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Verfahren zum restlosen oder weitgehenden Hereinbringen bituminöser
Lagerstätten Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren, zur Nutzbarmachung unter
Tagte befindlicher Lagerstätten von festen bis flüssigen Bitumina, nach welchem
die Bitumina in Form gasförmiger oder dampfförmiger Produkte hereingebracht werden,.
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Bei der bergmännischen Ausbeutung der Lagerstätten von Anthrazit,
Steinkohle, Braunkohle und sonstigen Bitumina sowie bei der Gewinnung von Erdöl
müssen häufig Horizonte unberücksichtigt bleiben, weil sich der bergmännische Abbau
entweder infolge zu geringer Mächtigkeit oder infolge zu geringen Gehalts an bituminösem
Material'nicht lohnt oder weil die Lagerstätten in so bedeutender Teufe vorkommen,
da.B ihr Abbau mit den bekannten bergmännischen Mitteln technisch oder wirtschaftlich
zur Zeit nicht möglich ist. Des weiteren treten auch Fälle auf, daß die Lagerstätten
so weit erschöpft sind, daß ein weiterer bergmännischer Abbau oder eine Gewinnung
von flüssigen Kohlenwasserstoffan durch Bohrungen nicht lohnend ist.
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Mit zunehmender Teufe erhöhen sich die technischen Schwierigkeiten
und Gefahren, für den Bergmann; insbesondere werden auch die Arbeitsverhältnisse
für dien Menschen, je nach Größe der für den Einzelfall in Betracht kommenden gwthermischen
Tiefenstufe immer ungünstiger und sind nur durch die fortschreitende Bewetterungstechnik
unter immer größeren Kostenaufwendungen erträglich zu gestalten.
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Der Bergbau wird auch in zunehmendem Maße unter Mangel an Arbeitskräften
leiden, so daß es
notwendig ist, die Fortschritte von Wissenschaft
und Technik in breitestem Umfange zur Einsparung von menschlicher Arbeitskraft im
Untertagebetriet der Zukunft einzusetzen..
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Man. hat bereits versucht, die, oben beschriebenen Lagerstätten dadurch
nutzbar zu machen, daß man in bekannter Waise die zur Destillation, Schwelung oder
Vergasung notwendige Wärmeenergie durch direkte partielle Verbrennung des Lägerstättenmaterials
erzeugt, um einen. anderen Teil durch direkte Wärmeeinwirkung zur Vergasung zu:
bringen.
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Dabei bedient man sich sauerstoffhaltiger Treibgase, wie der Luft,
mit oder ohne Zumischung von Wasserdampf u. dgl.
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Diese Verfahren wurden zwar im großen erprobt, haben sich aber deshalb
nicht durchsetzen können., well eine erhebliche Menge des Materials zur Energieerzeugung
verbraucht wird, so daß das Verhältnis des Restmaterials zu totem Gestein zunehmend
ungünstiger wird, weil die Kontrolle des Temperaturverlaufs unter Tage sich einer
Beeinflussung weitgehend entzieht und ec:, so zu Sinte rungserscheinungen kommen
kann, die eine restlose Verwertung dies Lagervorkommens. erschweren oder unmöglich
machen.
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Lagerstätten flüssiger Bitumina, wie Erdöl, geben bei der bohrtechnischen
Erschließung das Öl so lange an die Oberfläche ab, als der Druck, unter dem sie
stehen, größer ist als das Gewicht der Ölsäule. Bei druckarmen Lagerstätten nimmt
man Pumpen zu Hilfe:, und später bedient man sich der sogenannten Sekundärverfahren
zur Gewinnung der restlichen Ölmengen. Diese Verfahren beruhen darauf, daß man die
Lagerstätte in geeigneter Weise durch eingepreßtes Wasser oder aingepreßta Gase
unter Druck setzt.
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Es ist auch schon vorgeschlagen worden, dien Druck dadurch. herzustellen,
daß man, Lagerstättenteile durch elektrische Widerstandsheizung erhitzt, so daß
dann: Wasserdampf oder Krackprodukta, die sich in dar Formation bilden, den: Druck
aufbauen, um das Öl an geeigneter Stelle in der Lagerstätte anzureichern..
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Man hat auch versucht, diese Methode der elektrischen Widerstandsheizung
zur direkten Destillation, Schwelung oder Vergasung unter Tage anzuwenden, wobei
man auf die Verwendung sauerstoffhaltiger und dadurch direkt wärmeerzeugender Hilfsgase
verzichtet hat. Zum Beispiel wurde die elektrische Energie an Bohrrohre oder andersartige
Elektroden herangeführt.
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Dia Schwierigkeit ist in diesem Falle ein bedeutender Verlust an elektrischer
Energie durch Bodenschichten, die man nicht erwärmen. will, und in den Lagerstätten
selbst durch elektrolytische Vorgänge, die stromverzehrend wirken.
