DE2432955C3

DE2432955C3 - Verfahren zum unterirdischen Speichern von bei gewöhnlichen Temperaturen erstarrenden Produkten, wie Schweröl

Info

Publication number: DE2432955C3
Application number: DE2432955A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: FRANCAISE DE STOCKAGE GEOLOGIQUE GEOSTOCK COURBEVOIE HAUTS-DESEINE (FRANKREICH) Ste
Current assignee: FRANCAISE DE STOCKAGE GEOLOGIQUE GEOSTOCK COURBEVOIE HAUTS-DESEINE (FRANKREICH) Ste
Priority date: 1973-07-10
Filing date: 1974-07-09
Publication date: 1980-11-06
Also published as: DE2432955A1; GB1443611A; FR2236751B1; ES428092A1; DE2432955B2; DK367074A; CH584147A5; CA999149A; US3906973A; FR2236751A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum unterirdischen Speichern von bei gewöhnlichen Temperaturen erstarrenden Produkten, wie Schweröl mit einer Viskosität von 110 bis 380 · 10⁶m²/s bei 50⁰C, wobei das im Speicherraum erstarrte Produkt zur Entnahme durch direkten Kontakt mit einer zirkulierenden Anwärmflüssigkeit verflüssigt und dann ausgepumpt wird.

Bei einem bekannten Verfahren zum Auspumpen von erstarrtem Schweröl (DE-AS 30 33139) wird die ölschicht durch Beheizen einer Wasserunterlage in der Weise verflüssigt, daß jeweils nur der obere Teil dieser Wasserunterlage mittels in diese Wasserunterlage eingepumptes, als Anwärmflüssigkeit verwendetes Warmwasser beheizt wird, um bei geringen Betriebskosten eine möglichst gleichmäßige Beheizung der ganzen oberen Grenzschicht der Wasserunterlage zu erreichen.

Ό Trotz Beschränkung der Beheizung auf die obere Grenzschicht der Wasserunterlage wird vor allem bei großflächigen Speichern noch verhältnismäßig viel Anwärmflüssigkeit benötigt Zur Entnahme des verflüssigten Öles, das sich hier nur an der Unterfläche der gespeicherten Ölschicht befindet, muß eine säulenförmig aufgetaute Mittelzone in dieser ölschicht geschaffen und aufrechterhalten werden. Es lassen sich bei dieser Methode auch trichterförmige Ausspülräume in der Unterfläche der ölschicht nicht verhindern, in denen die Anwärmflüssigkeit in erster Linie sich sammelt, während die tieferliegenden Randzonen nicht gleichmäßig oder überhaupt nicht erwärmt werden. Schließlich erfordert das bekannte Verfahren mit zunehmender Entleerung des Speicherbehälters immer größere Mengen an Anwärmflüssigkeit, weshalb eine Betriebskostenersparnis auch nicht im gewünschten Maße erreicht werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die zum Verflüssigen des erstarrten Produktes benötigte Menge an Anwärmflüssigkeit und damit die Heizmittelkosten wesentlich zu vermindern.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Anwärmflüssigkeit über die Oberfläche des erstarrten Produktes geleitet wird.

Dadurch kann die Anwärmflüssigkeit auf kleinste Mengen begrenzt werden. Diese Menge muß nicht mit der zu entnehmenden ölmenge auch nicht vergrößert werden. Die Anwärmflüssigkeit wird in einer dünnen Schicht aufgebracht, wodurch eine maximale Wärmeausnützung erreicht wird, weil die Anwärmflüssigkeit stets mit dem erstarrten Produkt in direkten Kontakt tritt und die gesamte Wärme abgegeben wird. Die oberhalb der ablaufenden Anwärmflüssigkeit vorhandenen Luft- und Gasschichten verursachen dabei keine merklichen Wärmeverluste, weil sie wärmedämmend wirken.

Bei einem bevorzugten Verfahren zur Untertagesspeicherung ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß das Produkt, gegebenenfalls unter vorheriger Erwärmung, in einer Reihe von parallelen unterirdischen Stollen, die voneinander durch Zwischenwände getrennt sind, deren Bodenfläche sich auf gleicher etwa horizontaler Ebene befinden, deren eine Enden verschließbar und deren andere Enden in einem gemeinsamen Zentralgang münden, gespeichert und zum Erstarren gebracht wird, und daß zur Entnahme des Produktes die Anwärmflüssigkeit durch die dem Zentralgang gegenüberliegenden Stollenenden eingeführt und über die Oberfläche des Produktes geleitet wird, worauf das verflüssigte Produkt zum Zentralgang ausgeschwemmt und je nach Notwendigkeit von der Flüssigkeit getrennt und abgepumpt wird.

