Способ газификации углеводородов для получения водорода и синтез-газа



Способ газификации углеводородов для получения водорода и синтез-газа

 


Владельцы патента RU 2423608:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") (RU)

Изобретение относится к экологически безопасным технологиям разработки месторождений и добычи углеводородов, в частности трудноизвлекаемых и нерентабельных залежей угля, сланцев, нефти и газового конденсата. Техническим результатом является повышение эффективности проведения подземной газификации углеводородов. Способ газификации углеводородов включает формирование в пласте залегания углеводородов подземного газогенератора и подачу воды и электроэнергии в газогенератор. При этом осуществляют электролиз воды при давлении в диапазоне от 0,1 до 23±2 МПа и температуре в диапазоне 600 до 1750 K и отвод из газогенератора продуктов газификации: водорода, окиси углерода, метана и твердых частиц углерода. 1 ил.

 

Изобретение относится к экологически безопасным технологиям разработки месторождений и добычи углеводородов, в частности трудноизвлекаемых и нерентабельных залежей угля, сланцев, нефти и газового конденсата.

Стремительный рост добычи и потребления углеводородов в мире породил ряд серьезных проблем, способных повлиять на будущее землян. Действительно:

- из сельхозоборота выводится значительное количество земель под шахты и карьеры;

- быстро сокращаются запасы нефти и газа;

- в недрах остается значительное количество неизвлекаемых запасов угля, сланцев, тяжелых фракций нефти и газового конденсата;

- сжигание углеводородов для получения электроэнергии на транспорте и в быту приводит к загрязнению окружающей среды огромными выбросами сажи и парниковых газов.

С другой стороны, уровень современных технологий позволяет уже в настоящее время существенно повысить эффективность разработки и использования углеводородов. Суть предлагаемой технологии сводится к организации процессов:

а) подземной газификации углеводородов (ПГУ) без подачи воздуха в зону горения;

б) окисления углеводородов продуктами электролиза воды;

в) раздельного использования продуктов газификации углеводородов, а именно: водорода в качестве топлива для водородной энергетики, а углерода - преимущественно в качестве строительного элемента перспективных композиционных материалов.

Известны способы подземной газификации угля и электрохимического крекинга тяжелых нефтепродуктов (см. патент RU №2333932, МПК C10G 15/08; Крейнин Е.В., Стрельцов Г.С., Сущенкова Б.Ю. Подземная газификация угля как дополнительный источник получения газообразного топлива // Газовая промышленность. - 2008. - С.30-33; Уилсон К.Л. Уголь - «Мост в будущее», Недра, 1985; Нурсултанов О.С., Полак Л.С., Попов В.Т. Экспериментальные и теоретические исследования неравновесных физико-химических процессов, III. - М.: АН СССР, ИНСХ, 1974. - С.521-534).

Недостатком известных способов является отсутствие комплексного подхода к разработке углеводородов и использованию продуктов их подземной газификации, что снижает эффективность и экологическую безопасность разработки месторождений и добычи углеводородов.

Наиболее близким из известных технических решений является способ газификации угля для получения водорода и синтез-газа (см. патент RU №2354820, МПК E21B 43/295, C01B 3/00, 2007), включающий вскрытие буровыми скважинами залежей углеводородов, формирование и розжиг подземного газогенератора, подачу в зону горения суспензии порошкообразного алюминия в водной среде под давлением, контроль за основными технологическими и гидрологическими параметрами, их регулирование и отвод из газогенератора исходящих газов.

Недостатком известного способа являются дополнительные затраты на подготовку суспензии из порошкообразного алюминия.

Задачей данного изобретения является снижение затрат и повышение эффективности проведения подземной газификации углеводородов.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении температуры и теплотворной способности исходящих газов.

Решение задачи и технический результат достигаются тем, что в способе газификации угля для получения водорода и синтез-газа, основанном на вскрытии буровыми скважинами залежей углеводородов, формировании и розжиге подземного газогенератора, контроле за основными технологическими и гидрологическими параметрами, их регулировании и отводе из газогенератора исходящих газов, в газогенератор подают воду и электроэнергию, осуществляют электролиз воды при давлении в диапазоне от 0,1 до 23±1 МПа и поддерживают температуру в диапазоне от 600 до 1750 K.

Принципиальная схема подземного газогенератора для реализации предлагаемого способа газификации углеводородов для получения водорода и синтез-газа показана на чертеже.

