WO2013102544A2 - Vorrichtung und verfahren zur gewinnung von kohlenstoffhaltigen substanzen aus ölsanden - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur gewinnung von kohlenstoffhaltigen substanzen aus ölsanden Download PDF

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Olaf Schmidt
Simon SCHULZE
Matthias SCHÖNEICH
Michael Welch
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/16—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons
    • E21B43/24—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons using heat, e.g. steam injection
    • E21B43/2406—Steam assisted gravity drainage [SAGD]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G1/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal
    • C10G1/04—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal by extraction
    • C10G1/045—Separation of insoluble materials

Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for the recovery of carbonaceous substances, in particular bitumen, from oil sands.
  • Oil sands are understood to mean a mixture of rock, clay, sand, water and bitumen or other heavy oils.
  • bitumen which typically has a viscosity of API 5 ° to 15 °, is to be mentioned as representative of heavy, heavy oils or generally long-chain hydrocarbons occurring in the deposit.
  • bitumen can be converted into syn ⁇ thetic crude oil.
  • Oil sands occurrences if they lie in shallow layers of earth, are preferentially mined in the open pit. In many cases, however, oil sands are located in deeper layers of the earth, which are not accessible to open-pit mining or whose mining would be unprofitable in open-pit mining. Typically, oil sands deposits are mined from depths of about 60 m with so-called in-situ method, as in these methods, the degradation of the top layer, wel ches is above the oil sands occurrence is not necessary.
  • a widely used in-situ method is the Steam As ⁇ sistant Gravity Drainage (SAGD).
  • SAGD Steam As ⁇ sistant Gravity Drainage
  • bitumen present in the ground in a deposit is heated by superheated steam.
  • the known apparatus for the sawing process comprises at least one injection pipeline for feeding the hot steam into the deposit and a production pipeline through which the liquid bitumen from the deposit can be conveyed to the site surface.
  • the Injetechnischsrohrlei ⁇ processing and the production pipeline are substantially parallel to each other, horizontally extending one above the other, laid in ⁇ nerrenz the deposit.
  • the injection pipeline and the production pipeline usually have a spacing of approximately 5 to 10 m in the vertical direction relative to one another. In the horizontal direction, pipes extend within the deposit over a length of several hundred meters to a few kilometers.
  • the Injetechnischsrohrlei ⁇ tion is typically located above the production pipeline. Due to the heating and the reduction of the viscosity of the bitumen, the bitumen flows due to the
  • Object of the present invention is therefore to further develop the known SAGD method such that the efficiency the device is increased.
  • the object is achieved in terms of the device by the features of independent claim 1 and in terms of the method by the features of independent claim 3. Further advantages of the invention are counter ⁇ tant of subclaim 2.
  • the inventive apparatus for the recovery of carbonaceous substances, particularly bitumen from oil sands comprising at least one steam generator, at least one In ⁇ jemiesrohr admir and at least one elegantsrohrlei- tung, wherein sand through the injection pipeline steam into the 01- be introduced and on the production line, the carbonaceous Substance can be discharged from the oil sand, characterized ⁇ net is characterized in that between the steam generator and the injection pipe at least one steam turbine is arranged.
  • the arrangement of the steam turbine between the steam generator and the injection pipe, the pressure reduction, which is usually unused via the throttle valve he ⁇ follows, are used for energy recovery.
  • the steam turbine is preferably connected to a generator for power generation.
  • the electricity generated can then be used directly on site for crude oil production or fed into a power grid.
  • the steam which is passed from the steam generator to the steam turbine, is thereby expanded within the steam turbine to a pressure which is equal to or less than the rock pressure in the region of the deposit. Subsequently, this vapor is passed through the injection pipes into the deposit.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that the steam is generated by means of a heat exchanger, where ⁇ in hot exhaust gas of a heat engine, in particular a gas turbine, is used to generate steam.
  • a heat engine in particular a gas turbine
  • the gas turbine is connected to a second generator for generating electricity.
  • the exhaust gas from the gas turbine is used to heat and evaporate the water.
  • the heat energy of the exhaust gas is preferably carried out by means of a heat exchanger in which the gas flow is conducted in countercurrent to the water / steam.