Bei einer zweckmäßigen Abänderung dieses Verfahrcns wird die Anwärmflüssigkeit von einem Teil des verflüssigten Produktes selbst gebildet, das zu diesem Zweck zirkuliert und zusätzlich erwärmt wird.
In anderen Fällen ist es jedoch vorteilhaft, als

Anwärmflüssigkeit für das Produkt Warmwasser, das vorher möglichst angewärmt wird und das sich dauernd als Unterwasser unterhalb der Schicht de.¹; gespeicherten Produktes befindet, zu verwenden.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung. Es stellt dar

F i g. 1 einen schematisierten Stollenspeicher im Horizontalschnitt und

Fig.2 ein Schema eines Stollenspeichers mit einer Anwärm- und Auspumpanlage.

Die F i g. 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines unterirdischen Speichers für Schweröl, d. h. für raffiniertes Erdöl mit einer Viskosität von 110bis 380 · 10⁶ m²/s bei 50⁰C. Der Speicher ist Untertage in einer Tiefe angeordnet, die mit den verschiedenen notwendigen technischen, geotechnischen und wirtschaftlichen Einrichtungen erreichbar ist Wie die F i g. 1 ?eigt, sind im Erdreich 1 eine Reihe paralleler Stollen, von denen in der Zeichnung drei dargestellt sind, ausgebaut. Diese Stollen sind wiederum in Halbstollen 2a, 2b, 3a, 3b und Aa und Ab unterteilt An den einen Enden (schematisch durch ein Kreuz dargestellt) sind diese Stollen verschließbar, während alle ihre anderen Enden in einen gemeinsamen Zentralgang 5 einmünden. An der mit einem Pfeil /bezeichneten Seite ist der Zentralgang 5 mit einem Entnahmeschacht 9 (Fig. 2) verbunden. Die Halbstollen stehen ebenfalls mit einem Entnahmestollen 6, der an seinem mit dem Pfeil /'bezeichneten Ende in den Entnahmeschacht 9 (F i g. 2) mündet, in Verbindung. Die Stoller sind durch Stollen-Zwischenwände 7a, 7b, 8a, Sb usw., die als Sicherheitspfeiler zum Schutz der Stellendecke gegen Einsturz dienen, voneinander getrennt Die Bodenflächen sämtlicher Stollen befinden sich auf gleicher etwa horizontaler Ebene.

Zum Füllen der Stollen wird erwärmtes öl vom Entnahmeschacht 9 mittels Pumpen in Pfeilrichtung /'in den Entnahmestollen 6 eingeführt. Das öl verteilt sich dann auf die einzelnen Stollen 2a, 2b, 3a, 3b, Aa, Ab usw. durch die dem Zentralgang 5 gegenüberliegenden Enden.

Unter normalen Verhältnissen beträgt die Temperatur in den Stollen etwa 10 bis 20° C. Das warme Öl wird mit einer so beträchtlichen Durchflußleistung zugeführt, daß es genügend langsam abkühlt, um eine genügend niedrige Viskosität von beispielsweise 300- 10-⁶m²/s bei 50°C zu bewahren, damit es sich auf der ganzen Stollenlänge mit horizontaler Oberfläche verteilen kann.

Sobald der Speicher voll ist, darf sich das Öl vollständig abkühlen, selbst dann, wenn es einen sehr hohen Erstarrungspunkt hat. Das ist besonders im Fall einer Vorratsspeicherung interessant, die d?nn kein Wärmeangebot erfordert, solange das Öl nicht entnommen werden soll, was mehrere Jahre dauern kann. Es ist auch interessant für den Fall einer Saisonspeicherung, in dem die Wiedererwärmung nur der gewünschten Quantität und nur während der notwendigen Pumpzeiten durchgeführt wird.

Die Wärmeleistung, die ."., <venden ist, um die Wiedererwärmung einer gegebenen Menge zu erhalten, kann höher sein als die bei einer permanenten Aufrechterhaltung der Temperatur, jedoch ist die Anwärmeinrichtung nur während eines kleinen Bruchteiles eines Jahres in Betrieb.

Ein weiterer Vorteil des Erstarrenlassens des gespeicherten Produktes rührt daher, daß, infolge eines geringen Wärmeverlustes an das Erdreich, sich um einen nicht erstarrten Strang des Produktes eine isolierende Hülle aus erstarrtem Produkt bildet wodurch eine zusätzliche thermische Beanspruchung des Erdreichs gemindert wird. So kann die Anzahl der Stollen-Zwischenwände 7a, Tb, 8a, 8b usw. vermindert und dadurch das Speichervolumen innerhalb eines gegebenen Umkreises erhöht werden.

