DE2853471A1

DE2853471A1 - Verfahren zur erzeugung von dampf

Info

Publication number: DE2853471A1
Application number: DE19782853471
Authority: DE
Inventors: David Arthur Redford
Original assignee: Texaco Canada Inc
Current assignee: Huntsman Corp
Priority date: 1977-12-27
Filing date: 1978-12-11
Publication date: 1979-07-05
Also published as: GB2011593A; US4149597A; GB2011593B; DE2853471C2; CA1099602A

Description

11. DEZ. 1S78

Verfahren zur Erzeugung von Dampf

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Dampf aus Wasser ohne die Notwendigkeit, das Wasser zur Entfernung suspendierter und/oder gelöster Feststoffe vorzubehandeln. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung von Dampf, bei welchem körnige oder teilchenförmige Materialien, wie Sand, die mit einem festen Brennmaterial, z.B. einem Koksrückstand aus einem Lurgi-Ruhrgas-Verfahren, zur Temperaturerhöhung der Feststoffe verbrannt und danach ein Teil dieser Feststoffe zum Kontakt mit Wasser unter Dampferzeugung in einen Dampfgenerator eingeführt werden. Das Verfahren gemäß der Erfindung eignet sich besonders gut in Kombination mit einem Gewinnungsverfahren für viskoses öl durch Dampfinjektion.

Erdöl läßt sich aus unterirdischen Formationen, in denen es angereicht ist, nur dann gewinnen, wenn bestimmte wesentliche Voraussetzungen erfüllt sind. So muß die Formation eine angemessene Durchlässigkeit oder miteinander verbundene Strömungskanäle aufweisen, damit ein Fluidum von einem Teil der Formation zu einem anderen strömen kann, wenn an die Formation ein Druckgradient angelegt wird. Ferner muß die Erdölviskosität ausreichend niedrig sein, damit das Erdöl im Falle des Vorhandenseins von Strömungskanälen und bei Applikation eines Druckgefälles an das Fluidum strömen kann. Schließlich muß entweder von Hause aus oder durch Zufuhr (zu der Formation) von außen her eine zur Erzeugung des für die Fluidumbewegung in der Formation erforderlichen Druckgefälles ausreichende Energiequelle zur Verfügung stehen. Wenn sämtliche drei Voraussetzungen von Hause aus vorliegen, ist eine sogenannte Primärförderung möglich. Hierbei erfolgt ohne irgendwelche Behandlung

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der Formation eine spontane Fluidumbewegung durch eine Förderbohrung zur Erdoberfläche. Eine zusätzliche Gewinnung ist erforderlich, wenn eine der genannten grundsätzlichen Voraussetzungen fehlt oder wenn die Treibenergie durch die Primärförderung erschöpft ist. Häufig ist es auch erforderlich, eine korrigierende Behandlung durchzuführen, um die Erdölviskosität zu erniedrigen und gleichzeitig eine Fluidumtreibenergie zuzuführen.

Das extremste Beispiel erdölführender Formationen, die eine beträchtliche Behandlung erfordern, um daraus eine Erdölförderung zu ermöglichen, sind die sogenannten bituminösen Sande oder ölsandlagerstätten. Umfangreiche ölsandlagerstätten finden sich im Westen der Vereinigten Staaten von Amerika, im nördlichen Teil der kanadischen Provinz Alberta und in Venezuela, geringere Lagerstätten finden sich in Europa und Asien. Die Athabasca-Lagerstätten in der kanadischen Provinz Alberta sind die berühmtesten derartigen Lagerstätten. Schätzungsweise enthalten diese Lagerstätten 1,1 χ 10 m³ Erdöl. Durch Bandfördern (strip mining) konnte aus flachen Lagerstätten zwar bereits eine gewisse Förderung erreicht werden, der Hauptteil dieser Lagerstätten finden sich jedoch in Tiefen, die zu groß sind, um mittels derzeit bekannter Technologien eine Bandförderung (strip mining) zu gestatten. Die Fluidiumdurchlässigkeit von Teersandlagerstätten in ihrem ursprünglichen Zustand ist sehr niedrig, wobei die Viskosität des darin enthaltenen bituminösen Erdöls bei Formationstemperaturen im Bereich von Millionen von Centipoise liegt. Folglich ist eine beträchtliche Behandlung erforderlich, um die Viskosität des in diesen ölsandlagerstätten enthaltenen bituminösen Erdöls so weit zu erniedrigen, daß selbst bei Applikation eines angemessenen Druckgefälles zwischen einer Injektionsbohrung und der Förderbohrung ein merkliches Strömen des Erdöls durch die Formation zu den Förderbohrungen möglich wird.

