Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs
Изобретение относится к способу использования внутренней энергии содержащего газ водного раствора из существующих или новых месторождений сырой нефти и/или природного газа. В частности, такие месторождения включают водоносные горизонты, а также залежи сырой нефти и природного газа, частично разработанные традиционными способами добычи сырой нефти и природного газа и стабилизированные закачиванием воды, в частности закачиванием минерализованной воды. В рамках настоящего изобретения все эти залежи для простоты будут называться водоносными горизонтами, и все жидкости, извлекаемые из водоносного горизонта, будут называться текучими средами водоносного горизонта. Текучая среда водоносного горизонта согласно настоящему изобретению является в большей или меньшей степени содержащей соли или минералы водой (далее называемой геотермальная вода или геотермальная горячая вода, или термальная вода), смешанной с газом и, возможно, сырой нефтью, и нагретой за счет геотермальной энергии. В способе согласно изобретению используется внутренняя энергия текучей среды водоносного горизонта в замкнутой системе. Другим объектом настоящего изобретения является гибридная геотермальная электростанция для использования внутренней энергии геотермальной воды, смешанной с газом и, необязательно, сырой нефтью из водоносного горизонта, в замкнутой системе, а также способ модернизации существующих геотермальных электростанций для лучшей утилизации энергии текучей среды водоносного горизонта.The invention relates to a method for using the internal energy of a gas-containing aqueous solution from existing or new deposits of crude oil and/or natural gas. In particular, such deposits include aquifers as well as crude oil and natural gas reservoirs partially developed by conventional crude oil and natural gas extraction methods and stabilized by water injection, in particular saline water injection. For purposes of the present invention, all of these deposits will be referred to as aquifers for simplicity, and all fluids extracted from an aquifer will be referred to as aquifer fluids. The aquifer fluid of the present invention is more or less salt or mineral water (hereinafter referred to as geothermal water or geothermal hot water or thermal water) mixed with gas and possibly crude oil and heated by geothermal energy. The method according to the invention uses the internal energy of the aquifer fluid in a closed system. Another object of the present invention is a hybrid geothermal power plant for using the internal energy of geothermal water mixed with gas and optionally crude oil from an aquifer in a closed system, as well as a method for upgrading existing geothermal power plants to better utilize the energy of the aquifer fluid.
Уровень техникиState of the art
Тепловая энергия геотермальной горячей воды или горячего рассола из водоносных горизонтов используется уже давно. Подземные слои водоносных проницаемых горных пород, известные как водоносные горизонты, находятся на разной глубине в земной коре в различных геологических формациях. Кроме термальной воды, водоносные горизонты часто также содержат залежи газа. Из-за высокого давления на этих глубинах газ растворен в термальной воде, и такой раствор в настоящем описании называется текучей средой водоносного горизонта. Газы, растворенные в термальной воде, как правило, являются горючими газами, самостоятельное энергетическое и химическое использование которых не является выгодным с экономической точки зрения. Газы, растворенные в термальной воде, включают метан и другие газообразные углеводороды, водород и/или монооксид углерода, а также негорючие компоненты, такие как водяной пар и/или углекислый газ. После добычи текучей среды водоносного горизонта газ расширяется, вытесняется из раствора, и его нужно стравливать или сжигать на факеле, что вызывает эмиссию парниковых газов, за исключением тех случаев, когда газ утилизируется.The thermal energy of geothermal hot water or hot brine from aquifers has been used for a long time. Underground layers of aquiferous permeable rocks, known as aquifers, are found at various depths in the earth's crust in various geological formations. In addition to thermal water, aquifers often also contain gas deposits. Due to the high pressure at these depths, the gas is dissolved in the thermal water, and such a solution is referred to herein as an aquifer fluid. Gases dissolved in thermal water, as a rule, are combustible gases, the independent energy and chemical use of which is not economically beneficial. Gases dissolved in thermal water include methane and other gaseous hydrocarbons, hydrogen and/or carbon monoxide, as well as non-combustible components such as water vapor and/or carbon dioxide. Once the aquifer fluid is extracted, the gas expands, is forced out of solution, and must be vented or flared, causing greenhouse gas emissions, unless the gas is recovered.
С помощью современной технологии бурения скважин могут быть разработаны глубокие водоносные горизонты, благодаря этому текучая среда водоносного горизонта с исходной температурой более 60°С может быть добыта с глубины до нескольких километров. Кроме использования для отопления зданий термальная вода также используется для выработки электроэнергии. После утилизации теплоты охлажденную термальную воду рециркулируют в водоносный горизонт с помощью устройства рециркуляции.With modern well drilling technology, deep aquifers can be mined, whereby aquifer fluid with an initial temperature of more than 60° C. can be mined from a depth of several kilometers. In addition to being used for heating buildings, thermal water is also used to generate electricity. After heat recovery, the cooled thermal water is recirculated to the aquifer using a recirculation device.
Как можно видеть, например, из работы Improved utilization of low temp thermal water rich in hydrocarbon gases, Basic et al, GHC Bulletin, Summer 1990, в прошлом текучая среда водоносного горизонта, содержащая растворенный газ, предварительно очищалась перед утилизацией тепловой энергии. При этом метан выделяли из текучей среды водоносного горизонта с помощью устройства газовой сепарации. Энергию термальной воды использовали в устройстве для утилизации тепловой энергии, и энергию отделенного метана утилизировали с помощью последующего процесса сжигания. Этот процесс сжигания, с одной стороны, включает сжигание отделенного метана в газовом двигателе с подключенным к нему генератором для выработки электроэнергии, с другой стороны, - утилизацию тепловой энергии, полученной путем прямого сжигания метана, для дополнительного нагрева полученной термальной воды. После утилизации энергии термальной воды и метана охлажденную термальную воду обратно закачивали в водоносный горизонт, при этом энергию, необходимую для обратной закачки, получали за счет сжигания метана. В данном способе энергия, содержащаяся в текучей среде водоносного горизонта, используется хорошо, но не оптимально.As can be seen, for example, from Improved utilization of low temp thermal water rich in hydrocarbon gases, Basic et al, GHC Bulletin, Summer 1990, in the past, aquifer fluid containing dissolved gas was pretreated prior to thermal energy utilization. In this case, methane was separated from the aquifer fluid using a gas separation device. The energy of the thermal water was used in a thermal energy recovery device, and the energy of the separated methane was recovered by a subsequent combustion process. This combustion process, on the one hand, involves the combustion of the separated methane in a gas engine with a generator connected to it to generate electricity, on the other hand, the utilization of thermal energy obtained by direct combustion of methane for additional heating of the resulting thermal water. After the thermal water and methane energy was recovered, the cooled thermal water was reinjected into the aquifer, with the energy needed for the reinjection being obtained by burning the methane. In this method, the energy contained in the aquifer fluid is used well, but not optimally.
Сжигание метана согласно Basic приводит к образованию топочных газов, благодаря этому, в иных случаях экологически безопасное использование внутренней энергии текучей среды водоносного горизонта, из-за выбросов топочных газов приводит к загрязнению окружающей среды, аналогичному сбросу на факел.Combustion of methane according to Basic results in the formation of flue gases, due to which, in other cases, the environmentally friendly use of the internal energy of the aquifer fluid, due to emissions of flue gases, leads to environmental pollution similar to flaring.
Кроме того, на сегодняшний день многие залежи сырой нефти уже отработаны, и все еще существующие запасы сырой нефти могут быть добыты только с большими усилиями, что делает востребованным (экономически) эффективный способ добычи. Эти залежи активно заводняются, таким образом, они являются подходящими водоносными горизонтами в смысле настоящего изобретения.In addition, today many crude oil deposits have been exhausted, and still existing crude oil reserves can only be extracted with great effort, which makes a (economically) efficient method of extraction in demand. These deposits are actively flooded, thus they are suitable aquifers in the sense of the present invention.
Благодаря способу добычи, использующему закачку воды, не только в значительной степени отработанные, но и совсем новые залежи сырой нефти являются подходящими водоносными горизонтами.Due to the water injection method of production, not only largely depleted but also completely new crude oil deposits are suitable aquifers.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention
Задача, решаемая настоящим изобретением, заключается в оптимизации использования внутренней энергии геотермальной горячей воды, смешанной с газом и, необязательно, сырой нефтью, при которойThe problem solved by the present invention is to optimize the use of the internal energy of geothermal hot water mixed with gas and, optionally, crude oil, in which
- 1 040401 достигаются экологически безвредная, без выбросов СО2, утилизация текучей среды водоносного горизонта и экологически чистое получение электрической и тепловой энергии. В рамках настоящего изобретения замкнутая система означает способ, в котором почти не образуются выбросы, однако, при этом газ и, необязательно, сырую нефть удаляют (и, как вариант, используют где-либо еще) и СО2 (необязательно также из других антропогенных источников) рециркулируют.- 1 040401 environmentally friendly, without CO2 emissions, utilization of the fluid medium of the aquifer and environmentally friendly production of electrical and thermal energy are achieved. In the context of the present invention, a closed system means a process in which almost no emissions are generated, however, gas and optionally crude oil are removed (and optionally used elsewhere) and CO2 (optionally also from other anthropogenic sources) recycle.
В тех случаях, когда природный газ и сырая нефть рассматриваются вместе, и когда отсутствует разница в употреблении терминов природный газ или сырая нефть, - далее будет использоваться термин углеводороды.Where natural gas and crude oil are considered together, and where there is no difference in the use of the terms natural gas or crude oil, the term hydrocarbons will be used in the following.