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Eine Abschirmung der Elektroden in dem Sinne, dafi der Strom nur durch
die gewünschten bituminösen Schichten fließen kann, bringt nur eine graduelle Besserung
der Stromausbeute. Es ist weiterhin bekannt, den die Verbrennung unterhaltenden
Gasen, wie Luft oder Sauerstoff, noch Wasserdampf zwecks Gewinnung von Wassergas
zuzusetzen; c@ieser Schritt stellt indessen nur eine Eventualmaßnahme im Rahmen
der vorgeschlagenen Kombination dar.
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Allen diesen thermischen Verfähren, insbesondere denen, die zwangläufig
von, einer Stalle mii extrem hoher Temperatur aus. die wirksame Wärme der Lagerstätte
zuführen, haften. zwei schwer--wiegende Nachteile an. Es kommt zur Erscheinung
der Rückkondensation: Die verdampften Kohlenwasserstofe eilen der Wärmewelle voraus.
und kondensieren an noch: nicht hinreichend erwärmten bzw. kühleren Stellen des
Lagers bzw. dringen in das Speichergestein ein. Mit steigender Temperatur werden
die vorauseilenden kondensierenden Dämpfe immer höher molekular und viskoser, so
daß es bereits dadurch nach verhältnismäßig geringem Fortschreiten der zu Porenverschluß
und ungenügendem Verschwelen kommt. Weiterhin erfolgt im Speichergestein dadurch
eine besondere Anreicherung der hochmolekularen. Schwelanteile, die nun bei weiterem
Ansteigen. der Temperatur infolge Fortschreitens der Wärmewelle durch Verkokung
zum völligen nicht reversiblen Verschluß der Poren. führen können.
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Ziel der Erfindung ist, die restlose oder weitgehende Entgasung von
festen bis flüssigen Bituminn, in unter Tage befindlichen Lagerstätten mit einer
Technik zu bewerkstelligen, der die genannten Mängel nicht anhaften.
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Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, die Lagerstätten durch zweckentsprechend
gesteuerten Einsatz atomarer Zei fallsenergie teilweise oder ganz zu entgasen, sie
dabei in einen porösen Zustand überzuführen und anschließend die derartig für die
nachfolgenden Prozesse reifgemachten Lagerstätten mit Sauerstoffträgern oder Wasserdampf
zu vergasen oder durch Unterdrucksetzei mit zusätzlichem Wasserstoff zu hydrieren.
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Dieser Behandlung können Lagerstätten von festen bis flüssigen Bitumina
unterzogen werden. Bei den festen Bitumina, wie Anthrazit, Steinkohle, Braunkohle
u. dgl. kann man auf die üblichen bergmännischen Abbaumethoden völlig verzichten
und von vornherein das Verfahren gemäß der Erfindung in Anwendung bringen. Bei erschlossenen
oder schon teilweise erschöpften Lagerstätten benutzt man das vorhandene Grubengebäude.
Darüber hinaus kann man dieses durch zusätzliche Bohrungen, Schächte, Bohrschächte
oder Abteufungen weiter erschließen.
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Lagerstätten, flüssiger Bitumina wird man, wie bisher üblich, zunächst
durch Bohrungen anfahren und den vorhandenen Druck oder Pumpen zu Hilfe nehmen,
um das Öl zutage zu fördern. Nach der primären Entölung solcher Lagerstätten wird
man mittels. Sekundärverfahren die Entölung weitertreiben.
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Sekundärverfahren, die zur Verbesserung dar Fluidität des Erdöls Wärmeenergie
einsetzen: und sich dabei der beim atomaren Zerfall auftretenden Wärme bedienen,
sind. bekannt; insoweit fallen. sie nicht in. den Rahmen der Erfindung.
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Zur destillativen Entölung von Lagerstätten
flüssiger
Bitumina als vorbereitenden. Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Beendigung
der bekannten primären und sekundären Entölungsmethoden sind natürlich niedrigere
Temperaturen erforderlich als bei der Behandlung fester Bitumina. Nach Abtreibung
der umzersetzt flüchtigen. Kohlenwasserstoffe restieren hochmolekulare., bei normaler
Temperatur mehr oder weniger feste Rückstände, welche die Poren des Lagergesteins
mehr oder weniger ausfüllen.
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Diese entölten Lagerstätten ebenso wie die Lagerstätten fester Bitumina
werden nach der Erfindung der bei der Atomspaltung auftretenden Wärme unterworfen.
Unter der Einwirkung der Wärme entgasen die Bitumina, und es tritt Verkokung ein.