  • the electricity generated in the generator can in turn be used directly on site for processing the bitumen to crude oil or fed into an electrical grid.
  • the steam generation can also be done by direct firing of the boiler.
  • the process according to the invention for obtaining carbonaceous substances, in particular bitumen, from oil sands by means of a device according to claim 1 or 2, comprises the following process steps:
  • the discharged bitumen can then be processed at the earth's surface by suitable measures to crude oil.
  • suitable measures to crude oil Through the expansion of the steam in the steam turbine on ei ⁇ NEN vapor pressure which is less than or equal to the rock pressure in the range of the deposit, the energy of the steam which previously unused by the throttle valve in the environ- can was used for energy recovery, in particular to generate electricity by connecting the steam turbine can be used to a generator.
  • the vapor pressure By using the vapor pressure to generate electrical current, the efficiency of the process improves.
  • Figure 1 shows an inventive device for Ge ⁇ winnung of carbonaceous substances, particularly bitumen from oil sands.
  • Figure 1 is a simplified and schematic representation in which only the essential components of the invention are shown.
  • Figure 1 shows an embodiment of a device according to the invention for the recovery of carbonaceous substances, in particular bitumen from oil sands.
  • the oil sands are located in a deposit 7, in a soil 8. If the rock layer above the deposit 7 is not too large, he follows ⁇ the mining of oil sand in open pit. At a depth of about 60 m of open pit mining, however, as already be enrolled ⁇ uneconomical, so then the in-situ method described in the introduction exercise descriptions are used.
  • the device according to the invention for such a method comprises at least one steam generator 1, and at least one injection pipe 2 and at least one production ⁇ pipeline 3.
  • the injection pipe 2 and the production pipe 3 usually extend horizontally within the deposit 7.
  • the injection pipe 2 and the production pipeline 3 run parallel and typically at a distance of approx. 5 to 10 m from each other.
  • the tubes In ho ⁇ rizontaler direction, the tubes extend within the reservoir 7 via a length of between several hundred Me ⁇ tern and a few kilometers. Before the bitumen can be transported out of the deposit, it must first be heated to reduce the viscosity of the bitumen present in the oil sands or in the oil rock.
  • a steam turbine 5 is arranged between the steam generator 1 and the injection pipe 2.
  • the steam turbine 5 is connected to a generator G2, wel ⁇ cher is used to generate electricity.
  • the electricity generated can be used directly for the plant or fed into an electrical grid.
  • the steam turbine 5 is designed and / or regulated such that the steam, which is introduced from the steam generator 1 into the turbine 5, is relaxed only to the extent that it substantially corresponds to the rock pressure within the reservoir.
  • the heat energy for the steam generator 1 is provided by the exhaust gas of a gas trubline 6.
  • the gas turbine 6 is connected to a further generator 1 for generating electricity.
  • the generated power can in turn be used directly for the electrical consumers of the plant or fed into an electrical grid.
  • the electricity will typically be used directly for the plant.
  • the heat energy of the exhaust gas is discharged by means of a heat exchanger to the water or the steam in the steam generator 1.
  • the hot exhaust gas preferably flows in countercurrent to the water / steam.
  • the steam generation can also be done by direct firing of the boiler.
  • steam is first generated in the steam generator 1.
  • the heat energy of the exhaust gas of the steam turbine ⁇ 6 is supplied via a heat exchanger to the steam generator 1.
  • the water is evaporated and the hot steam is first fed to the steam turbine 5.
  • a cyclone separator or the like is installed, whereby the water and impurities are separated from the steam.
  • the steam is saturated dry, overheated.
  • the vapor pressure relaxes, whereby the steam turbine 5 generates electrical current via a generator G2.
  • the expanded steam which has a vapor pressure which approximately has the rock pressure in the deposit 7, is introduced into the deposit 7 via the injection pipeline 2.
  • the hot steam causes a splitting of the long-chain hydrocarbons of high-viscosity bitumen in the oil sand. This produces a bitumen-water emulsion, due to the Gravity seeps down.
  • the bitumen-water emulsion can then be conveyed via the production pipeline 3 to the earth's surface.
  • a lifting oil pump not shown in FIG. 1, is used.