Здесь скважинами 1, 2, 3 в пласте 4 формируют подземный газогенератор для газификации углеводородов. В зону горения 5 вводят электролизер 6 с кабелем электропитания, датчиками и устройствами контроля за технологическими и гидрологическими параметрами. После розжига подземного газогенератора в зону горения 5 подают воду и продукты гидролиза воды: кислород и водород. С помощью блока управления 7 в зоне горения 5 поддерживают давление в диапазоне от 0,1 до 23±2 МПа и температуру в диапазоне от 600 до 1750 K. Продукты газификации углеводородов по скважинам и продуктопроводу 8 направляют для дальнейшей переработки и использования. Состав исходящих газов следующий: H2 (~60%), CO (~20%), CH4 (~10%), C (~5%).

Таким образом, в подземном газогенераторе организуют окисление углеводородов с помощью кислорода, полученного при электролизе воды. Электролиз воды при высоком давлении и температуре (условия сверхкритического состояния воды) обеспечивает также прямое окисление углерода водой по реакции , а присутствие продуктов электролиза воды еще и усиливает этот процесс за счет электрокатализа.

Определяющие реакции процесса газификации следующие:

В предлагаемом способе газификации нет необходимости подавать воздух в зону горения пласта, что полностью устраняет присутствие в продуктах газификации вредных соединений азота NOx и значительно повышает теплотворную способность исходящих газов. Этому также способствует подвод электроэнергии для электролиза. В целом температура в зоне горения существенно повышается и окисление углерода при дефиците O2 и избытке H2 идет с образованием CO и CH4. Высокое (до 60%) содержание H2, отсутствие вредных соединений азота NOx и высокая теплотворная способность продуктов газификации позволяют использовать их в технологических процессах получения электроэнергии с помощью топливных элементов и углеродных наноматериалов без дополнительных затрат.

Заявленное изобретение положено в основу проекта на открытый конкурс Роснауки на право заключения с Федеральным агентством по науке и инновациям государственного контракта на проведение НИР в области экологически безопасных разработок месторождений и добычи природных ископаемых (лот 10, шифр 2010-1.1-224-041).

Способ газификации углеводородов для получения водорода и синтез-газа, заключающийся во вскрытии буровыми скважинами залежей углеводородов, формировании и розжиге подземного газогенератора, контроле за основными технологическими и гидрологическими параметрами, их регулировании и отводе из газогенератора исходящих газов, отличающийся тем, что в газогенератор подают воду и электроэнергию, осуществляют электролиз воды при давлении в диапазоне от 0,1 до 23±2 МПа и поддерживают температуру в диапазоне от 600 до 1750°К.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к экологически безопасным технологиям добычи углеводородов и раздельного использования продуктов их подземной газификации, в частности водорода для получения электроэнергии, а углерода для углеродных наноматериалов.

Изобретение относится к угледобывающей промышленности и может быть использовано при геотехнологических разработках маломощных угольных пластов посредством их подземной газификации с получением и выведением на поверхность энергетического газа.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к подземной газификации мощных угольных пластов. .

Изобретение относится к угледобывающей промышленности и может быть использовано при подземной газификации для получения молекулярного водорода. .

Изобретение относится к горному делу, в частности к комплексному освоению угольных месторождений при подземной газификации угля, и может быть использовано для получения продуктов подземной газификации угля, теплоносителя с заданными параметрами и для попутной добычи мышьяка.

Изобретение относится к горному делу, а именно к подземной газификации угольных месторождений на месте залегания. .

Изобретение относится к области термической переработки горючих сланцев. .

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к способам подземной газификации. .

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к способу подземной газификации. .

Изобретение относится к горному делу, а именно к способу подземной газификации. .