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Zur Gewinnung bituminösen Erdöls aus ölsandlagerstätten sind bereits die verschiedensten Verfahren bekannt geworden. Bei den meisten dieser Verfahren erfolgt eine Dampfinjektion, entweder alleine oder in Kombination mit emulgierten Chemikalien, z.B. einer Natriumhydroxidlosung, oder in Kombination mit Kohlenwasserstoffen. Die technische Durchführbarkeit von Dampfinjektionsverfahren zur Gewinnung von viskosem, bituminösem Erdöl aus ölsandlagerstätten wurde zwar belegt, keines dieser Verfahren wurde jedoch bisher bis zur Praxis gangbaren Reife entwickelt. Um die Viskosität bituminösen Erdöls so weit zu erniedrigen, daß sie die Formation zur Förderbohrung, aus der es zur Oberfläche gepumpt oder gehoben wird, fließen kann, sind enorme Dampfmengen erforderlich. Die Heizkosten zur Erzeugung von Dampf, insbesondere überhitzten Dampf, sind aus einer Reihe von Gründen sehr hoch. Die am besten geeigneten Heizmaterialien zur Verwendung beim Heizen von Generatoren und Kesseln zur Erzeugung von Dampf für die mit DampfInjektionen arbeitende thermische in situ Gewinnung sind Erdgas und relativ niedrigmolekulare Heizöle, einschließlich Dieselöl. Diese Materialien stehen nicht in ausreichendem Maße zur Verfügung, d.h. sie sind knapp und sehr teuer, da sie insbesondere auch zu häuslichen und industriellen Heizzwecken und sonstigen Zwecken benötigt werden. Folglich besteht ein erheblicher Bedarf nach einem Verfahren zur Erzeugung von Dampf zur Abtrennung von in ölsandlagerstätten gefundenem viskosem Erdöl, einschließlich bituminösem Erdöl, unter Verwendung weniger kostspieliger und weniger benötigter Heizmaterialien als Erdgas und relativ niedrigmolekularer flüssige Kohlenwasserstoffbrennstoffe.

Ein weiterer merklicher Kostenfaktor bei der Erzeugung von zur Dampfinjektion geeignetem Dampf sind die Kosten der Behandlung der für die Dampferzeugung benötigten ungeheuren Wassermengen. Vor dem Einführen des Speisewassers in einen üblichen Dampfgenerator oder Kessel muß das Wasser zur Ent-

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fernung suspendierten teilchenförmigen Materials, z.B. von Schluff oder Ton, sowie gelöster Salze, vorbehandelt werden. Wenn das Wasser vor seiner Verwendung zur Dampferzeugung nicht in geeigneter Weise vorbehandelt wird, führt dies zu einem raschen Steinansatz und zu einer raschen Ansammlung sonstiger Ablagerungen an den in üblichen Dampferzeugungsanlagen verwendeten Rohren und zu einer Konzentration an gelösten Materialien in der flüssigen Fraktion von gesättigtem Dampf, wie sie üblicherweise bei Dampfinjektionsverfahren verwendet wird. In zahlreichen Gebieten, in denen viskose Erdölformationen gefunden werden und in denen am zweckmäßigsten Dampfinjektionsverfahren zur Austreibung des Erdöls durchgeführt werden, sind die am leichtesten verfügbaren und am wenigsten kostspieligen Wasserquellen, Flüsse oder Seen oder aus erdölliefernden Formationen bei sonstigen ölgewinnungsverfahren gefördertes Wasser. Diese Wasser besitzen häufig einen sehr hohen Gehalt an suspendierten teilchenförmigen Materialien oder gelösten Feststoffen. Um derartige Speisewässer in üblichen Dampferzeugungsanlagen verwenden zu können, ist eine extrem kostspielige Behandlung erforderlich. Folglich besteht also ein erheblicher Bedarf nach einem Verfahren zur Erzeugung von Dampf unter Verwendung von relativ schmutzigem Wasser ohne die bei üblichen Verfahren erforderliche kostspielige Vorbehandlung.

Das Lurgi-Ruhrgas-Verfahren ist im Detail in "Production of Synthetic Crude Oil from Oil Sands by Application of the Lurgi-Ruhrgas Process" von R. W. Rammler in "Canadian Journal of Chemical Engineering" Band 48, Oktober 1970, beschrieben. In der genannten Literaturstelle finden sich auch weitere Verweisungen.

Aus der CA-PS 652 237 ist ein Verfahren zur Gewinnung flüchtiger Substanzen aus teilchenförmigen Feststoffen bekannt.