  • the bitumen-water emulsion passes from there to a treatment plant 9. In this bitumen is separated from the water on the one hand and then processed the bitumen to crude oil.
  • the water is passed through a corresponding line 10 back to the evaporator 1 and can be evaporated there again.
  • the device according to the invention and the method according to the invention for obtaining carbonaceous substances, in particular bitumen from oil sands, are characterized in that after the steam generator excess pressure energy of the steam is expanded in a steam turbine and the steam turbine generates additional electrical energy via a generator, which can be utilized in particular ⁇ ge for the device.
  • a generator which can be utilized in particular ⁇ ge for the device.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gewinnung von kohlenstoffhaltigen Substanzen, insbesondere Bitumen, aus Ölsanden. Die Vorrichtung umfasst wenigstens einen Dampferzeuger (1), eine Injektionsrohrleitung (2) sowie eine Produktionsrohrleitung (3). Über die Injektionsrohrleitung (2) ist Dampf in den Ölsand einleitbar und über die Produktionsrohrleitung (3) kann die kohlenstoffhaltige Substanz aus dem Ölsand (4) abgeführt werden. Zwischen Dampferzeuger (1) und der Injektionsrohrleitung (2) ist wenigstens eine Dampfturbine (5) angeordnet. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Gewinnung von kohlenstoffhaltigen Substanzen, insbesondere Bitumen, aus Ölsanden mittels einer Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2.

Description

Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zur Gewinnung von kohlenstoffhalti gen Substanzen aus Ölsanden
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Gewinnung von kohlenstoffhaltigen Substanzen, insbesonde re Bitumen, aus Ölsanden.
Große Teile der weltweiten Ölreserven liegen in Form von Ölsanden vor. Unter Ölsand versteht man eine Mischung aus Gestein, Ton, Sand, Wasser und Bitumen oder anderer Schwerölen Nachfolgend soll stellvertretend für Schwer-, Schwerstöle oder allgemein langkettige Kohlenwasserstoffe lediglich von Bitumen gesprochen werden, welcher typischer Weise mit einer Viskosität von API 5° bis 15° lagerstättenmäßig vorkommen. Durch entsprechende Verfahrensschritte kann Bitumen in syn¬ thetisches Rohöl umgewandelt werden.
Ölsandvorkommen werden, wenn sie in Erdschichten geringer Tiefe liegen bevorzugt im Tagebau abgebaut. Vielfach liegen Ölsandvorkommen aber in tieferen Erdschichten, die dem Tagebau nicht zugänglich sind bzw. deren Abbau im Tagebau unwirt schaftlich wäre. Typischerweise werden Ölsandvorkommen ab Tiefen von etwa 60 m mit sogenanten In-Situ-Verfahren abgebaut, da bei diesen Verfahren der Abbau der Deckschicht, wel ches über dem Ölsandvorkommen liegt nicht notwendig ist.
Ein weit verbreitetes In-Situ-Verfahren ist das Steam As¬ sistant Gravity Drainage (SAGD) . Beim SAGD Verfahren wird da im Erdreich in einer Lagerstätte vorliegende Bitumen durch Heißdampf erhitzt. Durch die Hitzeeinwirkung werden die lang kettigen Kohlenwasserstoffe des hochviskosen Bitumens aufge¬ spaltet. Dies und die Erwärmung des Ölsandes führen zu einer Verringerung der Viskosität des Bitumens, welches dadurch fließfähig wird und konventionell aus der Lagerstelle abge¬ pumpt werden kann. Die bekannte Vorrichtung für das SAGD Verfahren umfasst mindestens eine Injektionsrohrleitung zum Zuführen des heißen Dampfes in die Lagerstätte und eine Produktionsrohrleitung durch welche das flüssige Bitumen aus der Lagerstätte an die Ortoberfläche gefördert werden kann. Die Injektionsrohrlei¬ tung sowie die Produktionsrohrleitung werden im Wesentlichen parallel zueinander, horizontal übereinander verlaufend, in¬ nerhalb der Lagerstätte verlegt. Die Injektionsrohrleitung und die Produktionsrohrleitung weisen üblicherweise einen Ab- stand von etwa 5 bis 10 m in vertikaler Richtung zueinander auf. In horizontaler Richtung erstrecken sich dir Rohre innerhalb der Lagerstätte auf einer Länge zwischen mehreren hundert Metern und wenigen Kilometern. Die Injektionsrohrlei¬ tung befindet sich typischerweise oberhalb der Produktions- rohrleitung. Durch die Erwärmung und die Herabsetzung der Viskosität des Bitumens fließt das Bitumen aufgrund der