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для подземной газификации целиков угля, оставшихся после применения технологии глубокой разработки угольных пластов

Изобретение относится к горному делу и к переработке бытовых и (или) промышленных отходов, в частности к разработке крутых и крутонаклонных угольных пластов по технологии подземной газификации, и утилизации изношенных автомобильных шин

Изобретение относится к горному делу и может быть применено при разработке месторождений каменных и бурых углей путем подземной газификации и направлено на улучшение экологических показателей процесса подготовки энергетического газа

Изобретение относится к области горного дела и может быть применено в технологии подземной газификации угля (ПГУ)

Изобретение относится к области горного дела, а конкретнее к области подземной газификации угля - ПГУ и производству на ее основе водорода

Изобретение относится к горному делу, в частности, к способам подземной газификации твердых ископаемых топлив и может быть использовано для получения газообразного энергоносителя (горючего газа) из угля или сланца на месте залегания

Изобретение относится к способам подземной газификации угольных пластов путем превращения угольной массы на месте ее залегания в горючий газ, который может использоваться в различных энергетических установках

Способ относится к области горной промышленности, в частности к угольной, и может быть использован при отработке склонных к самовозгоранию угольных пластов. Техническим результатом является повышение безопасности ведения горных работ при отработке склонных к самовозгоранию угольных пластов. В способе при отработке склонного к самовозгоранию угольного пласта, включающем подготовку выемочного участка парными выработками, проветривание выработок очистного участка за счет общешахтной депрессии и отвод шахтного метана из источника выделения, отвод метана осуществляют сначала через пробуренные на сближенные пласты дегазационные скважины с возможностью исключения подсосов воздуха из призабойного пространства действующего очистного забоя. Затем после сдвижения пород основной кровли отрабатываемого пласта отвод метана осуществляют через оставшуюся часть длины скважины при режимах, исключающих подсосы воздуха из призабойного пространства лавы. При этом интенсивно выделяющийся из разгружаемых от горного давления зон отрабатываемого пласта вблизи забоя лавы метан отводят в дегазационную вакуумную сеть выемочного участка через пробуренные ориентированно на очистной забой пластовые скважины с концентрацией метана, пригодного для утилизации. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области горного дела и может быть применено при подземной газификации угля. Способ заключается в том, что выделенный в поверхностном химическом комплексе СО2 делят на два потока: первый из них нагнетают в дутьевые скважины эксплуатируемого подземного газогенератора и инициируют в зонах газификации эндотермическую химическую реакцию СО2+С=2СО-q, обогащая при этом газ ПГУ горючим компонентом СО; второй поток СО2 нагнетают в отработанный подземный газогенератор. При этом количество нагнетаемого в эксплуатируемый подземный газогенератор СО2 определяют в зависимости от температурного уровня в окислительной зоне газификации и состава газа, отводимого из соседней скважины. Золошлаковую массу отработанного газогенератора пропитывают водным раствором гашеной извести [Са(ОН)2], для чего нагнетают его в скважины отработанного газогенератора до стабилизации концентрации этого раствора путем периодического отбора его проб и их химического анализа. После стабилизации концентрации гашеной извести в анализируемых пробах начинают нагнетать в скважины отработанного газогенератора второй поток СО2 с целью его химической сорбции. Нагнетание СО2 в отработанный газогенератор прекращают после возрастания его концентрации в периодически отбираемых из скважин пробах до 90%. Технический результат заключается в полной утилизации образующегося при ПГУ СО2. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к тепловым методам разработки трудноизвлекаемых тяжелых углеводородных залежей путем их нагрева. Обеспечивает создание огневой технологии воздействия на залежь тяжелых углеводородов для создания коллекторов повышенной дренирующей способности. Сущность изобретения: способ заключается в огневом воздействии на месторождение через систему поверхностных скважин путем воспламенения углеводородного сырья на вскрытом их забое, нагнетании воздуха высокого давления в залежь, создании в ней зон горения углеводородного сырья и активном прогреве залежи высокомолекулярного сырья, а следовательно, существенном снижении его вязкости и доступности извлечения через добычные скважины. Согласно изобретению на залежь высокомолекулярного сырья бурят с поверхности вертикальные скважины, центральную из которых оборудуют для розжига углеводородного сырья, а периферийные, удаленные от центральной на заранее выбранные расстояния, оборудуют для нагнетания воздуха высокого давления. При этом благодаря противоточному перемещению очага горения от центральной добычной скважины к периферийным нагнетательным скважинам образуют искусственные коллекторы повышенной дренирующей способности. Постоянно контролируют состав смеси, извлекаемой из центральной добычной скважины и при обнаружении в ней свободного кислорода в количестве более 1% об. выявляют источник его возникновения путем поочередного отключения периферийных вертикальных нагнетательных скважин. Снижают расход нагнетаемого воздуха в скважину - источник проскока кислорода. 3 з.п. ф-лы, 1 пр., 2 ил.
Наверх