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Eine weitere allgemeine Erläuterung des Lurgi-Ruhrgas-Verfahrens findet sich in "The Retorting of Coal, Oil, Shale and Tar Sand by Means of circulated fine grain heat carriers in the preliminary state in the production of synthetic crude oil" von R. W. Rammler in "Quarterly of the Colorado School of Mines".

Eine Abänderung des Lurgi-Ruhrgas-Verfahrens ist aus der CA-PS 469 771 "Process for Recovery of Hydrocarbon Oil and Apparatus Therefor" bekannt.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Dampf, beispielsweise überhitztem Dampf, das sich besonders gut in Verbindung mit Dampfinjektionsverfahren zur Gewinnung von viskosem öl eignet und das die Verwendung von schmutzigem Wasser oder so große Mengen an suspendierten und/oder gelösten festen Substanzen enthaltendem Wasser, daß dieses sonst ohne kostspielige Vorreinigung nicht zur Dampferzeugung verwendet werden kann, gestattet. Durch die Möglichkeit, schmutziges Wasser verwenden zu können, läßt sich das verfügbare Wasser in Gegenden, in denen das Verfahren durchgeführt werden soll, besser ausnutzen. Das Verfahren stellt eine weite Ausgestaltung des Lurgi-Ruhrgas-Verfahrens, bei dem viskoses Rohöl oder Bitumen in eine thermische Krackeinheit eingeführt und dirin mit heißen körnigen Feststoffen, z.B. Sand einer Temperatur von mindestens 760⁰C, die die Temperatur des Rohöls oder Bitumens auf einen zu einer thermischen Krackung derselben ausreichend hohen Wert erhöht, In Berührung gebracht werden.Die gekrackten Kohlenwasserstoffe, die eine geringe Menge gasförmiger Bestandteile eingeschlossen enthalten können, werden aus dem Reaktor ausgetragen, während die körnigen Feststoffe mit einer auf ihrer Oberfläche abgelagerten Schicht aus kohlenartigen oder koksartigen Substanzen zurückbleiben. Die mit Koks bedeckten körnigen Feststoffe werden dann in einen zweiten Reaktor überführt, worauf Luft eingeblasen wird. Ferner wird die Temperatur so weit erhöht, daß der Koksrückstand auf der

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Oberfläche verbrannt und dadurch die Temperatur der körnigen Feststoffe erhöht wird. Ein Teil der heißen körnigen Feststoffe wird in die thermische Krackvorrichtung rückgeführt, ein Teil der heißen körnigen Feststoffe wird einem dritten Reaktor zugeführt. Schmutziges Wasser, z.B. Wasser aus der Formation, oder Wasser aus einem See oder Fluß mit beträchtlichen Mengen an suspendierten teilchenförmigen Materialien und/oder gelösten Feststoffen, wird in die dritte Reaktorkammer eingeführt und darin mit den heißen, festen, körnigen Substanzen in Berührung gebracht. Beim Inberührunggelangen mit den heißen, körnigen, festen Substanzen steigt die Temperatur des schmutzigen Wassers auf einen Wert weit oberhalb des Siedepunkts des Wassers bei dem Dampfgeneratordruck, wobei praktisch das gesamte flüssige Wasser in die Dampfphase übergeht. Die ursprünglich im Speisewasser suspendierten teilchenförmigen Materialien und gelösten Feststoffe bleiben mit den körnigen Substanzen gemischt. Die Feststoffe können mit den körnigen Substanzen gemischt bleiben oder von diesen durch übliches bekanntes Hindurchblasen oder Hindurchleiten des das gesamte körnige Material enthaltenden Gemischstroms durch einen Zyklonscheider abgetrennt werden. Danach werden die relativ kalten Feststoffe zu der zweiten Einheit rückgeführt, um in der Verbrennungseinheit mit den mit Koks bedeckten Feststoffen gemischt zu werden. Im Rahmen des geschilderten Verfahrens besteht das zur Dampferzeugung verwendete Brennmaterial aus dem auf den festen, körnigen, wärmeübertragenden Substanzen in Form eines Überzugs aufgetragenen festen Koksrückstand, bei dem es sich um den am wenigsten wertvollen Teil der aus dem Rohöl erhältlichen Kohlenwasserstoffe handelt. Weiterhin erhält man den Dampf unter Verwendung eines Speisewassers, d.h. eines üblicherweise aus der Erdölformation geförderten Wassers, das - wenn überhaupt -

Pcelösfcer* zur Entfernung suspendierter oder fester Materialien eine höchstens geringfügige Vorbehandlung erfordert. Sämtliche im Speisewasser enthaltene niedrigmolekulare Kohlenwasserstof-