Schwerkraft nach unten und damit zur Produktionsrohrleitung hin und kann dort auf einfache Weise abgepumpt und an die Erdoberfläche gefördert werden. Die Förderung kann entweder mit Anhebeölpumpen oder durch Einbringung eines Überdrucks in der Lagerstätte erzielt werden. Die Einbringung von Überdruck hat jedoch den wesentlichen Nachteil, dass es in der Umgebung der Lagerstätte zu Erdverwerfungen an der Erdoberfläche (blow out) kommen kann, insbesondere dann, wenn die Erdschicht oberhalb der Lagerstätte von geringer Dicke ist. Aus diesem
Grund wird üblicherweise der Dampfdruck vor Einleitung in die Lagerstätte mittels einer Drossel oder eines Drosselventils auf einen Druck reduziert, welcher geringer ist als der Gesteinsdruck im Bereich der Lagerstätte. Das Drosselventil ist dabei zwischen dem Dampferzeuger und der Injektionsrohrlei¬ tung angeordnet. Da der Dampfdruck ungenutzt im Drosselventil abgebaut wird ist das Verfahren wenig effektiv. Ein weiterer Nachteil des SAGD Verfahrens ist der enorme Energieaufwand. Zum Abpumpen von einem Barrel (159 1) Bitumen benötigt man zur Dampferzeugung ca. 20 m3 Erdgas und ca. 3.000 1 Wasser.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, das bekannte SAGD Verfahren derart weiterzubilden, dass der Wirkungsgrad der Vorrichtung gesteigert wird. Gleichzeitig ist es Aufgabe der vorgehenden Erfindung, ein entsprechendes Verfahren zur Gewinnung von kohlenstoffhaltigen Substanzen aufzuzeigen. Die Aufgabe wird hinsichtlich der Vorrichtung durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 3 gelöst. Weitere Vorteile der Erfindung sind Gegens¬ tand des Unteranspruchs 2.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Gewinnung von kohlenstoffhaltigen Substanzen, insbesondere Bitumen, aus Ölsanden, umfassend wenigstens einen Dampferzeuger, wenigstens eine In¬ jektionsrohrleitung sowie wenigstens eine Produktionsrohrlei- tung, wobei über die Injektionsrohrleitung Dampf in den 01- sand einleitbar ist und über die Produktionsleitung die kohlenstoffhaltige Substanz aus dem Ölsand abführbar ist, zeich¬ net sich dadurch aus, dass zwischen Dampferzeuger und der Injektionsrohrleitung wenigstens eine Dampfturbine angeordnet ist. Durch die Anordnung der Dampfturbine zwischen dem Dampferzeuger und der Injektionsrohrleitung kann der Druckabbau, welcher üblicher weise ungenutzt über das Drosselventil er¬ folgt, zur Energierückgewinnung genutzt werden. Hierzu ist die Dampfturbine vorzugsweise an einen Generator zur Stromer- zeugung angeschlossen. Der erzeugte Strom kann dann direkt vor Ort für die Rohölproduktion genutzt werden oder in ein Stromnetz eingespeist werden. Der Dampf, welcher vom Dampferzeuger zur Dampfturbine geleitet wird, wird dabei innerhalb der Dampfturbine auf einen Druck entspannt, der gleich oder kleiner dem Gesteinsdruck im Bereich der Lagerstätte ist. Anschließend wird dieser Dampf über die Injektionsrohrleitungen in die Lagerstätte geleitet.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Dampferzeugung mittels eines Wärmetauschers erfolgt, wo¬ bei heißes Abgas einer Wärmekraftmaschine, insbesondere eine Gasturbine, zur Dampferzeugung genutzt wird. Durch die Ver¬ wendung einer Wärmekraftmaschine, insbesondere einer Gastur- bine, können die Erwärmung des Wassers und die anschließende Versdampfung besonders effektiv erfolgen. Die Gasturbine ist dabei an einen zweiten Generator zur Stromerzeugung angeschlossen. Das Abgas der Gasturbine wird zur Erwärmung und Verdampfung des Wassers genutzt. Die Wärmeenergie des Abgases wird vorzugsweise mittels eines Wärmetauschers durchgeführt bei dem der Gasstrom im Gegenstrom zum Wasser/Dampf geführt wird. Der im Generator erzeugte Strom kann wiederum direkt vor Ort für die Verarbeitung des Bitumens zu Rohöl verwendet werden oder in ein elektrisches Netz gespeist werden.