Wesentlich ist es, diesen Vorgang so zu leiten, daß nach der Entgasung die Rückstände
in einem Zustand: erhalten werden, der den, Zutritt von Gasen während der Nachbehandlung
gestattet. Die Geschwindigkeit der Wärmeeinwirkung hat sich, dabei nach der Eigenart
der vorliegenden Bitumina zu richten. So, maß man beispielsweise gut backende Kohlen
schnell erhitzen, um einen grobporigen, durchlässigen Koks entstehen zu lassen.
Bei geringerer Backfähigkeit bzw. Verkokungsneigung des Bitumens maß die Geschwindigkeit
des Erhitzens, wie bekannt, herabgesetzt werden, damit ein lockeres, feines Pulver
anfällt. Rückstände aus flüssigem Bitumen wird man einer schnellen Erhitzung unterwerfen.
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Im Falle der Bildung koksartiger Rückstände besitzen diese nach der
Entgasung allerdings eine verschiedene Struktur. Der aus festem Bitumen wie Steinkohle
anfallende-hoks besitzt ein Trägerskelett, das im wesentlichen aus K ,>hleizstoii
besteht, während bei den koksartigen Rückständen aus flüssigem Bitumen die anorganischen
Stoffe des Speichergesteins das Gerüst bilden.
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Nacn Ablauf der Destillations- und/oder Schwelvorgänge ist das Lager
so vorbehandelt, daß größtenteils Koks oder Halbkoks zurückbleibt. Durch dessen
poröse Struktur ist gleichzeitig die Formation. weitgehend aufgeschlossen und der
Vergasung mit Sauerstoff oder Sauerstoffträgern zugänglich. Man behandelt die nunmehr
unter hoher Temperatur stehenden Bitumina.: mit Sauerstoff oder Sauerstoffträgern,
indem man diese durch die Lagerstätten drückt oder saugt, und führt die Bitumina
in energiereiche Gase über.
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An Stelle der Behandlung mit Sauerstoff oder Sauerstoffträgern kann
man die reifgemachten Lagerstätten auch der bekannten Wassergasreaktion unterwerfen.
Man leitet dann Wasserdampf in die Formationen ein und dreckt den Wärmebedarf der
Reaktion mit Hilfe der atomaren Zerfallsenergie.
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Natürlich kann man auch beide Vorgänge kombinieren und die Vergasung
mittels Sauerstoff bzw. . Sauerstoffträgern. oder m;it Wasserdampf in beliebiger
Reihenfolge alternierend oder gleichzeitig vornehmen.
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Es ist auch möglich, die bei der Atomspaltung frei werdende Wärmeenergie
zu einem Hydr'ierungsvorgang zu verwenden. Zu diesem Zweck wird: in die Lagerstätte
Wosserstoff unter ausreichendem Druck, gegebenenfalls zusammen: mit Hilfsgasen,
wie Wasserdampf, eingepreßt. Durch überschüssigen Wasserstoff und/oder Wasserdampf
werden die Reaktionsprodukte kontinuierlich entfernt. Dieses Verfahren eignet sich
besonders für große Teufen; in denen hohe Drücke mühelos aufgebaut werden können.
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Vorteilhaft. kann man bei der Hydrierungsreaktion dem Wasserstoff
bzw. Wasserstoffgemisch katalytisch wirkende Stoffe im gas- oder dampfförmiigen
Zustand zugeben, z. B. flüchtige Verbindungen geeigneter Metalle, wie Zinnbetrachlorid
u. dgl. Die gewonnenen flüssigen oder gasförmigen Produkte werden: durch Druck oder
Absaugen. einer Weiterverarbeitung zugeführt.
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Wie bereits erwähnt, fährt man zur Durchführung des vorgeschlagenen
Verfahrens die Lagerstätten neu an oder bedient sich bereits vorhandener Bohrungen
oder Schächte. Innerhalb oder im Umkreis der Reaktionsfläche verteilt man: eine
Anzahl kleinerer Energiepakete so, daß sich. ein gleichbleibender Wärmefluß durch.
die Lagerstätte ausbilden kann. Man vermeidet dadürch die Erscheinung der Rückkondensation
und erzielt porösen Koks. Man kann aber euch durchaus in geeigneten Fällen größere
Energiequellen zentral anordnen, von deinem die Wärmeenergie, nach den jeweiligen
Temperaturerfordernissen gesteuert, radial und peripherisch sich ausbreitet.
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Wendet man die Atomenergie in der beschriebenen Weise an, so sind.
Neutronenbremsen und Neutronen abfangende Mittel gegebenenfalls notwendig.
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Bei Verwendung unterkritischer Massen spaJtbaren Materials bedient
man sich Neutronenspendern., wie z. B. der Beiyllium-Radium-Gemische, um den Zerfall
aufrechtzuerhalten, wo-
bei eine zusätzliche Steuerung ebenfalls durch Neutronen
bremsende oder abfangende Mittel erfolgen kann.