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fe oder sonstige organische Materialien werden verdampftund mit dem erzeugten Dampf gemischt. Hierbei handelt es sich um einen zusätzlichen Vorteil bezüglich der ölrückgewinnung, da durch die Anwesenheit der mit dem Dampf gemischten Kohlenwasserstoffe der Gewinnungsgrad für viskoses öl verbessert wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung veranschaulicht in einem schematischen Blockbild die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung, wobei Rohöl oder Bitumen in eine Sandkrackvorrichtung eingeführt und dort das öl beim Inberührunggelangen mit heißem, körnigem Feststoff thermisch gekrackt wird. Hierbei bilden sich mit Koks bedeckte Feststoffe und diese werden zur Erzeugung heißer Feststoffe für den Betrieb der Sandkrackvorrichtung und ferner zur Dampferzeugung für eine thermische Ölgewinnung verbrannt.

In der Zeichnung ist eine spezielle Ausführungsform eines typischen thermischen Krackreaktors 1 dargestellt. In den Reaktor 1 wird über eine Leitung 2, die direkt an eine Fördersammelanlage angeschlossen sein kann, wenn das beschriebene Verfahren an der Stelle, an der viskoses öl gefördert werden soll, durchgeführt wird, wird Rohöl oder Bitumen eingeführt. Letzteres Verfahren stellt einen bevorzugten Anwendungsbereich des Verfahrens gemäß der Erfindung dar, da eine gewisse Krackung des sehr viskosen Erdöls, wie es in ölsandlagerstätten gefunden wird, erforderlich ist, um den Transport der geförderten Kohlenwasserstoffe zu einer Raffinerie zu ermöglichen. Dies deshalb, weil das geförderte Rohöl sonst zu viskos ist, um bei Raumtemperatur durch eine Pipeline gepumpt werden zu können. Das dem Reaktor 1 zugeführte Material kann aus praktisch reinem Rohöl oder Erdöl oder dem Vollteersandmaterial (im Falle, daß das Verfahren, nach dem das Rohöl gewonnen werden soll, im Endergebnis das Vollteersandmaterial

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fördert) bestehen, üblicherweise ist der Wirkungsgrad des Verfahrens größer, wenn mindestens ein Teil des normalerweise in dem Teersandmaterial enthaltenen Sandes entfernt wird, so daß das dem Reaktor 1 zugeführte Material zumindest aus einem mit Erdöl angereicherten Teersandmaterial besteht. Sonst müßten nämlich gegenüber den für das Lurgi-Ruhrgas- oder Sandkrackverfahren und das erfindungsgemäße Dampferzeugungsverfahren erforderlichmSandmengen hinaus überschüssige Mengen an inertem Sand erhitzt werden.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung basiert die Größeneinheit auf einer Fördermenge an bituminösem Erdöl von 55,65 m³/Tag und einer Dampfinjektionsmenge von 111,3 m³/Tag.

Der Reaktor 1 enthält ein Druckgefäß, in welchem eine gründliche Berührung des viskosen Rohöls oder Bitumens mit den rückgeführten heißen Feststoffen ermöglicht wird. Um eine gründliche Berührung zu erreichen, kann man sich auch irgendwelcher Rührmöglichkeiten bedienen oder in einem Wirbelschichtreaktor arbeiten. Die Temperatur wird durch Steuern der Temperatur der eingeführten Feststoffe sowie durch Variieren des Verhältnisses an rückgeführten heißen Feststoffen zu zugeführtem Rohöl oder Bitumen gesteuert, üblicherweise sollte die Temperatur des in dem Reaktor 1 ablaufenden Krackverfahrens über 450⁰C gehalten werden.

Die gekrackten Kohlenwasserstoffe werden aus dem Reaktor 1 über eine Leitung 3 abgeführt und können direkt einer Raffinerie oder einem Sammler zum Transport über eine Pipeline zu einer örtlich entfernten Raffinerie zugeführt werden. Der Ablauf aus dem Reaktor 1 ist üblicherweise flüssiger Natur, und zwar insbesondere unter den optimalen Betriebsbedingungen des Verfahrens gemäß der Erfindung. Gegebenenfalls kann auch eine geringe Menge Gas, insbesondere Methan und Wasser-

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stoff, gebildet werden. Das Gas kann abgetrennt und zur zusätzlichen Dampferzeugung an Ort und Stelle ausgenutzt werden oder in dem Rohprodukt bei dem Druck, unter dem die Flüssigkeiten in der Pipeline transportiert werden, gelöst bleiben. Die Anwesenheit von in dem Rohprodukt gelösten niedermolekularen Bestandteilen vermindert üblicherweise etwas die Viskosität des Rohprodukts, so daß deren Anwesenheit in der Regel von Vorteil ist.