Die Dampferzeugung kann auch durch direkte Befeuerung des Kessels erfolgen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Gewinnung von kohlenstoff- haltigen Substanzen, insbesondere Bitumen, aus Ölsanden mittels einer Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, umfasst die folgenden Verfahrensschritte:
Erzeugen von Dampf im Dampferzeuger;
Zuführen des Dampfes zur Dampfturbine;
Entspannen des Dampfes in der Dampfturbine auf einen Dampfdruck, der kleiner oder gleich dem des Gesteinsdruck im Bereich der Lagerstätte des Bitumen ist;
Einleiten des Dampfes über die Injektionsrohrleitung in den Ölsand;
Erwärmen des Ölsandes mittels des Dampfes und Aufspalten des langkettigen Kohlenwasserstoffe der kohlenstoffhal¬ tigen Substanzen;
Abführung der kohlenhaltigen Substanzen (Bitumen) über die Produktionsleitung.
Das abgeführte Bitumen kann anschließend an der Erdoberfläche durch geeignete Maßnahmen zu Rohöl verarbeitet werden. Durch die Entspannung des Dampfes in der Dampfturbine auf ei¬ nen Dampfdruck, der kleiner oder gleich dem Gesteinsdruck im Bereich der Lagerstätte ist, kann die Energie des Dampfes, welche bislang durch das Drosselventil ungenutzt in die Umge- bung abgegeben wurde, zur Energierückgewinnung, insbesondere zur Erzeugung von elektrischem Strom durch Anschließen der Dampfturbine an einen Generator genutzt werden. Durch die Nutzung des Dampfdruckes zur Erzeugung elektrischen Stroms verbessert sich der Wirkungsgrad des Verfahrens.
Weitere Vorteile der Erfindung, die einzelnen oder in Kombination miteinander einsetzbar sind, werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert.
Figur 1 zeigt dabei eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ge¬ winnung von kohlenstoffhaltigen Substanzen, insbesondere Bitumen, aus Ölsanden. Bei der Darstellung handelt es sich um eine vereinfachte und schematische Darstellung, bei der nur die für die Erfindung wesentlichen Bauteile gezeigt werden.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Gewinnung von kohlenstoffhaltigen Substanzen, insbesondere Bitumen aus Ölsanden. Die Ölsande befinden sich in einer Lagerstätte 7, in einem Erdreich 8. Wenn die Gesteinsschicht über der Lagerstätte 7 nicht zu groß ist, er¬ folgt der Abbau des Ölsandes im Tagebau. Ab einer Tiefe von ca. 60 m ist der Tagebauabbau allerdings wie bereits be¬ schrieben unwirtschaftlich, sodass dann die in der Beschrei- bungseinleitung beschriebenen In-Situ-Verfahren eingesetzt werden .