Способ использования внутренней энергии текучей среды водоносного горизонта, содержащего геотермальную горячую воду, смешанную с природным газом (ниже также называется просто газ) и, необязательно, сырой нефтью, характеризуется следующими этапами:The method of using the internal energy of an aquifer fluid containing geothermal hot water mixed with natural gas (also referred to as simply gas below) and optionally crude oil is characterized by the following steps:
добыча текучей среды из водоносного горизонта с помощью отводящего оборудования, отделение газа путем дегазации текучей среды водоносного горизонта в устройстве газовой сепарации, с образованием дегазированной термальной воды, необязательное отделение сырой нефти в устройстве для сепарации нефти с образованием дегазированной и не содержащей нефти термальной воды, утилизация тепловой энергии дегазированной термальной воды по меньшей мере в одном теплообменнике для нагревания по меньшей мере одного циркулирующего теплоносителя или для опреснения минерализованной воды, например морской воды, а также осуществление по меньшей мере одного процесса сжигания отделенных углеводородов в присутствии воздуха по меньшей мере в одном устройстве сжигания и использование внутренней энергии углеводородов для работы по меньшей мере одного генератора, удаление нежелательных веществ из топочного (отработавшего) газа с помощью устройства для очистки топочного газа, включающего газовый скруббер, в частности аминовое скрубберное оборудование, для удаления CO2 из охлажденных топочных газов, и обратная закачка CO2 и охлажденной термальной воды в водоносный горизонт.extraction of fluid from the aquifer by means of diverting equipment, gas separation by degassing the aquifer fluid in the gas separation device to form degassed thermal water, optionally separating crude oil in the oil separation device to form degassed and oil-free thermal water, disposal thermal energy of degassed thermal water in at least one heat exchanger for heating at least one circulating heat carrier or for desalination of mineralized water, such as sea water, as well as the implementation of at least one combustion process of separated hydrocarbons in the presence of air in at least one combustion device and using the internal energy of hydrocarbons to operate at least one generator, removing unwanted substances from the flue (exhaust) gas using a flue gas cleaning device, including a gas scrubber, in particular amine scrubber equipment to remove CO2 from cooled flue gases, and reinject CO2 and cooled thermal water into the aquifer.
Обратная закачка CO2 и термальной воды могут осуществляться или раздельно (после перевода CO2в сверхкритическое состояние) или после подачи CO2 в охлажденную термальную воду.The reinjection of CO2 and thermal water can be carried out either separately (after CO2 has been brought to a supercritical state) or after CO2 has been injected into the cooled thermal water.
В зависимости от сепаратора отделение газа и сырой нефти может осуществляться в одном и том же сепараторе, однако в настоящем изобретении два отдельных сепаратора являются предпочтительными.Depending on the separator, the separation of gas and crude oil may be carried out in the same separator, however, in the present invention, two separate separators are preferred.
В случае водоносных горизонтов, находящихся в условиях очень высокого давления, перед подачей текучей среды водоносного горизонта по меньшей мере в один сепаратор, целесообразно или нужно осуществлять сброс давления до такой степени, чтобы после этого текучая среда была в условиях избыточного давления, предусмотренного для системы. Это можно осуществить выше по потоку от сепаратора, пропуская текучую среду водоносного горизонта через устройство для выработки электроэнергии. Подходящими устройствами являются турбины, соединенные с генератором, или реверсивные компрессоры.In the case of aquifers under very high pressure conditions, before supplying the aquifer fluid to at least one separator, it is advisable or necessary to depressurize to such an extent that the fluid is then at the overpressure conditions intended for the system. This can be done upstream of the separator by passing the aquifer fluid through the power generation device. Suitable devices are turbines coupled to a generator or reversible compressors.
В случае водоносных горизонтов, текучая среда которых содержит как газ, так и сырую нефть, сырая нефть может удаляться со станции и направляться для других применений или, - что может быть особенно целесообразно в случае малых количеств сырой нефти, - может непосредственно сжигаться на станции и использоваться аналогично газу.In the case of aquifers whose fluid contains both gas and crude oil, the crude oil may be removed from the plant and sent to other uses, or - which may be particularly advantageous in the case of small quantities of crude oil - may be directly burned at the station and used in the same way as gas.
Очистка топочного газа может, например, быть оптимизирована тем, что перед устройством сжигания предусмотрено смесительное устройство для смешивания газа и, необязательно, сырой нефти с воздухом для горения, при этом коэффициент смешивания в смесительном устройстве регулируется с помощью лямбда-зонда, помещенного в дымовой поток, а также необязательно может быть предусмотрено предварительное нагревание смеси газ-(нефть)-воздух до ее подачи в устройство сжигания. Альтернативная или дополнительная возможность оптимизировать состав топочного газа заключается в использовании устройства очистки топочного газа, в частности катализатора, который находится ниже по потоку от устройства сжигания и выше по потоку от газового скруббера. Однако в большинстве случаев, оказывается достаточно, соответственно, очистки топочного газа или отделения CO2 с помощью газового скруббера.Flue gas cleaning can, for example, be optimized by providing a mixing device upstream of the combustion device for mixing the gas and optionally crude oil with the combustion air, the mixing ratio in the mixing device being controlled by means of a lambda probe placed in the flue stream. and optionally, the gas-(oil)-air mixture may be preheated before it is fed into the combustion device. An alternative or additional possibility to optimize the composition of the flue gas is to use a flue gas cleaning device, in particular a catalyst, which is located downstream of the combustion device and upstream of the gas scrubber. However, in most cases it is sufficient, respectively, to clean the flue gas or to separate the CO2 with a gas scrubber.
При использовании газа наряду с нефтью также возможно и в зависимости от состава нефти может быть даже предпочтительнее сжигать газ и нефть в разных устройствах сжигания. Это может быть целесообразно, например, если другое (каталитическое) устройство очистки топочного газа должно быть предусмотрено после устройства сжигания нефти, а не после устройства сжигания газа.When using gas along with oil, it is also possible, and depending on the composition of the oil, it may even be preferable to burn gas and oil in different combustion devices. This can be expedient, for example, if another (catalytic) flue gas cleaning device is to be provided after the oil combustion device and not after the gas combustion device.
В качестве альтернативы или дополнительно очистка сырой нефти может быть предусмотрена перед сжиганием, благодаря чему вещества, которые могут оказывать влияние на очистку топочного газа или сжигание, такие как тяжелые металлы, соединения серы и т.д., удаляются перед сжиганием и, соответственно, не осаждаются в устройстве сжигания или не попадают в поток топочного газа. Такие способы известны специалисту в области переработки сырой нефти.Alternatively or additionally, crude oil cleaning can be provided before combustion, whereby substances that may affect flue gas cleaning or combustion, such as heavy metals, sulfur compounds, etc., are removed before combustion and, accordingly, are not are deposited in the combustion device or do not enter the flue gas stream. Such methods are known to those skilled in the art of crude oil refining.
С помощью настоящего способа обеспечивается производство электроэнергии и утилизация теплаWith the help of this method, the production of electricity and heat recovery is ensured.
- 2 040401 местных ископаемых залежей текучих сред водоносного горизонта, без выброса топочных газов.- 2 040401 local fossil deposits of aquifer fluids, without flue gas emissions.
Другой задачей настоящего изобретения является геотермальная электростанция для использования внутренней энергии геотермальной горячей воды, смешанной с горючими газами и, необязательно, сырой нефтью из водоносного горизонта, в замкнутой системе, включающая в себя: по меньшей мере одно отводящее оборудование для текучей среды водоносного горизонта; газовый и необязательно нефтяной сепаратор для разделения текучей среды водоносного горизонта на термальную воду, газ и, необязательно, сырую нефть; по меньшей мере один теплообменник для утилизации тепловой энергии, содержащейся в термальной воде, для нагревания циркулирующего теплоносителя или в опреснительной установке; устройство сжигания для отделенного газа и, необязательно, устройство сжигания для нефти, вместе с по меньшей мере одним генератором для выработки электроэнергии, соединенным с каждым устройством сжигания; газовый скруббер для отделения CO2, в частности аминовый скруббер, расположенный в потоке топочного газа после устройств для утилизации его тепла; подводящая линия/трубопровод для подачи CO2, полученного после очистки газа, в рециркуляционную линию/трубопровод для термальной воды, выходящей из по меньшей мере одного теплообменника, или линия/трубопровод непосредственно в по меньшей мере одно рециркуляционное оборудование для обратной закачки углекислого газа и охлажденной термальной воды через скважину обратной закачки в водоносный горизонт.Another object of the present invention is a geothermal power plant for harnessing the internal energy of geothermal hot water mixed with combustible gases and optionally crude oil from an aquifer in a closed system, including: at least one aquifer fluid diversion equipment; a gas and optionally oil separator for separating the aquifer fluid into thermal water, gas, and optionally crude oil; at least one heat exchanger for utilizing thermal energy contained in thermal water for heating a circulating heat carrier or in a desalination plant; an incinerator for the separated gas and optionally an incinerator for oil, together with at least one generator for generating electricity connected to each incinerator; a gas scrubber for separating CO2, in particular an amine scrubber located in the flue gas stream downstream of the flue gas heat recovery devices; inlet line/pipeline for supplying CO2 obtained after gas treatment to a recirculation line/pipeline for thermal water leaving at least one heat exchanger, or a line/pipeline directly to at least one recirculation equipment for re-injection of carbon dioxide and cooled thermal water through a reinjection well into an aquifer.
Обратная закачка CO2 может быть выполнена двумя способами.CO2 re-injection can be done in two ways.
Когда термальная вода в достаточной степени охлаждена, CO2 может быть сжат и затем закачан под давлением в рециркуляционную линию/трубопровод для термальной воды, которая выходит из по меньшей мере одного теплообменника, и обратно закачан в водоносный горизонт посредством рециркуляционного оборудования вместе с водой. Этот способ особенно подходит, если тепловая энергия водоносного горизонта использовалась очень интенсивно, т.е. термальная вода была охлаждена до температуры менее 35°С и особенно предпочтительно до примерно 27°С или менее.When the thermal water is sufficiently cooled, CO2 can be compressed and then pumped under pressure into a thermal water recirculation line/pipeline that exits at least one heat exchanger and is re-injected into the aquifer via the recirculation equipment along with the water. This method is particularly suitable if the thermal energy of the aquifer has been used very intensively, i.e. the thermal water has been cooled to a temperature of less than 35°C and particularly preferably to about 27°C or less.