Bei dem Sandkrackverfahren, das in dem Reaktor 1 abläuft, werden 10 bis 30 % des gesamten, in den Reaktor 1 eingeführten Kohlenwasserstoffgehalts in eine feste, koksartige Substanz, die die körnige Substanz überzieht, umgewandelt. Der mit Koks bedeckte Sand wird aus dem Reaktor 1 über eine Leitung 4 in einen Oxidationsreaktor 5 transportiert. In dem Oxidationsreaktor 5 werden die relativ kalten, mit Koks bedeckten Sandfeststoffe oder sonstige körnige Feststoffe mit über eine Leitung 14 zugeführter Luft gemischt und zur Verbrennung der auf den Sandkörnchen vorhandenen Kohlenwasserstoff-Kokssubstanzen entzündet. Als Ergebnis der Verbrennung des festen Kohlenstoffrückstands auf den körnigen Feststoffen im Reaktor 5 steigt die Temperatur dieser körnigen Feststoffe merklich. Die Temperaturen lassen sich durch Steuern der Geschwindigkeit, mit der die mit Koks bedeckten Feststoffe in den Oxidationsreaktor 5 eingeführt werden, um durch Steuern der Geschwindigkeit der in den Reaktor eingeblasenen Luft regeln. Zweckmäßigerweise sollte die Temperatur der den Oxidationsreaktor 5 über Leitungen 6 und 7 verlassenden Feststoffe mindestens 760⁰C betragen. Die heißen Feststoffe können mittels eines Gasstroms oder auf mechanischem Wege, einschließlich mittels Schneckenförderer, oder durch eine einfache Schwerkraftförderanordnung transportiert werden, über die Leitung werden die heißen Feststoffe in den thermischen Krackreaktor rückgeführt. Jegliche Feststoffe, die zur bequemen Verwendung in der Vorrichtung zu fein sind, können in üblicher Weise über eine Leitung 16 entfernt werden.

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Die gasförmigen Verbrennungsprodukte, die etwas verflüchtigte Kohlenwasserstoffe aus dem Koks, die bei der Verbrennungsreaktion nicht, verbraucht wurden, enthalten können, werden aus dem Oxidationsreaktor 5 über eine Heizgasleitung 8 entfernt. Der gasförmige Abstrom kann einer üblichen Heizgasreinigungsbehandlung unterworfen und dann in die Atmosphäre abgelassen werden.

Die heißen körnigen Feststoffe, beispielsweise grober Sand bei einer Temperatur von 760⁰C, werden über eine Leitung 7 einem Dampfgenerator 9 zugeführt. Darin werden sie mit schmutzigem Speisewasser, das in den Generator 9 über eine Leitung

10 eingespeist wird, gemischt, üblicherweise besteht das Speiaus
sewasser hauptsächlich auch aus/der ölformation gefördertem Wasser, das eine zu große Menge an suspendierten Teilchen, wie Ton oder Schluff, und gelöste Mineralien enthält, um ohne übermässige Vorbehandlung in einer üblichen Dampferzeugungsanlage verwenden werden zu können. Üblicherweise bedarf es im Rahmen des Verfahrens gemäß der Erfindung keiner Reinigung oder Vorbehandlung des Speisewassers, sämtliche in dem Speisewasser suspendierte teilchenförmige Feststoffe oder gelöste Materialien auf den Feststoffen, die aus dem Dampfgenera tor 9 ausgetragen werden, abgelagert oder mit diesen gemischt sind. Die in den in den Dampfgenerator 9 eingespeisten körnigen Feststoffen enthaltene Wärmeenergie wird an das Wasser abgegeben, was zur Dampfbildung führt. Dieser läßt sich über eine Leitung 11 dem Dampfinjektionsverteiler zuführen, über den Dampfinjektionsverteiler wird der Dampf zum Weitertreiben dor Förderung von viskosem Erdöl aus der Formation in die viskose ^Iformation injiziert. Die Dampfmenge wird durch Steuern der Speisewasserzufuhrgeschwindigkeit und der Zufuhrgeschwindigkeit der heißen körnigen Feststoffe zu dem Reaktor gesteuert. Die gewünschte Dampfqualität erhält man durch Steuern des Verhältnisses der Zufuhrgeschwindigkeit der fesben körnigen Feststoffe zu der Speisewasserströmungsgeschwindigkeit. Ein besonders attraktives Merkmal des Verfahrens gemäß der Erfindung

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besteht darin, daß ohne zusätzliche Anlage oder zusätzliche Verwendung von weiterem Heizmaterial überhitzter Dampf, beispielsweise ein solcher von 3.544 χ 10 Pascal und 650⁰C, erzeugt werden kann.