Die erfindungsgemäße Vorrichtung für ein solches Verfahren umfasst wenigstens einen Dampferzeuger 1, sowie wenigstens eine Injektionsrohrleitung 2 und wenigstens eine Produktions¬ rohrleitung 3. Die Injektionsrohrleitung 2 sowie die Produktionsrohrleitung 3 verlaufen üblicherweise horizontal innerhalb der Lagerstätte 7. Die Injektionsrohrleitung 2 und die Produktionsrohrleitung 3 verlaufen dabei parallel und typischer- weise in einem Abstand von ca. 5 bis 10 m zueinander. In ho¬ rizontaler Richtung erstrecken sich die Rohre innerhalb der Lagerstätte 7 über eine Länge zwischen mehreren hundert Me¬ tern und wenigen Kilometern. Bevor das Bitumen aus der Lagerstätte herausgefördert werden kann, muss diese zunächst erwärmt werden, um die Viskosität, des in dem Ölsand oder im Ölstein vorhandenem Bitumen, herab- zusetzen. Durch die Erwärmung kommt es zu einem Aufspalten der langkettigen Kohlenwasserstoffe des hochviskosen Bitumens, wodurch die Viskosität abnimmt und das Bitumen fließfä¬ hig wird. Das Aufheizen der Lagerstätte 7 erfolgt durch Ein¬ leiten des im Dampferzeuger 1 erzeugten Dampfes über die In- j ektionsrohrleitung 2. Das fließfähige Bitumen sinkt auf
Grund der Schwerkraft nach unten und kann anschließend als Bitumen-Wasser-Emulsion zu Tage gefördert werden. Zur Förderung eignen sich einfache Anhebeölpumpen . Die Bitumen-Wasser- Emulsion kann anschließend in einer entsprechenden Aufberei- tungsanlage zu Rohöl verarbeitet werden. Das Wasser der Was- serölemulsion wird dabei vorzugsweise zurückgewonnen und über eine entsprechende Rückführleitung 10 erneut dem Dampferzeu¬ ger 1 zugeführt. Der Dampf der über die Injektionsrohrleitung 2 in die Lagerstätte 7 eingebracht wird, muss einen Druck aufweisen, welcher unterhalb des Gesteinsdruckes liegt, da es sonst zu Erdverwerfungen an der Oberfläche (blow out) kommen kann. Dies tritt insbesondere dann auf, wenn das Erdreich oberhalb der Lagerstätte 7 von geringer Dicke ist. Da der Druck des Dampfes hinter dem Dampferzeuger 1 zu hoch ist, muss der Dampf zunächst auf den entsprechenden Dampfdruck reduziert werden. Hierzu ist zwischen dem Dampferzeuger 1 und der Injektionsrohrleitung 2 eine Dampfturbine 5 angeordnet. Die Dampfturbine 5 ist mit einem Generator G2 verbunden, wel¬ cher zur Stromerzeugung dient. Der erzeugte Strom kann direkt für die Anlage verwendet werden oder in ein elektrisches Netz eingespeist werden. Die Dampfturbine 5 ist derart ausgelegt und/oder geregelt, dass der Dampf, welcher vom Dampferzeuger 1 in die Turbine 5 eingeleitet wird, nur soweit entspannt wird, dass er im Wesentlichen dem Gesteinsdruck innerhalb der Lagerstätte entspricht. Durch die Verwendung der Dampfturbine 5 zur Druckreduzierung des Dampfes werden gegenüber dem bislang verwendeten Drosselventilen bzw. Drosseln eine Energie- rückgewinnung und damit ein deutlich effizienterer Betrieb ermöglicht .
Die Wärmeenergie für den Dampferzeuger 1 wird durch das Abgas einer Gastrubine 6 bereitgestellt. Die Gasturbine 6 ist mit einem weiteren Generator 1 zur Stromerzeugung verbunden. Der erzeugte Strom kann wiederum direkt für die elektrischen Verbraucher der Anlage verwendet oder in ein elektrisches Netz eingespeist werden. Da die Produktionsstätten für Ölsand häufig in Gegenden liegen, die keiner Stromversorgung zugänglich sind, wird der Strom allerdings in der Regel direkt für die Anlage verwendet werden. Die Wärmeenergie des Abgases wird mittels eines Wärmetauschers an das Wasser bzw. dem Dampf im Dampferzeuger 1 abgegeben. Dabei strömt das heiße Abgas vorzugsweise im Gegenstrom zum Wasser/Dampf. Alternativ kann die Dampferzeugung auch durch direkte Befeuerung des Kessels erfolgen.