В случае менее интенсивного использования термальной воды, т.е. при температурах выше 27°С, особенно по меньшей мере 35°С, также возможно и предпочтительно сжимать CO2 до достижения им сверхкритического состояния (scCO2) и рециркулировать его в водоносный горизонт отдельно от термальной воды. Эта рециркуляция или обратная закачка осуществляется через реинжекционную скважину до глубин, где давление в водоносном горизонте примерно соответствует давлению scCO2 (как правило, по меньшей мере 73 бар (7,30 МПа)). Это можно осуществить с помощью устьевого оборудования, которое в дополнение к линии обратной закачки для термальной воды содержит линию для scCO2. Такая линия для scCO2 может представлять собой линию, концентрически расположенную внутри линии обратной закачки, например, концентрическую трубу, в частности трубу, изготовленную из хрома или хромового сплава. После растворения CO2 в термальной воде раствор может подаваться еще глубже в водоносный горизонт, например, до глубин 2000-2500 м.In case of less intensive use of thermal water, i.e. at temperatures above 27° C., especially at least 35° C., it is also possible and advantageous to compress CO2 until it reaches the supercritical state (scCO2 ) and recycle it into an aquifer separate from the thermal water. This recirculation or reinjection is carried out through the reinjection well to depths where the pressure in the aquifer approximately corresponds to the scCO2 pressure (typically at least 73 bar (7.30 MPa)). This can be done with wellhead equipment which, in addition to the thermal water re-injection line, contains a line for scCO2 . Such a line for scCO2 may be a line concentrically located inside the injection line, for example, a concentric pipe, in particular a pipe made of chromium or a chromium alloy. After dissolving CO2 in thermal water, the solution can be injected even deeper into the aquifer, for example, to depths of 2000-2500 m.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения гибридная геотермальная электростанция дополнительно включает в себя по меньшей мере одно смесительное устройство для смешивания газов и, необязательно, сырой нефти с воздухом для горения, причем указанное смесительное устройство расположено выше по потоку от по меньшей мере одного устройства сжигания и/или устройства очистки топочного газа, например катализатора, который расположен ниже по потоку от устройства сжигания.In a preferred embodiment of the invention, the hybrid geothermal power plant further includes at least one mixing device for mixing gases and optionally crude oil with combustion air, said mixing device being located upstream of at least one combustion device and/or a flue gas treatment device, such as a catalyst, which is located downstream of the combustion device.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения геотермальная электростанция дополнительно включает в себя по меньшей мере один теплообменник, расположенный в потоке топочного газа после устройства очистки топочного газа.In yet another preferred embodiment of the invention, the geothermal power plant further includes at least one heat exchanger located in the flue gas stream after the flue gas scrubber.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения возможное смешивание CO2 с охлажденной термальной водой осуществляется в оросительном скруббере, в частности в оросительном скруббере, который, по меньшей мере, частично заполнен насадкой, при этом газ присутствует при желаемом высоком давлении и орошается водой до тех пор, пока вода не станет насыщенной CO2.In another preferred embodiment of the invention, the possible mixing of CO2 with chilled thermal water takes place in a spray scrubber, in particular a spray scrubber which is at least partially filled with packing, the gas being present at the desired high pressure and being sprayed with water until until the water becomes saturated with CO2.
Топочный газ, который в установке повышения качества/очистки очищается с помощью аминовой промывки/очистки, обычно имеет два признака, которые являются существенными для отделения CO2: относительно большой объемный поток и относительно низкое содержание CO2. Это означает, что для абсорбции CO2 требуется очень большая величина активной поверхности для реакции топочного газа с амином.The flue gas, which is cleaned by amine washing/cleaning in a quality improvement/purification plant, usually has two features that are essential for CO2 separation: a relatively high volume flow and a relatively low CO2 content. This means that the absorption of CO2 requires a very large active surface for the reaction of the flue gas with the amine.
Активная поверхность - это область, где топочный газ и аминовый промывочный раствор осуществляют массоперенос, т.е. где CO2 химически поглощается промывочным/скрубберным раствором. Эта активная поверхность предпочтительно охватывает более одной, например две, секции структурированной насадки, каждая из которых снабжена средствами сбора и перераспределения текучей среды. Сбор и перераспределение обеспечивают более равномерную концентрацию промывочного раствора во всех областях структурированных насадок.The active surface is the area where the flue gas and the amine wash solution carry out mass transfer, i.e. where CO2 is chemically absorbed by the wash/scrubber solution. This active surface preferably encompasses more than one, for example two, structured packing sections, each of which is provided with means for collecting and redistributing the fluid. Collection and redistribution ensures a more uniform concentration of the wash solution in all areas of the structured nozzles.
Еще один аспект, который следует учитывать, заключается в том, что аминовый промывочный раствор имеет определенную скорость реакции. Это требует точно определенного, достаточно длинного расстояния протекания реакции, которое должно быть определено с учетом температуры и давления. При температуре аминового промывочного раствора, например, примерно 35°С и небольшом избыточном давлении примерно 16 бар (1,60 МПа) предпочтительная высота колонны будет составлять пример- 3 040401 но 30 м. Для обеспечения хорошей абсорбции топочный газ пропускают в противотоке с промывочным раствором. Топочный газ и промывочный/скрубберный раствор должны иметь достаточное время и пространство для реакции, что обеспечивается высотой колонны и активной поверхностью. Для достижения требуемого содержания CO2 менее 1 об.% и высокой эффективности абсорбции в очищаемом топочном газе необходимо оптимизировать описанные выше параметры и обеспечить соответствие с ними.Another aspect to consider is that the amine wash solution has a certain rate of reaction. This requires a well-defined, sufficiently long reaction distance, which must be determined taking temperature and pressure into account. At an amine wash solution temperature of, for example, about 35° C. and a slight overpressure of about 16 bar (1.60 MPa), a preferred column height would be about 30 m. . Flue gas and wash/scrubber solution must have sufficient time and space for the reaction, which is provided by the height of the column and the active surface. In order to achieve the required CO2 content of less than 1% vol. and high absorption efficiency in the flue gas to be cleaned, it is necessary to optimize the parameters described above and ensure compliance with them.
Подходящая промывочная/скрубберная колонна содержит следующие компоненты:A suitable wash/scrubber column contains the following components:
донная часть колонны для сбора обогащенного CO2 промывочного раствора, который отводится из донной части и подается на разложение карбоната аммония, впускные отверстия для жидкости, секции абсорбции и промывки со структурированной насадкой, коллекторы и перераспределители жидкости между промывочными секциями, каплеотбойник, несколько соединений для трубопроводов и измерительных устройств, а также предпочтительно смотровые люки.column bottom to collect the CO2 rich wash solution that is withdrawn from the bottom and fed to the ammonium carbonate decomposition, liquid inlets, absorption and washing sections with structured packing, liquid collectors and redistributors between the washing sections, drift eliminator, several connections for pipelines and measuring devices, as well as preferably inspection hatches.
Таким образом, для указанных выше параметров и промывочной колонны, содержащей две секции абсорбции, минимальная высота конструкции составляет 30 м.Thus, for the above parameters and a wash tower containing two absorption sections, the minimum construction height is 30 m.
Чтобы снизить потери амина в обедненном CO2 газе на выходе из промывочной колонны предпочтительно последующее промывочное устройство устанавливают наверху колонны.In order to reduce the loss of amine in the CO2-depleted gas at the outlet of the wash column, it is preferable that a subsequent wash device is installed at the top of the column.
В этом последующим промывочном устройстве аминосодержащий пар в обедненном CO2 газе охлаждается с помощью теплообменника, в результате чего происходит конденсация аминового парового раствора. Этот раствор преимущественно рециркулируют в систему с помощью каплеотбойника.In this subsequent flushing device, the amine-containing vapor in the CO2-depleted gas is cooled by means of a heat exchanger, whereby the amine vapor solution is condensed. This solution is preferably recycled into the system by means of a mist eliminator.
В результате также минимизируется потеря воды из процесса реакции, что также значительно снижает потребность в воде в процессе промывки.As a result, water loss from the reaction process is also minimized, which also significantly reduces the need for water in the washing process.
Для указанных выше параметров подходящий последующий скруббер имеет высоту примерно 6 м, таким образом, промывочная/скрубберная колонна, включающая последующий скруббер, имеет в результате общую высоту примерно 36 м.For the above parameters, a suitable post-scrubber has a height of about 6 m, thus a wash/scrubber column including a post-scrubber results in a total height of about 36 m.
Еще одной задачей настоящего изобретения является использование специфических газовых сепараторов, необязательно, в сочетании с последующими устройствами для использования тепловой энергии, содержащейся в горячем газе, и/или устройством сжигания с дополнительным оборудованием для обеспечения оптимально чистого сжигания. Такие устройства могут быть приспособлены для модификации существующих установок и оптимизированы для использования в соответствующих способах модификации.Another object of the present invention is the use of specific gas separators, optionally in combination with downstream devices for utilizing the thermal energy contained in the hot gas and/or a combustion device with additional equipment to provide optimally clean combustion. Such devices can be adapted to retrofit existing installations and optimized for use in appropriate retrofit methods.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
Дальнейшие варианты осуществления, преимущества и применения изобретения вытекают из прилагаемой формулы изобретения, а также из приведенного ниже описания со ссылкой на фигуры.Further embodiments, advantages and uses of the invention are derived from the appended claims and also from the following description with reference to the figures.
На фиг. 1 схематично показано изображение геотермальной электростанции, включающей устройства/оборудование, необходимое или очень желательное для осуществления способа согласно изобретению;In FIG. 1 is a schematic representation of a geothermal power plant, including devices/equipment necessary or highly desirable for carrying out the method according to the invention;
на фиг. 2 - изображение геотермальной электростанции, оснащенной дополнительными устройствами/оборудованием для осуществления способа согласно изобретению;in fig. 2 shows a geothermal power plant equipped with additional devices/equipment for carrying out the method according to the invention;
на фиг. 3 - изображение части геотермальной электростанции, показанной на фиг. 1, для способа, включающего добычу сырой нефти;in fig. 3 is a view of part of the geothermal power plant shown in FIG. 1 for a process involving the extraction of crude oil;
на фиг. 4 - изображение части геотермальной электростанции, показанной на фиг. 2, для способа, включающего добычу сырой нефти;in fig. 4 is a view of part of the geothermal power plant shown in FIG. 2 for a process involving the extraction of crude oil;
на фиг. 5 - изображение части геотермальной электростанции, показанной на фиг. 2 и фиг. 4, с раздельным сжиганием природного газа и сырой нефти;in fig. 5 is a view of part of the geothermal power plant shown in FIG. 2 and FIG. 4, with separate combustion of natural gas and crude oil;
на фиг. 6 - изображение части геотермальной электростанции, показанной на фиг. 1 или фиг. 2, с альтернативной раздельной обратной закачкой CO2 в виде scCO2 и термальной воды; и на фиг. 7 - изображение части геотермальной электростанции, показанной на фиг. 1 или фиг. 2, с альтернативным использованием термальной воды для опреснения морской воды.in fig. 6 is a view of part of the geothermal power plant shown in FIG. 1 or fig. 2, with alternative separate CO2 reinjection as scCO2 and thermal water; and in FIG. 7 is a view of part of the geothermal power plant shown in FIG. 1 or fig. 2, with the alternative use of thermal water for seawater desalination.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
На фигурах схематично показана гибридная геотермальная электростанция 1, соединенная с водоносным горизонтом 0 в геологическом пласте. Этот водоносный горизонт 0 содержит текучую среду А водоносного горизонта, которая представляет собой термальную воду Т, содержащую газ G и, необязательно, сырую нефть Е. Текучая среда А водоносного горизонта предпочтительно имеет исходную температуру Ti 60°C и более, а также исходное давление pi в водоносном горизонте 0, которое выше, чем атмосферное давление.The figures schematically show a hybrid geothermal power plant 1 connected to an aquifer 0 in a geological formation. This aquifer 0 contains an aquifer fluid A, which is a thermal water T containing gas G and optionally crude oil E. The aquifer fluid A preferably has an initial temperature Ti of 60°C or more and an initial pressure pi in the aquifer 0, which is higher than atmospheric pressure.