Nachfolgend werden in Bezug auf Fig.2 die Entnahmevorgänge im einzelnen näher beschrieben.

ίο Die Fig.2 stellt das Schema einer Anlage durch Durchführung der Verfahrens dar.

10 ist eine Zuführleitung zum Einpumpen des erwärmten Öles zum Speichern. Der Entnahmeschacht 9 umfaßt gleichfalls eine Entnahmeleitung 11, durch die

das Öl entnommen wird, und die beiden Wasserleitungen 12a und 12b. Die Leitung 12a wird benutzt während der Speicherung, die andere Leitung 12Z> dient zum anfänglichen Erwärmen des zu entnehmenden Produktes und eine Leitung 13 ist schließlich noch zum

Einspeisen von öl zum Wiedererwärmen vorgesehen. Ein Kanal 35 ist noch zum Einführen von Wasserdampf, wie nachher noch beschrieben wird, vorhanden. Im Entnahmeschacht 9 sind außerdem noch alle üblicherweise notwendigen Leitungen (Druckluft, Belüftung usw.) untergebracht.

Die Fig.2 zeigt im unteren Abschnitt einen Speicherstollen von der Art, wie er aus Fi g. 1 zu sehen ist. In diesem Stollen 14 ist öl gespeichert. Sein oberes Niveau ist durch die Linie a-a dargestellt. Etwas Wasser wird aus dem Erdreich in die Stollen fließen, denn der Druck des Wassers im Erdreich ist größer als der des Öles im Speicher, da ja letzterer annähernd dem Druck der Atmosphäre gleicht Es soll möglichst undurchlässiges Erdreich gewählt werden, was aber nicht ganz erreichbar ist, weil eine gewisse Wassermenge immer in den Speicher eindringen wird. Dieses Wasser fließt auf den Stollenboden und zu einem Sumpf 15, wo sich eine erste Absetzung vollzieht und dann in das Absetzbassin 19, wo es einer zweiten Reinigung durch Absetzen unterworfen wird. Von dort wird es, bei reinem Speicherbetrieb, durch die Leitungen 22 und 12a an die Erdoberfläche gefördert Das aus der Erde kommende Wasser rinnt auf dem Boden des erstarrten Produktes zusammen und entlang des Stollens bis zum Bassin 15, in dem es gesammelt wird. Im Ausführungsbeispiel hat der Sumpf 15 eine Länge von etwa 10 m, während die Stollen 14 eine Länge von 500 m haben. Die Querschnitte der Stollen 14 betragen entsprechend der Natur des Erdreiches zwischen 50 und 400 m².

so Der Boden des Sumpfes 15 liegt tiefer als der des Stollens, so daß sich das Wasser dort sammeln und unterhalb der Trennfläche zwischen Produkt und Wasser, die durch die Linie b-b dargestellt ist, absetzen kann. Im Sumpf 15 befindet sich eine Absaugpumpe 16, von der eine Pumpleitung 17 sich in zwei Abzweigleitungen 17a und 176 teilt, in denen die Ventile 18a bzw. 186 eingebaut sind. Die Leitung 17a führt zum Absetzbassin 19. Das abgesetzte Wasser dieses Bassins wird durch eine Leitung 20 von einer Pumpe 21 angesaugt und in eine Leitung 22 gedrückt, die über die Ventile 22a und 22b mit den Leitungen 12a bzw. \2b in Verbindung steht. Die Abzweigleitung YIb führt andererseits zu einem Wärmetauscher 23. Das in 23 angewärmte Wasser strömt durch die Leitung 24 und gelangt in eine Hauptleitung 25, die die erwärmte Flüssigkeit bis zu dem Ende des Stollens bei 25a, das vom Sumpf 15 abgelegen ist, leitet.
Der Umlauf des Öles umfaßt eine Tauchpumpe 26

innerhalb des Speichers, von der eine Ausstoßleitung 27 über ein Ventil 29 zu einem Separator 28 führt. An den Separator 28 sind zwei Leitungen angeschlossen, nämlich eine Nebenleitung 49, die das eventuell vorhandene Absetzwasser aufiiimmt und zum Absetzbassin 19 leitet und die Entnahmeleitung 11, die zur Entnahme des Öles dient. Das im Bassin 19 abgesetzte öl wird durch die Leitung 30 zum Speicher zurückbefördert.

