der ersten Zone durch die unterirdische Lagerung hindurch
in eine Produktentnahmezone geleitet wird, um den Kohlenwasserstoff gehalt in der Lagerung zu verdampfen; dass Wasserstoff
gas in eine begrenzte Hydrierungszone eingeführt wird, die im Strömungsverlauf des Wärmeaustauschgases und des
Dampfes in Richtung auf die Produktentnahmezone dicht neben
dieser letztgenannten Zone angeordnet ist, wobei die Temperatur in der Hydrierungszone zwischen 565° 0 (1050° F) und 675° C
(1250° F) liegt; daß Wasserstoffgas in einer Menge zugeführt
wird, die zumindest für eine teilweise Hydrierung der abzuziehenden Kohlenwasserstoffdämpfe ausreicht und daß schließlich
von der Produktentnahmezone zumindest teilweise hydrierte
Kohlenwasserstoffdämpfe entnommen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als kohlenwasserstoffhaltiges Material Ölschiefer benutzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeaustauschgas vor der Einführung in die Vergasungszone
auf etwa 1095° 0 (2000° F) aufgeheizt wird, um den Ölschiefer in dieser Zone für Gas und Dämpfe durchlässig zu machen.
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4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Temperatur in der Hydrierungszone zwischen 649° C (1200° i1) und 675° 0 (1250° F) gehalten wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß als Wänoeaustauschgas Luft verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, daduroh gekennzeichnet, daß die Wasserstoffgasmenge, welche in die
Hydrierungszone eingeführt wird, so bemessen ist, daß das Gemisch aus Luft und Wasserstoffgas weniger als 4 # oder mehr
als 74 # Wasserstoff enthält.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, daduroh gekennzeichnet, daß je einer Einführungszone eine Entnahmezone
für hydrierten Dampf zugeordnet ist.
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Priority Applications (1)
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DE19732342790 DE2342790A1 (de) | 1973-08-24 | 1973-08-24 | Verfahren zur untertagegewinnung des kohlenwasserstoffanteils von kohlenwasserstoffhaltigen materialien |
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DE19732342790 DE2342790A1 (de) | 1973-08-24 | 1973-08-24 | Verfahren zur untertagegewinnung des kohlenwasserstoffanteils von kohlenwasserstoffhaltigen materialien |
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DE2342790A1 true DE2342790A1 (de) | 1975-03-06 |
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ID=5890615
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DE19732342790 Pending DE2342790A1 (de) | 1973-08-24 | 1973-08-24 | Verfahren zur untertagegewinnung des kohlenwasserstoffanteils von kohlenwasserstoffhaltigen materialien |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE2342790A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0181672A1 (de) * | 1984-11-14 | 1986-05-21 | Institution pour le Développement de la Gazéification Souterraine | Verfahren zum Gewinnen von Methan und Kohlenwasserstoffen durch Untertage-Hydrierung von Kohle |
-
1973
- 1973-08-24 DE DE19732342790 patent/DE2342790A1/de active Pending
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EP0181672A1 (de) * | 1984-11-14 | 1986-05-21 | Institution pour le Développement de la Gazéification Souterraine | Verfahren zum Gewinnen von Methan und Kohlenwasserstoffen durch Untertage-Hydrierung von Kohle |
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