В принципе, любая текучая среда А водоносного горизонта является подходящей текучей средой А водоносного горизонта, при этом текучие среды А водоносного горизонта, имеющие высокую температуру и высокое содержание газа и, необязательно, высокое содержание сырой нефти, являются предпочтительными. В случае текучих сред водоносного горизонта с настолько низким содержанием солей, что после рециркуляции охлажденной термальной воды, необязательно обогащенной CO2, не происходитIn principle, any aquifer fluid A is a suitable aquifer fluid A, with aquifer fluids A having high temperature and high gas content and optionally high crude oil content being preferred. In the case of aquifer fluids with such a low salinity that, after recirculation of chilled thermal water, optionally enriched with CO2 , there is no
- 4 040401 кристаллизации, которая может вызвать закупорку рециркуляционной линии, работа по техническому обслуживанию в целом является незначительной. Меры, которые обычно предотвращают закупорку скважин и трубопроводов, описаны ниже.- 4 040401 crystallization, which can cause blockage of the recirculation line, maintenance work is generally negligible. Measures that typically prevent plugging of wells and pipelines are described below.
С помощью по меньшей мере одной и предпочтительно нескольких, например 4, отводящих скважин 100, которые могут проходить на глубину от нескольких метров до нескольких километров от поверхности, осуществлен по меньшей мере один вход в водоносный горизонт 0. С помощью отводящего оборудования 10 в зоне соответствующей отводящей скважины 100 текучая среда А водоносного горизонта подается на геотермальную электростанцию 1.By means of at least one and preferably several, for example 4, diversion wells 100, which can extend to a depth of several meters to several kilometers from the surface, at least one entry into the aquifer 0 is made. From the outlet well 100, aquifer fluid A is supplied to the geothermal power plant 1.
Предпочтительно каждая отводящая скважина 100 содержит отводящее оборудование 10, а каждое отводящее оборудование 10 содержит откачивающий насос. Отведение через более чем одну, предпочтительно 4, отводящие скважины с помощью одного насоса на скважину имеет преимущество, заключающееся в том, что в процессе обычной работы насосы могут работать с уменьшенной мощностью, например, составляющей в случае 4 насосов 2/3 от их максимальной мощности. В связи с этим, срок службы насосов может быть повышен, и в случае отключения одного насоса, например для обслуживания, пропускную способность можно легко сохранять постоянной за счет увеличения мощности других насосов.Preferably, each evacuation well 100 includes a evacuation equipment 10, and each evacuation equipment 10 includes a recovery pump. Diverting through more than one, preferably 4, diversion wells with one pump per well has the advantage that, during normal operation, the pumps can operate at a reduced power, for example, in the case of 4 pumps 2/3 of their maximum power . In this regard, the life of the pumps can be increased, and in the event of a shutdown of one pump, for example for maintenance, the capacity can easily be kept constant by increasing the power of other pumps.
Текучая среда А водоносного горизонта, отведенная из водоносного горизонта 0 с помощью по меньшей мере одного отводящего оборудования 10, подается в устройство 11 газовой сепарации. В данном устройстве 11 газовой сепарации газ G и, в частности, часть чистого метана или горючих углеводородов, соответственно, выделяются из текучей среды А водоносного горизонта и далее обрабатываются и используются отдельно от термальной воды Т.The aquifer fluid A drained from the aquifer 0 by means of at least one discharge equipment 10 is fed into the gas separation device 11 . In this gas separation device 11, the gas G and in particular part of the pure methane or combustible hydrocarbons, respectively, are separated from the aquifer fluid A and further processed and used separately from the thermal water T.
Разделение текучей среды А водоносного горизонта на термальную воду Т и (обогащенный метаном) газ G предпочтительно осуществляется с помощью устройства 11 сепарации. В одном варианте осуществления такого устройства 11 сепарации площадь поверхности текучей среды А водоносного горизонта значительно увеличивается. Благодаря большой площади поверхности, высокой температуре текучей среды водоносного горизонта, соответствующей температуре Ti, обнаруживаемой в водоносном горизонте (часто 60°С или более), и сбросу давления текучей среды А водоносного горизонта от величины pi до гораздо более низкого давления, такого как небольшое избыточное давление, например 20-500 гПа (вся информация о давлении относится к избыточному давлению по отношению к давлению окружающей среды), газ G полностью или по меньшей мере почти полностью выделяется из термальной воды. Дополнительные меры не требуются. Повышение площади поверхности в устройстве 11 сепарации может быть получено разными способами, в частности, подвергая текучую среду водоносного горизонта сильным перемещениям, например, с помощью энергичного перемешивания, или с помощью распыления текучей среды А водоносного горизонта в устройстве 11 сепарации в виде мелких капель. Отведение газа осуществляется предпочтительно непрерывно.The separation of the aquifer fluid A into thermal water T and (methane-rich) gas G is preferably carried out by means of a separation device 11 . In one embodiment of such a separation device 11, the surface area of the fluid A of the aquifer is significantly increased. Due to the large surface area, the high temperature of the aquifer fluid corresponding to the temperature Ti found in the aquifer (often 60°C or more), and depressurizing the aquifer fluid A from pi to a much lower pressure, such as a slight overpressure pressure, for example 20-500 hPa (all pressure information refers to overpressure in relation to ambient pressure), the gas G is completely or at least almost completely released from the thermal water. Additional measures are not required. The increase in surface area in the separation device 11 can be obtained in various ways, in particular by subjecting the aquifer fluid to strong movements, for example, by vigorous agitation, or by spraying the aquifer fluid A in the separation device 11 in the form of small drops. The removal of gas is preferably carried out continuously.
Поскольку отделенный газ G имеет высокое содержание воды, его осушают в осушителе 22 перед подачей в устройство сжигания. Таким образом, на сжигание подается минимально разбавленный газ. Поскольку газ имеет повышенную температуру, аналогичную Ti, его тепловая энергия может использоваться по меньшей мере в одном устройстве для использования тепловой энергии, таком как теплообменник 21, например, для (предварительного) нагревания теплоносителя, который впоследствии получает свою конечную температуру в теплообменниках 12, 13, 14, работающих с термальной водой.Because the separated gas G has a high water content, it is dried in the dryer 22 before being fed to the incinerator. Thus, minimally diluted gas is fed to combustion. Since the gas has an elevated temperature similar to Ti, its thermal energy can be used in at least one thermal energy utilization device, such as the heat exchanger 21, for example, to (pre)heat the heat transfer medium, which subsequently receives its final temperature in the heat exchangers 12, 13 , 14 working with thermal water.
В альтернативном устройстве 11 газовой сепарации разделение выполняется не при небольшом избыточном давлении, а при значительном избыточном давлении, обычно примерно 3 бар (3000 гПа) при 104°С. Избыточное давление приводит к тому, что меньшее количество воды находится в газообразной форме и отводится вместе с газом, что приводит к значительно меньшей нагрузке конденсатора. Тем не менее, для того чтобы добиться быстрого разделения газа и воды, предпочтительным является лежачий цилиндрический сосуд высокого давления, т.е. сепаратор, протяженность которого в горизонтальном направлении больше его вертикальной протяженности. Текучая среда водоносного горизонта также может быть распылена внутри данного сепаратора, однако чаще всего достаточно просто подавать ее с одной стороны, например сверху, и отводить дегазированную термальную воду, как можно дальше от впускного отверстия, на противоположной стороне сосуда высокого давления снизу. Кроме того, при использовании данного сепаратора отведение газа предпочтительно осуществляется непрерывным образом, причем с этим газовым сепаратором 11, приспособленным для работы под высоким давлением, предпочтительно соединяют расположенный ниже по потоку конденсатор.In the alternative gas separation device 11, the separation is carried out not at a small overpressure, but at a significant overpressure, typically about 3 bar (3000 hPa) at 104°C. The overpressure results in less water being in gaseous form and being vented with the gas, resulting in a much lower load on the condenser. However, in order to achieve a rapid separation of gas and water, a lying cylindrical pressure vessel is preferred, i.e. separator, the extent of which in the horizontal direction is greater than its vertical extent. The aquifer fluid can also be sprayed inside this separator, but most often it is sufficient to simply supply it from one side, for example, from above, and withdraw the degassed thermal water, as far as possible from the inlet, on the opposite side of the pressure vessel from below. In addition, when using this separator, the removal of gas is preferably carried out in a continuous manner, and this gas separator 11, adapted to work under high pressure, is preferably connected to a downstream condenser.
Если текучая среда А водоносного горизонта также содержит сырую нефть Е, предпочтительно, чтобы нефть отделялась в дополнительном сепараторе, как правило в сепараторе, расположенном после газового сепаратора. В зависимости от количества сырая нефть может быть удалена из системы, или она может быть подана на сжигание внутри системы.If the aquifer fluid A also contains crude oil E, it is preferred that the oil be separated in an additional separator, typically a separator located after the gas separator. Depending on the quantity, the crude oil may be removed from the system, or it may be burned within the system.
В том случае, когда текучие среды А водоносного горизонта находятся в условиях очень высокого давления, может потребоваться сбросить часть давления, т.е. до избыточного давления, желательного в системе, перед газовым сепаратором 11. Высвобождаемая при этом энергия в подходящем случае также используется, например, для выработки электроэнергии с помощью такого устройства, как турбина, соединенная с электрогенератором или реверсивным компрессором.In the event that aquifer fluids A are under very high pressure conditions, it may be necessary to release some of the pressure, i.e. to the desired overpressure in the system before the gas separator 11. The energy thus released is also used, for example, for power generation by means of a device such as a turbine connected to an electric generator or a reversible compressor.