Es ist aber auch vorgesehen, im Sumpf 15 befindliches öl auf 80⁰C zu erwärmen, abzusaugen und zum Erwärmen des erstarrten Öles in den Stollen 14, z. B. bis auf 45° C, zu verwenden.

Zu diesem Zweck ist es vorgesehen, den Strom der Leitung 27 in seiner ganzen Menge wahlweise auf zwei Wege zu verteilen.

Der erste Weg führt einen Teil des Öles durch die Entnahmeleitung 11 nach oben. Der zweite Weg führt nach den Ventilen 32 und 34 seitlich in die Leitungen 33 und 25, um in das geschlossene Ende der Stollen 14 einzumünden. Die auf diese Weise mit beispielsweise 80° C zurücklaufende Menge ist derart reguliert, daß z. B. bei 45°C eine Verflüssigung des zu entnehmenden Öles erreicht wird. Dazu ist es notwendig, daß das in der Leitung 10 vorhandene Ventil 32a während des Umlaufes des heißen Öles geschlossen sein muß.

Im Erwärmungskreislauf ist eine Leitung 35 für Wasserdampf mit dem vorerwähnten Wärmetauscher 23 und einem anderen Wärmetauscher 36 für das Anwärmöl verbunden. Dies wird durch die Leitung 13 in ein Reservoir 37 eingeführt Durch eine Leitung 38 ist das Reservoir mit einer Wärmetauscherbatterie 39 verbunden. Diese ist innerhalb des ölschicht im Stollen 14 angeordnet Eine Austrittsleitung 40 führt zu einer Pumpe 41, die das Strömungsmittel in den Wärmelauscher 36, der über einen Rücklauf 42 mit dem Reservoir 37 in Verbindung steht pumpt

Die Wirkungsweise der beschriebenen schematisch dargestellten Einrichtung gemäß F i g. 2 zur Ölentnahme ist folgende:

Kurz vor dem Beginn des Entnahmebeiriebes wird die Wärmetauscherbatterie 3S zum Anwärmen des Wassers und des Öles, das im Sumpf 15 enthalten ist in Betrieb genommen. Diese Wärmetauscherbatterie 39 arbeitet mit mineralischem Anwärmöl, das durch die Leitung 13 zugeführt wird und in einem geschlossenen Kreislauf durch die Pumpe 41, den Wärmetauscher 36 und das Reservoir 37 zirkuliert Die Wärmetauscherbatterie 39 ermöglicht eine Temperatursteigerung des im Sumpf 15 vorhandenen Öles von 15° C auf 70 bis 8O⁰C durchschnittlich.

Wenn dann yijr Entspeicherung das Öl im Stollen 14 verflüssigt werden soll, wird das im Sumpf 15 vorhandene Wasser in den Wärmetauschern 23 erwärmt und zu den geschlossenen Enden der Stollen mittels der Leitung 25 geleitet

Von dort fließt es auf der Oberfläche des erstarrten Öles in Richtung auf den Zentralgang 5 und den Sumpf 15. Dieses Warmwasser verflüssigt eine Oberschicht des Öles, das vom Warmwasser in Richtung Hauptgang und Bassin 15 ausgetragen wird.

Diese Erwärmung durch das Wasser bringt den oberflächlichen Teil des im Stollen gelagerten Öles auf eine Temperatur, die gerade genügt, daß es in Richtung auf den Zentralgang 5 abläuft.

Infolge der vorherigen Ingangsetzung der Wärmetauscher 39 ist das öl im Sumpf 15 vollständig flüssig, wenn die Zirkulation des Warmwassers beginnt. Das Gemisch Wasser-Flüssiges Öl, das dort ankommt, trennt sich vollkommen. Die Länge des Sumpes 15 ist so ausgelegt,

ίο daß das jeweils angesammelte verflüssigte Öl durch die Pumpe 26 abgesaugt und an die Oberfläche befördert werden kann.

Das Stauvolumen des Wassers im Sumpf 15 ist so festgelegt, daß stets eine genügende Menge vorhanden ist, um den Zirkulationskreislauf voll zu sichern.

Um zu verhindern, daß am Anfang der öleninahme ein zu großer Bedarf an Wasser und Wärme erforderlich ist, kann das Warmwasser auch nur durch einige Stollen oder nur durch den Anfang der Stollen in die Nähe des Sumpfes 15 geschickt werden.