Die Feststoffe werden aus dem Dampfgenerator 9 über eine Leitung 12 entfernt. Gegebenenfalls können die feinen Feststoffe, insbesondere die aus dem Speisewasser entfernten feinen Feststoffe nach üblichen bekannten Blasverfahren, durch Zyklon scheidung und dergleichen, d.h. nach Verfahren, wie sie zur Feststoffklassifizierung bekannt sind, über eine Leitung 13 entfernt werden.

Die Feststoffe werden in den Verbrennungsreaktor 5 rückgeführt Erforderlichenfalls kann dem Reaktor 5 über eine Leitung 15 weiteres Heizmaterial zugeführt werden, um die Temperatur der den Reaktor 5 verlassenden Feststoffe auf dem gewünschten Wert zu halten. Das zusätzliche Heizmaterial kann in den Reaktor direkt eingesprüht oder in Form eines Strahls eingeführt werden. Vorzugsweise werden jedoch die rückgeführten kalten Feststoffe, die aus dem Dampfgenerator 9 über die Leitung 12 zu dem Verbrennungsreaktor 5 zurückkehren, mit dem Brennstoff der art beschichtet, daß die rückgeführten Feststoffe oberflächlich vollständig mit dem zusätzlichen Brennstoff beschichtet sind und daß eine gleichmäßige Erhitzung der festen körnigen Substanz in dem Verbrennungsreaktor 5 gewährleistet ist.

Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung erzeugter Dampf kann über die Leitung 11 einer geeigneten Injektionsvorrichtung zugeführt und alleine oder in Kombination mit sonstigen Komponenten in die Formation injiziert werden. Ein besonders bevorzugtes ölrückgewinnungsverfahren besteht in einer Injektion von Dampf und eines Inertgases in die Formation. Aus diesem Grunde besteht eine besonders zweckmäßige Ausführungsform des

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Verfahrens gemäß der Erfindung darin, daß mindestens ein Teil des den Verbrennungsreaktor 5 über eine Leitung 8 verlassenden Heizgases mit in dem Dampfgenerator 9 erzeugten Dampf gemischt und die Mischung aus Dampf und Heizgas in die Formation injiziert wird. Durch die Anwesenheit des Heizgases wird in der Formation eine Gassättigung aufrechterhalten. Hierdurch wird die ölförderung begünstigt, da die Bildung von die Formation zusetzenden Pfropfen vermieden wird. Ein Hauptbestandteil des Heizgases ist Kohlendioxid. Dieses löst sich in Erdöl und vermindert dessen Viskosität, so daß sich also die Anwesenheit von Kohlendioxid in dem injizierten Gasgemisch als besonders wertvoll erwiesen hat.

Der folgende Feldversuch soll eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung näher veranschaulichen.

Eine Teersandlagerstätte, die unter 198 m Deckgestein liegt, besitzt eine Stärke von 33,5 m. An dieser Formation wird ein Pilot-Feldversuch mit einer Injektion eines Gemischs aus Dampf und 5 % Naphtha-Kohlenwasserstoffen gefahren. Die Formation ist in ihrer vollen Stärke durch eine Injektionsbohrung und eine Förderbohrung durchtäuft. Die Bohrungen liegen im Abstand von 45,7 m voneinander. Nach beendeter Vorbehandlung zur Sicherstellung einer Fluidumdurchlässigkeit durch die Formation wird in die Formation Dampf einer Qualität von 80 % injiziert. Zur besseren Gewinnung von viskosem öl sind dem Dampf etwa 5 % Naphtha zugemischt. Die Gesamtfluiduminjektionsmenge beträgt etwa 111,3 m³/Tag. Nach etwa 30 Tagen ist die thermische Front nahe genug an der Förderbohrung angelangt, daß die Förderung von viskosem Erdöl beginnen kann. Das geförderte viskose Erdöl wird zu einer 0,99 m³ Lurgi-Ruhrgas-thermischen Krackanlage, die auch als Sandkrackvorrichtung bezeichnet wird, transportiert. Da das aus der Formation geförderte Fluidum aus einem komplexen Gemisch aus Wasser und Öl besteht, erfolgt zunächst die Trennung des geförderten Fluidums nach üblichen Entemulgationsverfahren. Der Sandkrackvorrichtung wird dann

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praktisch reines Bitumen zugeführt. Durch Aufrechterhalten der Temperatur des geförderten Bitumens auf einen Wert über etwa 85⁰C (durch Beheizen der Strömungsleitungen mit Dampf) bleibt das Material ausreichend fließfähig, um rasch in die Sandkrackvorrichtung zu strömen.