- 5 040401- 5 040401
Тепловая энергия, соответственно, не содержащей газа или дегазированной и, необязательно, отделенной от сырой нефти термальной воды Т на геотермальной электростанции 1 используется таким образом, что термальная вода Т подается в по меньшей мере одно устройство 12-16 для использования тепловой энергии с помощью насоса 18. Это по меньшей мере одно устройство для использования тепловой энергии может быть, в частности, по меньшей мере одним теплообменником (показаны три теплообменника 12, 13, 14) или оборудованием для выработки электроэнергии, например паровым двигателем низкого давления или энергоустановкой, утилизирующей отработанное тепло, или энергоустановками 15, 16, работающими по органическому циклу Ренкина (ОЦР) (см. ниже). Это использование может представлять собой нагревание по меньшей мере одного циркулирующего теплоносителя или теплопередающей среды. На последующих этапах технологического процесса теплоноситель/теплопередающая среда, выходящая из теплообменников 12, 13, 14, используется, в частности, в системе централизованного теплоснабжения для обогрева квартир, теплиц и т.д., или для выработки электроэнергии.The thermal energy of the respectively gas-free or degassed and optionally crude oil-free thermal water T in the geothermal power plant 1 is used in such a way that the thermal water T is supplied to at least one thermal energy utilization device 12-16 by means of a pump 18. This at least one device for using thermal energy can be, in particular, at least one heat exchanger (three heat exchangers 12, 13, 14 are shown) or equipment for generating electricity, such as a low pressure steam engine or a power plant that utilizes waste heat. , or power plants 15, 16 operating on the organic Rankine cycle (ORC) (see below). This use may be heating at least one circulating heat transfer medium or heat transfer medium. In subsequent process steps, the heat carrier/heat transfer medium leaving the heat exchangers 12, 13, 14 is used, in particular, in a district heating system for heating apartments, greenhouses, etc., or for generating electricity.
В альтернативном применении теплообменник используется для работы установки низкотемпературного термического опреснения (НТТО). В этом процессе минерализованная вода разделяется на водяной пар и концентрированную соленую воду первоначально в одном или более теплообменниках 12, 13, 14, работающих с термальной водой, и далее, необязательно, в одном или более теплообменниках 19, 19а, нагреваемых водяным паром (см. фиг. 7). При этом следует учитывать, что энергосодержание, соответственно, термальной воды или водяного пара уменьшается после теплообменника 12 и что предпочтительно также уменьшается давление, чему может способствовать использование насоса 18а. На последнем этапе данного способа используется конденсатор, который конденсирует водяной пар, остающийся на выходе из последнего теплообменника. Этот конденсатор может, например, охлаждаться свежей морской водой в качестве охлаждающей среды.In an alternative application, a heat exchanger is used to operate a low temperature thermal desalination (LTTO) plant. In this process, mineralized water is separated into water vapor and concentrated salt water, initially in one or more thermal water heat exchangers 12, 13, 14, and optionally further in one or more steam heated heat exchangers 19, 19a (see Fig. Fig. 7). It should be taken into account that the energy content of the thermal water or steam respectively decreases after the heat exchanger 12 and that the pressure also preferably decreases, which can be facilitated by the use of a pump 18a. At the last stage of this method, a condenser is used, which condenses the water vapor remaining at the outlet of the last heat exchanger. This condenser can, for example, be cooled with fresh sea water as a cooling medium.
Если такого источника воды, как море, поблизости нет, вместо морской воды также можно использовать охлажденную термальную воду или другой источник недостаточно чистой воды, в то же время морская вода является предпочтительной.If a water source such as the sea is not nearby, chilled thermal water or another source of insufficiently pure water can also be used instead of sea water, while sea water is preferred.
По усмотрению и предпочтительно термальная вода может использоваться для выработки электроэнергии или в теплообменнике 15 выше по потоку от теплообменников 12, 13, 14, или, необязательно, в теплообменнике, интегрированном в процесс опреснения, например, для конденсации водяного пара на последнем этапе (не показано на фигурах). В подходящем способе для выработки электроэнергии используется, например, паровой двигатель низкого давления или энергоустановка, утилизирующая отработанное тепло, или ОЦР-энергоустановка (15, 16). Особенно подходящим и предпочтительным способом выработки электрической энергии является ОЦР-процесс (на основе органического цикла Ренкина) для газовых турбин. В ОЦР-процессе теплопередающая среда нагревается выше температуры кипения в теплообменнике 15, эта теплопередающая среда используется для работы газовой турбины 16 и после конденсации рециркулируется в теплообменник 15. Для такого процесса подходящей является теплопередающая среда с температурами кипения, которые примерно на 15-25°С ниже температуры термальной воды, например находятся в диапазоне от 45°С до 50°С, например 49°С. Хотя эффективность таких ОЦРпроцессов является низкой (обычно < 20%, чаще всего < 15%), было обнаружено, что электроэнергия, вырабатываемая в расположенном выше по потоку теплообменнике, чаще всего, является достаточной для мощности насоса, необходимой, например, для поддержания нагревательных контуров в последующих теплообменниках 12, 13, 14.Optionally and preferably, thermal water can be used for power generation either in heat exchanger 15 upstream of heat exchangers 12, 13, 14, or optionally in a heat exchanger integrated into the desalination process, for example to condense water vapor in the last step (not shown). on the figures). A suitable method for generating electricity uses, for example, a low pressure steam engine or a waste heat power plant or an ORC power plant (15, 16). A particularly suitable and preferred method for generating electrical power is the ORC (Organic Rankine Cycle) process for gas turbines. In the ORC process, the heat transfer medium is heated above the boiling point in the heat exchanger 15, this heat transfer medium is used to operate the gas turbine 16 and, after condensation, is recycled to the heat exchanger 15. Heat transfer medium with boiling points that are about 15-25°C are suitable for such a process. below the temperature of the thermal water, for example are in the range from 45°C to 50°C, for example 49°C. Although the efficiency of such ORC processes is low (typically < 20%, most often < 15%), it has been found that the electricity generated in the upstream heat exchanger is most often sufficient for the pump power required, for example, to maintain heating circuits. in subsequent heat exchangers 12, 13, 14.
В зависимости от энергосодержания термальной воды режимы использования можно комбинировать, т.е. использовать для выработки электроэнергии в ОЦР-процессе и/или для создания централизованного теплоснабжения, и/или для опреснения.Depending on the energy content of thermal water, the modes of use can be combined, i.e. be used to generate electricity in the ORC process and/or to create district heating, and/or for desalination.
Для оптимизации процесса сжигания устройство 24 сжигания может снабжаться не чистым газом G, а газом G, предварительно смешанным с воздухом в смесительном устройстве 23.To optimize the combustion process, the combustion device 24 can be supplied not with pure gas G, but with gas G premixed with air in a mixing device 23.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения газ G, который необязательно был предварительно смешан с воздухом, предварительно нагревают перед его поступлением в устройство 24 сжигания. Это может быть осуществлено с помощью теплообменника 26, теплоноситель которого, например вода, был нагрет топочными газами, образовавшимися в результате сжигания газа, в теплообменнике 29, расположенном в потоке топочных газов.In a preferred embodiment of the invention, the gas G, which has optionally been premixed with air, is preheated before it enters the combustion device 24 . This can be done by means of a heat exchanger 26 whose coolant, for example water, has been heated by the flue gases resulting from the combustion of the gas in a heat exchanger 29 located in the flue gas flow.
Кроме того, в альтернативном способе, в котором, кроме природного газа, также сжигается сырая нефть, предварительное смешивание с воздухом может иметь результатом улучшенное сжигание. Однако в этом случае может быть целесообразно предусмотреть дополнительное впрыскивание сырой нефти или смеси сырой нефти и природного газа в виде мелких капель.Furthermore, in an alternative process in which crude oil is also combusted in addition to natural gas, pre-mixing with air may result in improved combustion. However, in this case it may be expedient to provide for an additional injection of crude oil or a mixture of crude oil and natural gas in the form of fine droplets.
В еще одном варианте осуществления изобретения с сжиганием отделенной сырой нефти часто не осуществляется предварительное смешивание с воздухом, хотя такое предварительное смешивание также может здесь применяться, в частности, если сырая нефть может быть распылена в смесительную камеру в виде мелких капель и затем немедленно подана в устройство сжигания.In yet another embodiment of the invention with combustion of the separated crude oil, there is often no premixing with air, although such premixing can also be used here, in particular if the crude oil can be sprayed into the mixing chamber in the form of fine droplets and then immediately fed into the device. incineration.
В одном варианте осуществления способа согласно изобретению остаточное содержание кислорода в топочном газе измеряется с помощью лямбда-зонда, и после этого отношение подаваемого воздуха для горения к газу G, в частности к метану, и, необязательно, сырой нефти Е надлежащим образом регулируIn one embodiment of the method according to the invention, the residual oxygen content of the flue gas is measured with a lambda probe and thereafter the ratio of the combustion air supplied to the gas G, in particular methane, and optionally the crude oil E, is suitably adjusted.
- 6 040401 ется в смесительном устройстве 23 и/или непосредственно в устройстве 24 сжигания. Соотношение можно регулировать таким образом, чтобы сжигание протекало с высокой эффективностью и с минимально возможным количеством вредных газов. Для того чтобы предотвратить любые повреждения в водоносном горизонте 0 после дальнейшей обратной закачки в водоносный горизонт 0, в первую очередь следует проследить, чтобы в топочном газе отсутствовал кислород, поскольку кислород может привести к повреждениям в водоносном горизонте 0, в частности, из-за химического разложения углеводородов, например деградации метана. Это может быть достигнуто с помощью очистки газа в газовом скруббере, в частности в аминовом скруббере 30, с которым соединено устройство 31 для разложения карбоната аммония (см. ниже), необязательно, вместе с регулируемым сжиганием и/или последующей очисткой топочного газа в устройстве 27 очистки топочного газа, например, с помощью катализатора.- 6 040401 is used in the mixing device 23 and/or directly in the combustion device 24. The ratio can be adjusted in such a way that combustion proceeds with high efficiency and with the least possible amount of harmful gases. In order to prevent any damage to the 0 aquifer after further reinjection into the 0 aquifer, it must first be ensured that the flue gas is free of oxygen, since oxygen can cause damage to the 0 aquifer, in particular due to chemical decomposition of hydrocarbons, such as methane degradation. This can be achieved by scrubbing the gas in a gas scrubber, in particular an amine scrubber 30, to which is connected an ammonium carbonate decomposition device 31 (see below), optionally together with controlled combustion and/or subsequent flue gas cleaning in device 27 flue gas cleaning, for example, using a catalyst.