Das zum Erwärmen des Öles eingesetzte Wasser wird durch die Leitung i2b eines besonderen Behandlungskreislaufes an die Oberfläche gefördert.
In einer Abänderung kann das Verfahren auch mit einer anderen Wärmeflüssigkeit als Wasser ausgeführt werden. Dies kann in solchen Fällen interessant sein, wo aus irgendwelchen Gründen Wasser zur Erwärmung des Produktes nicht zur Verfügung steht In diesem Fall ist es vorteilhaft, einen Teil des gelagerten Öles selbst, als Anwärmflüssigkeit zu verwenden, wie es in F i g. 2 dargestellt ist.

Im allgemeinen wird man aber dem Warmwasser den Vorzug geben; denn bei sonst gleichen Verhältnissen ist der Wärmeaustausch zwischen Warmwasser und Öl

3; utwa zehnmal höher als zwischen Öl und Öl. Da Wasser schwerer als öl ist setzt es sich fortwährend auf der erstarrten Oberfläche ab, wodurch der Wärmeübergang noch gesteigert wird. Gleichwohl ist es gut wenn zur Ölentnahme noch ein Umlauf des erwärmten Öles, insbesondere dann, wenn der Warmwasserkreislauf außer Betrieb ist aufrechterhalten werden kann.

Außer den vorher schon erwähnten Vorteilen des Verfahrens sind noch folgende zu berücksichtigen.
In der Praxis ist diese Speicherungsmethode für große Mengen von Schweröl, beispielsweise in der Ordnung von Millionen von Kubikmetern geeignet. Die Erfindung gewährleistet eine Ersparnis von 20 bis 40% der Gesamtinvestitionen im Vergleich mit der traditionellen Obertage-Speicherung. Gegenüber der aktuellen Untertage-Speicherung erreicht die erfindungsgemäße Speicherung viel niedrigere Betriebskosten, denn sie erübrigt die Notwendigkeit eines dauernden Wärmeangebotes an das gespeicherte Produkt.
In Bezug auf die Umweltverhältnisse ist die

Untertage-Speicherung der Übertage-Speicherung vorzuziehen. Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet auch eine absolute Sicherheit gegenüber Feuer. Selbst dann, wenn das gespeicherte Produkt von einer Explosionsquelle gefährdet ist, wird jeder Brand infolge des Luftmangels in den Stollen sogleich gestoppt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum unterirdischen Speichern von bei gewöhnlichen Temperaturen erstarrenden Produkten, wie beispielsweise Schweröl mit einer Viskosität von 110 bis 380-10"⁶m²/s bei 50⁰C, wobei das im Speicherraum erstarrte Produkt zur Entnahme durch direkten Kontakt mit einer zirkulierenden Anwärmeflüssigkeit verflüssigt und dann ausgepumpt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Anwärmflüssigkeit über die Oberfläche des erstarrten Produktes geleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt, gegebenenfalls unter vorheriger Erwärmung, in einer Reihe von parallelen unterirdischen Stollen, die voneinander durch Zwischenwände getrennt sind, deren Bodenflächen sich auf gleicher etwa horizontaler Ebene befinden, deren eine Enden verschließbar sind und deren andere Enden in einen gemeinsamen Zentralgang münden, gespeichert und zum Erstarren gebracht wird und daß zur Entnahme des Produktes die Anwärmflüssigkeit durch die dem Zentralgang gegenüberliegenden Stollenden eingeführt und über die Oberfläche des Produktes geleitet wird, worauf dann das verflüssigte Produkt zum Zentralgang ausgeschwemmt und je nach Notwendigkeit von der Flüssigkeit getrennt und abgepumpt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entnahme des Produktes Warmwasser verwendet wird, das möglichst vorher angewärmt worden ist und das sich dauernd im unteren Teil des gespeicherten Produktes befindet.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser durch Absetzen vom verflüssigten und zu entnehmenden Produkt getrennt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Entnahme verwendete Anwärmflüssigkeit von einem Teil des verflüssigten Produktes gebildet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Entnahmevorgang mindestens ein Teil des gespeicherten Produktes und des gleichzeitig gelagerten Wassers durch Wärmetausch mit einer getrennten in einem geschlossenen Kreislauf zirkulierenden Flüssigkeit erwärmt wird, das Produkt in verflüssigtem Zustand in ein mit den Speicherstollen in Verbindung stehendes Bassin gelangt, dann aufgewärmt und schließlich Übertage gepumpt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufwärmflüssigkeit nur in einigen Stollen mit dem gespeicherten Produkt oder nur am Anfang der Stollen in unmittelbarer Nähe des Bassins zirkuliert wird.