Das bei dieser Verfahrensvariante verwendete wärmeübertragende Medium besteht aus grobem Sand einer Teilchengröße von 8 bis 12 Mesh. Zu Beginn wird Dieselöl in eine Verbrennungskammer eingespritzt, um die Temperatur des groben Sandes auf etwa 760⁰C zu erhöhen. Dieser erhitzte Sand wird dann in die Sandkrackvorrichtung mit einer Geschwindigkeit von etwa 11350 kg/h eingeführt. Die Zufuhrgeschwindigkeit des Bitumens zu der Sandkrackvorrichtung beträgt etwa 2270 kg/h. Durch Aufrechterhalten des Verhältnisses der Ströme von Bitumen und heißem Sand in die Sandkrackvorrichtung auf etwa diesem Wert behält das Gemisch eine Temperatur von etwa 475⁰C. Diese Temperatur stellt eine höchst zweckmäßige Betriebstemperatur dar. . Bei dieser Temperatur erfolgt eine thermische Krackung des bituminösen Erdöls, wobei etwa 1 % des Rohbitumens in gasförmige Komponenten übergeht und etwa 79 % in flüssige Kohlenwasserstoffe wesentlich geringeren Molekulargewichts und wesentlich geringerer Viskosität, als sie das zugespeiste Rohbitumen auf wies , umgewandelt werden. Etwa 20 % des zugeführten Bitumens gehen in ein festes kohleartiges Koksmaterial über. Praktisch das gesamte Koksmaterial lagert sich auf den Oberflächen der groben Sandkörnchen ab, so daß die am Boden der Sandkrackvorrichtung ausgetragene körnige Substanz aus mit Koks bedeckten Sandkörnchen besteht. Diese lassen sich ohne Schwierigkeit mittels eines Schneckenförderers zu der Verbrennungskammer transportieren. Verwendet wird eine 3,68 m³ Verbrennungskammer. Die mit Koks bedeckten Feststoffe werden etwa in der Mitte des Reaktionsgefäßes eingefüllt. Am unteren Ende des Reaktionsgefäßes wird Luft derart zugeführt, daß eine innige Berührung zwischen der Luft und den mit Koks bedeckten Sandkörnchen gewährleistet ist. Mit Hilfe eines Gasbrenners wird

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die Verbrennung eingeleitet. Danach wird kein Brenner mehr benötigt, da die Umsetzung von selbst abläuft. Durch Steuern des Luftstroms auf einen Wert von etwa 4282 N m³/h wird praktisch der gesamte auf den Sandkörnchen vorhandene Koks verbrannt. Die feste körnige Substanz wird aus der Verbrennungskammer mit einer Temperatur von etwa 760⁰C (hierbei handelt es sich um die erfindungsgemäß bevorzugte Temperatur zum Betrieb sowohl der Sandkrackvorrichtung als auch des Dampfgenerators) ausgetragen. In der Verbrennungskammer werden etwa 15 Mill. BTü/h erzeugt. Die Heizgase werden zur Entfernung von darin fein suspendierten teilchenförmigen Substanzen filtriert. Etwa 11350 kg/h bzw. 29 % der gesamten der Verbrennungskammer zugeführten Feststoffe gehen zu der Sandkrackvorrichtung, die restlichen 27670 kg/h bzw. 71 % gehen zu dem Dampfgenerator.

Das zunächst aus dem gefördertem Fluidum abgetrennte Wasser dient als Hauptquelle des Speisewassers. Zusätzliches Wasser wird einem naheliegenden See entnommen. Beide Wasserquellen enthalten beträchtliche Mengen darin suspendierten feinteiligen Substanzen. Darüber hinaus enthalten sie etwa 90000 ppm an insgesamt gelösten Peststoffen^einschließlich Natriumchlorid und einige zweiwertige Ionen, vornehmlich Calcium und Magnesium. Eine Vorbehandlung des Speisewassers ist nicht erforderlich, was ein besonderes Merkmal des Verfahrens gemäß der Erfindung darstellt. Die Geschwindigkeit, mit der das Speisewasser dem Dampfgenerator zugeführt wird, wird durch überwachen der Temperatur des erzeugten Dampfes bestimmt. Zweckmäßigerweise besitzt der Dampf für das nachgeschaltete Dampfinjektionsverfahren eine Temperatur von etwa 243⁰C und einen Druck von etwa 3.544 χ 10° Pascal. Die zur Erreichung dieser Dampfqualität erforderliche Strömungsgeschwindigkeit des Speisewassers beträgt durchschnittlich etwa 4540 kg/h. Die abgekühlten Feststoffe werden am Boden des Dampfgenerators ausgetragen und zur Wieder-

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verwendung im Rahmen des Verfahrens gemäß der Erfindung in die Verbrennungskammer rückgeführt.