Ниже по потоку по меньшей мере от одного устройства 24, 24а сжигания по меньшей мере один генератор 25, 25а (предпочтительно один генератор на одно устройство сжигания) работает с помощью сжигания газа G и, необязательно, сырой нефти Е, осуществляемого в устройстве сжигания, причем указанный генератор обеспечивает электроэнергию, которая может использоваться для работы таких устройств, как насосы на геотермальной электростанции, или которая может подаваться в энергосистему. В качестве устройства 24 сжигания могут использоваться газовые двигатели или газовые турбины, в качестве устройства 24а сжигания - дизельные двигатели.Downstream of at least one combustion device 24, 24a, at least one generator 25, 25a (preferably one generator per combustion device) is operated by burning gas G and optionally crude oil E carried out in the combustion device, and said generator provides electricity that can be used to operate devices such as pumps in a geothermal power plant or that can be fed into the power grid. The combustion device 24 may be gas engines or gas turbines, and the combustion device 24a may be diesel engines.
Необязательное устройство 27 очистки топочного газа, расположенное ниже по потоку от по меньшей мере одного устройства 24, 24а сжигания и по меньшей мере одного генератора 25, 25а, гарантирует, что достигается лучшее сжигание газа G и, необязательно, сырой нефти Е и атмосферного кислорода и что предпочтительно также удаляются монооксид углерода и оксиды азота, благодаря чему образующиеся в результате и направляемые далее топочные газы предпочтительно не содержат или содержат малые количества, соответственно, кислорода, углеводородов, оксидов азота и монооксида углерода, и преимущественно содержат углекислый газ, азот и воду. В качестве устройства 27 очистки топочного газа могут использоваться, например, лямбда-зонды с различными известными катализаторами для топочного газа. Выбор подходящего катализатора осуществляется на основе типа используемого топлива и используемого устройства сжигания. Для устройств сжигания, которые работают при значениях лямбда, равных 1, например, подходят регулируемые катализаторы, такие как трехкомпонентный катализатор, окислительный нейтрализатор для двигателей, работающих на бедных смесях, и т.д. В случае сжигания сырой нефти катализаторы и фильтры частиц, известные для дизельных двигателей, могут использоваться самостоятельно или в дополнение к катализаторам, предпочитаемым для газа.An optional flue gas scrubber 27 downstream of at least one combustion apparatus 24, 24a and at least one generator 25, 25a ensures that better combustion of gas G and optionally crude oil E and atmospheric oxygen is achieved and which preferably also removes carbon monoxide and nitrogen oxides, whereby the resulting and further flue gases preferably do not contain or contain small amounts, respectively, of oxygen, hydrocarbons, nitrogen oxides and carbon monoxide, and mainly contain carbon dioxide, nitrogen and water. As flue gas cleaning device 27, for example, lambda probes with various known flue gas catalysts can be used. The selection of a suitable catalyst is based on the type of fuel used and the combustion device used. For combustion devices that operate at lambda values of 1, for example, controlled catalysts such as a three-way catalyst, oxidative catalyst for lean burn engines, etc. are suitable. In the case of crude oil combustion, the catalysts and particulate filters known for diesel engines may be used alone or in addition to the catalysts preferred for gas.
В случае использования более чем одного устройства 24, 24а сжигания, потоки топочного газа объединяются после устройства сжигания или между, или ниже по потоку от одного или нескольких катализаторов с различной областью применения.In case more than one combustion device 24, 24a is used, the flue gas streams are combined after the combustion device or between or downstream of one or more catalysts with different applications.
Энергосодержание потока топочного газа, выходящего из по меньшей мере одного устройства 24, 24а сжигания, дополнительно используются в по меньшей мере одном расположенном ниже по потоку устройстве использования энергии топочного газа, необязательно после каталитической обработки. Поток топочного газа, образующийся в результате процесса сжигания, имеет температуру в несколько сотен градусов Цельсия, как правило выше 500°С, и его энергосодержание может использоваться в качестве источника тепла или для выработки дополнительной электроэнергии, например, в одном или более ОЦР-процессах. В данном изобретении использование в качестве источника тепла является предпочтительным.The energy content of the flue gas stream exiting at least one combustion device 24, 24a is further utilized in at least one downstream flue gas energy utilization device, optionally after catalytic treatment. The flue gas stream resulting from the combustion process has a temperature of several hundred degrees Celsius, typically above 500°C, and its energy content can be used as a heat source or to generate additional electricity, for example, in one or more ORC processes. In the present invention, use as a heat source is preferred.
Для использования в качестве источника тепла поток топочных газов может использоваться непосредственно для нагревания теплоносителя, например термомасла или воды, в одном или более теплообменниках 28, 29. Например, топочный газ, выходящий из устройства сжигания или по меньшей мере одного катализатора, соответственно, с температурой более 500°С, например 520°С, может использоваться сначала в теплообменнике 28 для нагревания теплоносителя, который может применяться для извлечения CO2 после аминовой очистки (см. ниже), и топочный газ, который был охлажден до температуры ниже 200°С, например 140°С, может использоваться в дополнительном теплообменнике 29 для нагрева теплоносителя, который, например, используется для предварительного нагрева воздушно-газовой смеси или смеси воздух-газ-сырая нефть, или смеси газ-сырая нефть перед ее подачей в устройство 24 сжигания, или возможно, смеси воздух-сырая нефть перед ее подачей в устройство 24а сжигания, соответственно, если такое предварительное нагревание предполагается. На этой стадии, как правило, требуется лишь незначительное дополнительное охлаждение, т.е. до температуры немного выше 100°С, например 120°С, чтобы в линиях/трубопроводах не происходила конденсация.For use as a heat source, the flue gas stream can be used directly to heat a heat transfer fluid such as thermal oil or water in one or more heat exchangers 28, 29. more than 500°C, for example 520°C, can be used first in the heat exchanger 28 to heat the coolant, which can be used to recover CO2 after amine treatment (see below), and the flue gas, which has been cooled to a temperature below 200°C, for example, 140°C, can be used in an additional heat exchanger 29 for heating the coolant, which, for example, is used to preheat the air-gas mixture or air-gas-crude oil mixture, or gas-crude oil mixture before it is fed to the combustion device 24, or possibly an air-crude oil mixture before it is fed to the combustion device 24a, respectively, if such a preliminary heating is expected. At this stage, as a rule, only a slight additional cooling is required, i.e. to a temperature slightly above 100°C, for example 120°C, so that condensation does not occur in the lines/pipes.
Вместо использования энергии горячего топочного газа в качестве средства нагревания она может непосредственно использоваться после устройства 24 сжигания или устройства 27 очистки топочного газа, соответственно, или после по меньшей мере одного или между несколькими теплообменниками 28, 29 для дополнительной выработки электроэнергии. Выработка электроэнергии может, например, осуществляться в одном или более ОЦР-процессах (на основе органического цикла Ренкина) для паровых турбин, как уже было описано выше, но необязательно с теплопередающей средой с более высокой температурой кипения (в случае нескольких ОЦР-процессов, расположенных один за другим, с понижениемInstead of using the hot flue gas energy as a heating means, it can be used directly after the combustion device 24 or flue gas cleaning device 27, respectively, or after at least one or between several heat exchangers 28, 29 for additional power generation. Electricity generation can, for example, be carried out in one or more ORC processes (based on the organic Rankine cycle) for steam turbines, as already described above, but not necessarily with a heat transfer medium with a higher boiling point (in the case of several ORC processes located one by one, decreasing
- 7 040401 температуры кипения), но также и с помощью других устройств для выработки электроэнергии, таких как паровые двигатели низкого давления или энергоустановки, утилизирующие отработанное тепло. Как описано выше, после выработки электроэнергии отработанное тепло газов сжигания может использоваться для нагревания воздушно-газовой смеси или для нагревания охлажденной термальной воды или охлажденного циркулирующего теплоносителя для централизованного теплоснабжения.- 7 040401 evaporating temperature), but also with other devices for generating electricity, such as low-pressure steam engines or power plants that utilize waste heat. As described above, after power generation, the waste heat from the combustion gases can be used to heat an air/gas mixture or to heat chilled thermal water or cooled circulation fluid for district heating.
Весь охлажденный и энергетически использованный топочный газ, который в основном состоит из углекислого газа, подается, необязательно после предварительной промывки, в газовый скруббер 30 для удаления других газов, таких как азот и, возможно, незначительных остатков оксидов азота, монооксида углерода и кислорода. В этом газовом скруббере CO2 удаляется из газового потока. Предпочтительным газовым скруббером 30 является аминовый скруббер, в котором CO2 удаляется из газового потока с помощью амина, такого как амин с формулой NRxH3_x, например алкиламин. Раствор, содержащий растворенный карбонат аммония, далее разлагается при температуре выше 100°С, например при 140°С, в устройстве 31 для разложения карбоната аммония (HNRxH3_x)yH2_yCO3 (устройстве термической регенерации амина, предпочтительно нагреваемом с помощью теплоносителя, который был нагрет топочным газом, например, в теплообменнике 28). Амин, высвобожденный в устройстве 31, рециркулируют в газовый скруббер 30. Влажный CO2 подают в компрессор 33 через конденсатор 32 (возможно, в теплообменник и расположенный после него конденсатор 32). В одном варианте осуществления изобретения сжатый CO2 смешивают с охлажденной термальной водой, подлежащей рециркуляции в рециркуляционную линию/трубопровод 17, посредством смесительного устройства, такого как оросительный скруббер 34. В другом варианте осуществления изобретения CO2 сжимают до сверхкритического состояния в компрессоре и непосредственно закачивают в водоносный горизонт 0 через рециркуляционную линию/трубопровод 17а, рециркуляционное оборудование 40 и рециркуляционную скважину 400 на глубину, где гидростатическое давление соответствует давлению scCO2. Вода, удаленная в конденсаторе 32 и имеющая температуру обычно менее 170°С, может необязательно быть подана в термальную воду, которая используется в процессе получения электроэнергии, например в ОЦР-процессе 15, 16, и/или для создания централизованного теплоснабжения в один или несколько теплообменников 12, 13, 14 для извлечения содержащейся в ней тепловой энергии. Если теплообменник предусмотрен перед конденсатором 32, полученная в нем энергия может использоваться, например, для нагрева термальной воды для использования в ОЦР-процессе 15, 16, или для непосредственного дополнительного нагревания теплопередающей среды в ОЦР-процессе.All of the cooled and energetically used flue gas, which mainly consists of carbon dioxide, is fed, optionally after a pre-flush, to the gas scrubber 30 to remove other gases such as nitrogen and possibly minor residues of nitrogen oxides, carbon monoxide and oxygen. In this gas scrubber, CO2 is removed from the gas stream. The preferred gas scrubber 30 is an amine scrubber in which CO2 is removed from the gas stream by means of an amine, such as an amine with the formula NRx H3 _x , such as an alkylamine. The solution containing dissolved ammonium carbonate is further decomposed at a temperature above 100°C, for example at 140°C, in the device 31 for the decomposition of ammonium carbonate (HNRx H3 _x )y H2_y CO3 (amine thermal regeneration device, preferably heated using a heat carrier that has been heated by the flue gas, for example, in the heat exchanger 28). The amine released in device 31 is recycled to gas scrubber 30. Wet CO2 is fed to compressor 33 via condenser 32 (possibly a heat exchanger and downstream condenser 32). In one embodiment, the compressed CO2 is mixed with chilled thermal water to be recycled to the recirculation line/conduit 17 by means of a mixing device, such as a spray scrubber 34. In another embodiment, theCO2 is compressed to supercriticality in a compressor and directly injected into the horizon 0 through the recirculation line/pipeline 17a, recirculation equipment 40 and recirculation well 400 to a depth where the hydrostatic pressure corresponds to the scCO2 pressure. The water removed in the condenser 32 and having a temperature typically less than 170° C. may optionally be supplied to thermal water that is used in the process of generating electricity, for example in the ORC process 15, 16, and/or to create district heating in one or more heat exchangers 12, 13, 14 to extract the thermal energy contained therein. If a heat exchanger is provided upstream of the condenser 32, the energy obtained therein can be used, for example, to heat thermal water for use in the ORC process 15, 16, or to directly reheat the heat transfer medium in the ORC process.