Nachfolgend wird kurz das Verfahren zur Gewinnung von Bitumen aus Ölsanden mittels der beschriebenen Vorrichtung erläutert. Bei dem Verfahren wird zunächst in dem Dampferzeuger 1 Dampf erzeugt. Hierzu wird die Wärmeenergie des Abgases der Dampf¬ turbine 6 über einen Wärmetauscher dem Dampferzeuger 1 zuge- führt. Im Dampferzeuger 1 wird das Wasser verdampft und der heiße Dampf zunächst der Dampfturbine 5 zugeführt. Vor der Dampfturbine ist vorteilhafter Weise ein Zyklonenabscheider oder ähnliches eingebaut, wodurch das Wasser und Verunreinigungen aus dem Dampf abgeschieden werden. Hierdurch wird der Dampf trocken gesättigt, überhitzt. In der Dampfturbine 5 entspannt sich der Dampfdruck, wobei die Dampfturbine 5 über einen Generator G2 elektrischen Strom erzeugt. Der entspannte Dampf, der einen Dampfdruck aufweist, der in etwa dem Gesteinsdruck in der Lagerstätte 7 aufweist, wird über die In- j ektionsrohrleitung 2 in die Lagerstätte 7 eingeleitet. Der heiße Dampf bewirkt dabei eine Aufspaltung der langkettigen Kohlenwasserstoffe des hochviskosen Bitumens im Ölsand. Dabei entsteht eine Bitumen-Wasser-Emulsion, die aufgrund der Schwerkraft nach unten sickert. Die Bitumen-Wasser-Emulsion kann anschließend über die Produktionsrohrleitung 3 an die Erdoberfläche gefördert werden. Hierzu wird eine in Figur 1 nicht dargestellte Anhebeölpumpe verwendet. Die Bitumen- Wasser-Emulsion gelangt von dort an eine Aufbereitungsanlage 9. In dieser wird zum einen das Bitumen vom Wasser getrennt und anschließend das Bitumen zu Rohöl weiterverarbeitet. Das Wasser wird über eine entsprechende Leitung 10 zurück zum Verdampfer 1 geführt und kann dort erneut verdampft werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren zur Gewinnung von kohlenstoffhaltigen Substanzen, insbesondere Bitumen aus Ölsand zeichnet sich dadurch aus, dass im Anschluss an den Dampferzeuger überschüssige Druck- energie des Dampfes in einer Dampfturbine entspannt wird und die Dampfturbine über einen Generator zusätzliche elektrische Energie erzeugt, welche insbesondere für die Vorrichtung ge¬ nutzt werden kann. Hierdurch wird eine Wirkungsgraderhöhung und damit ein wirtschaftlicherer Betrieb der Vorrichtung er- möglicht.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Gewinnung von kohlenstoffhaltigen Substanzen, insbesondere Bitumen, aus Ölsanden, umfassend wenigstens einen Dampferzeuger (1), einer Injektions¬ rohrleitung (2) sowie einer Produktionsrohrleitung (3), wobei über die Injektionsrohrleitung (2) Dampf in den Ölsand (4) einleitbar ist und über die Produktionslei¬ tung die kohlenstoffhaltigen Substanzen aus dem Ölsand (4) abführbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen Dampferzeuger (1) und der Injektionsrohrleitung (2) wenigstens eine Dampfturbine (5) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Dampferzeugung (1) mittels Wärmetauscher erfolgt, wobei heißes Abgas einer Wärmekraftmaschine (6), insbe¬ sondere einer Gasturbine oder ein direkt befeuerter Kes- sei, zur Dampferzeugung genutzt werden.
3. Verfahren zur Gewinnung von kohlenstoffhaltigen Substanzen, insbesondere Bitumen, aus Ölsanden mittels einer Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
umfassend die folgenden Verfahrensschritte:
Erzeugen von Dampf im Dampferzeuger (1);
Zuführen des Dampfes zur Dampfturbine (5) ; Entspannen des Dampfes in der Dampfturbine (5) auf einen Dampfdruck der kleiner oder gleich dem Ge- Steinsdruck ist;
Einleiten des Dampfes über die Injektionsrohrlei¬ tung (2) in den Ölsand (4) ;
Erwärmen des Ölsandes (4) mittels des Dampfes und aufspalten der langkettigen Kohlenwasserstoffe der kohlenstoffhaltigen Substanzen;
Abführen der kohlenstoffhaltigen Substanzen über die Produktionsleitung (3) .
PCT/EP2012/075687 2012-01-04 2012-12-17 Vorrichtung und verfahren zur gewinnung von kohlenstoffhaltigen substanzen aus ölsanden WO2013102544A2 (de)

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