Der nach dem geschilderten Verfahren erzeugte Dampf wird sowohl mit dem aus dem Verbrennungsreaktor stammenden heissen Abgas bzw. Heizgas und mit dem gasförmigen Abstrom aus der Sandkrackvorrichtung vereinigt und zum weiteren Vorantreiben der Förderung von viskosem öl in die viskose ölformation injiziert. Das Gesamtverfahren steht im Gleichgewicht und erfordert keinen zusätzlichen Brennstoff.

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Claims

Henkel, Kern, Feiler & Hänzel Patentanwälte

p\ η r- "w τ -j Registered Representatives

2 O 5 3 4 7 ! before the

European Patent Office

Texaco Canada Inc., ...... _α „ „.,

Möhlstra8e37 Don Mills, Ontario, Kanada D-8000München 80

Tel.: 089/982085-87

Telex: 0529802 hnkld Telegramme: ellipsoid

11 DEZ. 1878

Dr.F/H Patentansprüche

Verfahren zur Erzeugung von Dampf, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) in ein Verbrennungsgefäß eine oberflächlich mit einer festen Kohlenwasserstoffmaterial beschichtete, körnige, feste Substanz und ein sauerstoffhaltiges Ras einführt;

b) fcur Erhitzung der körnigen Substanzen) die Temperatur im Verbrennungsgefäß auf einen zur Einleitung der Verbrennung des auf der körnigen Substanz befindlichen festen, aus einem Kohlenwasserstoffbrennmaterial bestehenden Überzugs ausreichenden Wert erhöht;

c) mindestens einen Teil der erhitzten, körnigen Feststoffe aus dem Verbrennungsgefäß in einen Dampfgenerator überführt;

d) in den Dampfgenerator Wasser mit darin gelösten und/oder suspendierten Feststoffen einführt, um mindestens einen Teil des Wassers durch die Berührung mit den heißen körnigen Substanzen in Dampf zu überführen;

e) die hierbei abgekühlten Feststoffe aus dem Dampfgenerator rückgewinnt und

f) die rückgewonnenen Feststoffe in das Verbrennungsgefäß rückführt.

ORIGINAL INSPECTEa

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die mit einem Überzug aus einem festen Kohlenwasserstoffmaterial versehenen körnigen festen Substanzen durch Inberührungbringen von viskosem Rohöl mit heißen, körnigen, wärmeübertragenden Feststoffen in einem Krackgefäß herstellt, wobei man die Temperatur der Feststoffe und die Fließgeschwindigkeit des Rohöls derart einstellt, daß sich eine Temperatur einstellt, bei der das Rohöl thermisch unter Bildung niedriger molekularer Kohlenwasserstoffe und eines an der Oberfläche der körnigen, wärmeübertragenden Feststoffe haftenbleibenden Kohlenwasserstoffkokses gekrackt wird, daß man die gebildeten, mit Koks bedeckten körnigen, wärmeübertragenden Feststoffe in das Verbrennungsgefäß überführt und daß man einen Teil der heißen Feststoffe in die Sandkrackvorrichtung rückführt.
3. Verfahren nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die aus dem Kontaktgefäß rückgewonnenen Feststoffe in körnige, wärmeübertragende Feststoffe und aus dem Speisewasser gewonnene feine Feststoffe trennt und daß man die körnigen, wärmeübertragenden Feststoffe in das Verbrennungsgefäß rückführt.
4. Verfahren nach Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das Rohöl aus einer durch mindestens eine Injektionsbohrung und mindestens eine Förderbohrung, die mit der Formation in Fluidumverbindung stehen, gewinnt und daß man den gebildeten Dampf über die Injektionsbohrung in die Formation injiziert.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man in das Verbrennungsgefäß zusätzliches Brennmaterial mit einer zur Erhaltung der +) daraus rückzugewinnenden, heißen, körnigen, wärmeübertragenden Feststoffe auf einen Wert von mindestens 746°C ausreichenden Geschwindigkeit einspritzt.

+) Temperatur der

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6. Verfahren nach Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß man aus dem Verbrennungsgefäß mindestens teilweise Heizgas gewinnt, dieses mit Dampf aus dem Dampfgenerator mischt und das Ganze in die-Formation injiziert.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens einen Teil der niedriger molekularen Kohlenwasserstoffe aus der Krackvorrichtung mit Dampf aus dem Dampfgenerator mischt und das Ganze über die Injektionsbohrung in die Formation injiziert.

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