Тепло, содержащееся в топочных газах, образующихся в результате процесса сжигания, может, в том случае, если оно присутствует в избытке, в любой момент использоваться в одном или более теплообменниках опреснительной установки (традиционной или в соответствии со способом НТТО, описанным на фиг. 7).The heat contained in the flue gases resulting from the combustion process can, if present in excess, be used at any time in one or more heat exchangers of the desalination plant (conventional or in accordance with the LTTO method described in Fig. 7 ).
Ниже по потоку от последнего теплообменника, например теплообменника 14, охлажденная термальная вода Т имеет температуру Tf, на основе которой может быть определено давление, необходимое для растворения углекислого газа в термальной воде. Было установлено, что подходящие значения температуры Tf и температуры Tr рециркулирующей термальной воды составляет менее 35°С, в частности 32°С или менее, гораздо предпочтительнее 30°С или менее, например 27°С или менее. Давление и температуру следует выбирать так, чтобы СО2 полностью растворялся в охлажденной термальной воде. Для растворения всего образующегося при сжигании углекислого газа в охлажденной термальной воде, например, при температуре 27°С, обычно требуется давление 9 бар (0,90 МПа).Downstream of the last heat exchanger, for example heat exchanger 14, the cooled thermal water T has a temperature Tf, from which the pressure required to dissolve the carbon dioxide in the thermal water can be determined. It has been found that suitable values for the temperature Tf and the temperature Tr of the recirculating thermal water are less than 35°C, in particular 32°C or less, much more preferably 30°C or less, for example 27°C or less. The pressure and temperature should be chosen so that CO2 is completely dissolved in the cooled thermal water. A pressure of 9 bar (0.90 MPa) is usually required to dissolve all the carbon dioxide formed during combustion in chilled thermal water, for example at a temperature of 27°C.
В процедурном отношении растворение углекислого газа должно выполняться таким образом, чтобы предотвратить образование пузырьков газа, что может быть достигнуто с помощью охлаждения термальной воды, выбора давления, как указано выше, и подходящего смесительного устройства, в частности оросительного скруббера 34. Давление pr рециркуляции/обратной закачки для термальной воды, смешанной с топочным газом или с СО2, соответственно, обычно соответствует по меньшей мере исходному давлению pi текучей среды А в водоносном горизонте 0. Опасность взрыва при подаче топочного газа в термальную воду исключена, поскольку во время сжигания были предприняты меры, чтобы в топочных газах отсутствовали горючие углеводороды или кислород, а также за счет полностью изолированного проведения процесса, исключающего любой доступ кислорода из окружающей среды. Для подачи углекислого газа в термальную воду или для его растворения в термальной воде, соответственно, давление газа и уровень жидкости в оросительном скруббере 34 должны регулироваться.Procedurally, the dissolution of carbon dioxide must be carried out in such a way as to prevent the formation of gas bubbles, which can be achieved by cooling the thermal water, choosing the pressure as indicated above, and a suitable mixing device, in particular an irrigation scrubber 34. Recirculation/return pressure pr The injection rate for thermal water mixed with flue gas or CO2, respectively, usually corresponds to at least the initial pressure pi of the fluid A in the aquifer 0. The risk of explosion when flue gas is introduced into the thermal water is eliminated, since measures have been taken during combustion to to ensure that there are no combustible hydrocarbons or oxygen in the flue gases, and also due to the completely isolated process, which excludes any access of oxygen from the environment. In order to supply carbon dioxide to the thermal water or to dissolve it in the thermal water, respectively, the gas pressure and the liquid level in the spray scrubber 34 must be controlled.
Через по меньшей мере одну и предпочтительно столько же скважин 400 обратной закачки, сколько и отводящих скважин 100, каждая из которых соединена с рециркуляционным оборудованием 40 по меньшей мере с одним насосом 35 обратной закачки, термальная вода, смешанная с углекислым газом и имеющая температуру Tr рециркуляции и давление pr рециркуляции, может быть рециркулирована в водоносный горизонт 0. Различные измерения показали, что с помощью рециркуляции образованного углекислого газа стимулируется высвобождение газа G из слоев породы водоносного горизонта 0, в связи с чем продолжительность использования водоносного горизонта 0 при применении данного способа может быть увеличена.Through at least one and preferably as many re-injection wells 400 as wells 100, each of which is connected to the recirculation equipment 40 with at least one re-injection pump 35, thermal water mixed with carbon dioxide and having a recirculation temperature Tr and recirculation pressure pr, can be recycled to aquifer 0. Various measurements have shown that by recirculating the generated carbon dioxide, the release of gas G from the rock layers of aquifer 0 is stimulated, and therefore the duration of use of aquifer 0 using this method can be increased.
В частности, когда температура Tf после последнего теплообменника все еще составляет 35°С илиIn particular, when the temperature Tf after the last heat exchanger is still 35°C or
- 8 040401 более, оказалось предпочтительным сжимать CO2 до сверхкритического состояния (scCO2) и закачивать его в водоносный горизонт отдельно от термальной воды. Подача в термальную воду далее происходит при давлении в водоносном горизонте, которое соответствует давлению scCO2 (при примерно 31°С, обычно около 74 бар (7,4 МПа)). Такое давление чаще всего обнаруживается на глубине 700-800 м. После подачи scCO2 в термальную воду Т или растворения его в термальной воде Т, соответственно, этот раствор может быть подан глубже в водоносный горизонт.- 8 040401 more, it has proven to be preferable to compress the CO2 to supercritical state (scCO2) and inject it into an aquifer separate from the thermal water. The supply to the thermal water then takes place at an aquifer pressure that corresponds to the scCO2 pressure (at about 31°C, typically about 74 bar (7.4 MPa)). Such pressure is most often found at a depth of 700-800 m. After supplying scCO2 to thermal water T or dissolving it in thermal water T, respectively, this solution can be injected deeper into the aquifer.
Повышенное содержание CO2 в отводимой текучей среде водоносного горизонта из-за обратной закачки содержащей CO2 термальной воды не ожидается, поскольку охлажденная содержащая CO2 термальная вода, закачиваемая обратно, имеет более высокую плотность, чем горячая текучая среда водоносного горизонта и, соответственно, опускается вниз водоносного горизонта 0, при этом текучая среда водоносного горизонта, отводимая в верхнюю область водоносного горизонта, остается обедненной CO2, а также в результате расстояния между рециркуляцией и отведением. Основываясь на расчетах, в случае средних размеров водоносных горизонтов, использование в течение нескольких лет становится возможным, без необходимости принимать во внимание увеличение содержания CO2 более чем на 2%.Elevated CO2 content in the vented aquifer fluid due to reinjection of CO2 containing thermal water is not expected as the cooled CO2 containing thermal water reinjected has a higher density than the hot aquifer fluid and therefore sinks down aquifer 0, while the aquifer fluid diverted to the upper region of the aquifer remains depleted in CO2, and also as a result of the distance between recirculation and diversion. Based on calculations, in the case of medium-sized aquifers, use over several years becomes possible without having to take into account an increase in CO2 content of more than 2%.
Представленный здесь способ (с рассматриваемыми исключениями) является замкнутой системой, в которой использование энергии отведенной текучей среды А водоносного горизонта максимально увеличивается, и термальную воду и образованные топочные газы после использования рециркулируют в водоносный горизонт 0 через по меньшей мере одну скважину 400 обратной закачки. По меньшей мере одна скважина 400 обратной закачки предпочтительно удалена от по меньшей мере одной отводящей скважины 100 в водоносном горизонте 0 на расстояние L. Для минимизации нарушения водоносного горизонта 0 предпочтительно размещать отводящую скважину 100 и скважину 400 обратной закачки на расстоянии от нескольких сотен метров до нескольких километров друг от друга. Предпочтительно, отводящее оборудование 10 и рециркуляционное оборудование 40 независимы друг от друга, при этом одно насосное оборудование используется для отведения текучей среды А водоносного горизонта, а другое - для обратной закачки термальной воды и CO2, раздельно друг от друга.The method presented here (with exceptions considered) is a closed system in which the energy utilization of the aquifer diverted fluid A is maximized and the thermal water and generated flue gases after use are recycled to the aquifer 0 through at least one re-injection well 400. The at least one re-injection well 400 is preferably spaced from the at least one outlet well 100 in the aquifer 0 by a distance L. To minimize disturbance of the aquifer 0, it is preferable to place the outlet well 100 and the re-injection well 400 at a distance of several hundred meters to several kilometers apart. Preferably, the diversion equipment 10 and the recirculation equipment 40 are independent of each other, with one pumping equipment being used to divert aquifer fluid A and the other to reinject thermal water and CO2, separate from each other.
Чтобы избежать засорения отводящих скважин или скважин обратной закачки в данном способе возможно и предпочтительно, чтобы направление процесса было обратимым, т.е. чтобы отводящая скважина 100 становилась скважиной 400 обратной закачки, а скважина 400 обратной закачки становилась отводящей скважиной 100. Это может быть достигнуто за счет того, что каждая скважина или каждое отводящее оборудование и оборудование обратной закачки оснащены двумя насосами, один из которых служит для отведения, а другой - для обратной закачки, и за счет того, что каждая скважина оснащена трубами, которые позволяют осуществлять подачу в устройство 11 сепарации или рециркуляцию в водоносный горизонт 0, и поскольку их можно регулировать по мере необходимости. Еще одна необходимость заключается в том, чтобы отводящие скважины 100 и скважины 400 обратной закачки были близко расположены к геотермальной станции и находились бы на близком расстоянии друг от друга на поверхности, что может быть достигнуто с помощью наклонного бурения скважин, например, при котором расстояние на поверхности составляет от 5 до 15 м, например примерно 10 м, а расстояние в водоносном горизонте 0 составляет до 2 км.In order to avoid clogging of production wells or reinjection wells, it is possible and preferable in this process for the direction of the process to be reversible, i.e. so that the diverter well 100 becomes the reinjection well 400, and the reinjection well 400 becomes the diverter well 100. This can be achieved by having each well or each diversion and reinjection equipment equipped with two pumps, one of which serves as diversion, and the other for re-injection, and because each well is equipped with pipes that allow supply to the separation device 11 or recirculation to the aquifer 0, and because they can be adjusted as needed. Another need is for the lateral wells 100 and the reinjection wells 400 to be close to the geothermal plant and close to each other at the surface, which can be achieved with deviated well drilling, for example, in which a distance of surface is between 5 and 15 m, for example about 10 m, and the distance in aquifer 0 is up to 2 km.
В одном из вариантов осуществления изобретения, кроме CO2, образующегося в устройстве 24 сжигания, также антропогенный CO2 из промышленных или других источников может быть растворен в термальной воде и подан в водоносный горизонт 0 через скважину 400 обратной закачки для геологического захоронения. При этом становится возможна дополнительная секвестрация CO2.In one embodiment of the invention, in addition to the CO2 generated in the incinerator 24, also anthropogenicCO2 from industrial or other sources can be dissolved in the thermal water and injected into the aquifer 0 via the reinjection well 400 for geological disposal. This makes additional sequestration of CO2 possible.
Возможное поступление дополнительного антропогенного CO2 предпочтительно происходит выше по потоку от газового скруббера, так что данный CO2 также очищается.The possible addition of additional anthropogenic CO2 preferably occurs upstream of the gas scrubber so that this CO2 is also cleaned.
В некоторых случаях рециркуляция термальной воды, необязательно смешанной с топочным газом, приводит к стимуляции водоносного горизонта 0, тем самым расширяя возможности использования ресурсов.In some cases, the recycling of thermal water, optionally mixed with flue gas, results in the stimulation of aquifer 0, thereby increasing the potential for resource use.
В зависимости от конструкции отдельных частей геотермальной станции и энергосодержания водоносного горизонта может присутствовать более чем одно из описанных выше устройств/оборудования, работающих параллельно или последовательно, и они также охватываются настоящим изобретением, даже если это не указано явным образом.Depending on the design of the individual parts of the geothermal plant and the energy content of the aquifer, more than one of the devices/equipment described above may be present, operating in parallel or in series, and these are also covered by the present invention, even if not explicitly indicated.
МодернизацияModernization
Для некоторых уже существующих геотермальных станций может быть целесообразна модернизация, чтобы способ утилизации энергии приблизительно соответствовал описанному выше оптимизированному способу утилизации энергии, или даже чтобы данный оптимизированный способ мог быть осуществлен. Существующая геотермальная станция для использования внутренней энергии термальной воды Т, содержащей газ G и, необязательно, сырую нефть Е из водоносного горизонта 0, на сегодняшний день обычно включает отводящее оборудование 10 для текучей среды А водоносного горизонта, устройство 11 газовой сепарации, устройство 24 сжигания для отделенного газа, а также рециркуляционное оборудование 40 для обратной закачки охлажденной термальной воды Т в водоносный горизонт 0.For some already existing geothermal plants, it may be worth upgrading so that the energy recovery method approximates the optimized energy recovery method described above, or even so that this optimized method can be implemented. An existing geothermal plant for utilizing the internal energy of thermal water T containing gas G and optionally crude oil E from aquifer 0, today typically includes an aquifer fluid A removal equipment 10, a gas separation device 11, a combustion device 24 for separated gas, as well as recirculation equipment 40 for re-injection of cooled thermal water T into the aquifer 0.
С одной стороны, такие станции могут быть модернизированы одним из особенно подходящих устройств 11 сепарации:On the one hand, such stations can be upgraded with one of the particularly suitable separation devices 11:
- 9 040401 (i) в которых выделение газа G из термальной воды Т осуществляется с помощью создания большой площади поверхности, температуры и, необязательно, сброса давления текучей среды водоносного горизонта, добываемой под давлением, или (ii) в которых выделение газа G из термальной воды Т осуществляется под давлением в сепараторе с большой поверхностью, и в которых газ G выделяется при температуре, близкой к Ti и может необязательно использоваться по меньшей мере в одном устройстве для использования тепловой энергии, в частности в теплообменнике 21.- 9 040401 (i) in which the release of gas G from the thermal water T is carried out by creating a large surface area, temperature and, optionally, depressurization of the pressurized aquifer fluid, or (ii) in which the release of gas G from the thermal water T is carried out under pressure in a separator with a large surface, and in which the gas G is released at a temperature close to Ti and can optionally be used in at least one device for using thermal energy, in particular in the heat exchanger 21.
В качестве альтернативы или в дополнение, существующие станции могут быть модернизированы с помощью установки очистки/утилизации топочного газа, содержащей по меньшей мере одно из следующего дополнительного оборудования:Alternatively or in addition, existing plants may be retrofitted with a flue gas treatment/recovery plant containing at least one of the following additional equipment:
(i) по меньшей мере одно устройство для выработки электроэнергии, такое как газовый двигатель с расположенным ниже по потоку генератором и/или ОЦР-энергоустановка, (ii) по меньшей мере один теплообменник для использования энергии, содержащейся в топочном газе, (iii) газовый скруббер 30, соединенный с компрессором для (а) подачи CO2 в охлажденную термальную воду перед ее обратной закачкой в водоносный горизонт 0, или (b) для сжатия CO2 до достижения им сверхкритического состояния и его прямая обратная закачка в водоносный горизонт 0, при этом газовый скруббер является в частности, аминовым скруббером 30, соединенным с расположенным ниже по потоку устройством 31 (термической регенерации амина) путем разложения карбоната аммония, образованного в аминовом скруббере, (iv) оросительный скруббер 34 для смешивания CO2 и термальной воды, (v) смесительное устройство 23 для смешивания газа и, необязательно, сырой нефти с воздухом для горения выше по потоку от устройства 24 сжигания и/или устройства 27 очистки топочного газа, расположенного ниже по потоку от устройства 24, 24а сжигания, причем указанное устройство 27 очистки топочного газа содержит по меньшей мере один катализатор и лямбда-зонд для регулирования сжигания/предварительного смешивания газа с воздухом для горения, (vi) если текучая среда водоносного горизонта не содержит сырой нефти и не содержит или не содержит достаточного количества газа, соединительный трубопровод к трубопроводу природного газа или к трубопроводу для сырой нефти для подачи природного газа или сырой нефти в смесительное устройство 23 или в устройство 24, 24а сжигания, благодаря чему геотермальная станция может использоваться для процесса улавливания и хранения углерода (УХУ), (vii) соединение с опреснительной установкой, такой как опреснительная установка, работающая в соответствии со способом НТТО, в частности, установка для опреснения морской воды, (viii) если водоносный горизонт находится в условиях очень высокого давления, устройство сброса давления, расположенное выше по потоку от устройства сепарации, преобразующее давление в электроэнергию.(i) at least one device for generating electricity, such as a gas engine with a downstream generator and/or an ORC power plant, (ii) at least one heat exchanger for using the energy contained in the flue gas, (iii) gas a scrubber 30 coupled to a compressor to (a) supply CO2 to the chilled thermal water before it is reinjected into aquifer 0, or (b) to compress CO2 to a supercritical state and directly reinject it into aquifer 0, whereby the gas scrubber is in particular an amine scrubber 30 connected to a downstream device 31 (thermal amine recovery) by decomposing the ammonium carbonate formed in the amine scrubber, (iv) a spray scrubber 34 for mixing CO2 and thermal water, (v) mixing device 23 for mixing gas and optionally crude oil with combustion air upstream of combustion device 24 and/or device a flue gas cleaning device 27 downstream of the combustion device 24, 24a, said flue gas cleaning device 27 comprising at least one catalyst and a lambda probe for combustion control/pre-mixing of gas with combustion air, (vi) if the aquifer fluid does not contain crude oil and does not contain or does not contain enough gas, a connecting pipeline to the natural gas pipeline or to the crude oil pipeline for supplying natural gas or crude oil to the mixing device 23 or to the combustion device 24, 24a, due to why a geothermal plant can be used for a carbon capture and storage (CCS) process, (vii) connection to a desalination plant, such as a desalination plant operating in accordance with the LET process, in particular a seawater desalination plant, (viii) if the aquifer is under very high pressure, the relief device upstream of the separation device that converts pressure into electricity.
Если по меньшей мере одно, предпочтительно более одного, в частности все указанные выше устройства (i)-(v) и, необязательно, (vi)-(viii) соединены с существующей геотермальной станцией, энергосодержание текучей среды А водоносного горизонта может в большей степени или практически полностью использоваться, и рециркуляция содержащей CO2 термальной воды может осуществляться без негативного воздействия на водоносный горизонт 0.If at least one, preferably more than one, in particular all of the above devices (i)-(v) and optionally (vi)-(viii) are connected to an existing geothermal plant, the energy content of the aquifer fluid A can be more or almost entirely used, and the thermal water containing CO2 can be recycled without negative impact on the aquifer 0.
Способ по изобретению или геотермальная станция по изобретению, соответственно, могут также использоваться для водоносных горизонтов, содержащих мало или совсем не содержащих горючих газов и/или содержащих мало или совсем не содержащих сырой нефти, при условии, что имеется внешний источник газа, в частности источник природного газа, например, газопровод. Такая станция не имеет устройства 11 газовой сепарации, и текучая среда водоносного горизонта/термальная вода подается непосредственно в устройства 12-16 утилизации тепловой энергии. Газ из внешнего источника подается непосредственно в устройство сжигания или в расположенное перед ним устройство для улучшения сжигания. В качестве альтернативы, но менее предпочтительно, также может использоваться внешний источник сырой нефти.The method according to the invention or the geothermal plant according to the invention, respectively, can also be used for aquifers containing little or no combustible gases and/or containing little or no crude oil, provided that there is an external source of gas, in particular a source natural gas, such as a gas pipeline. Such a station does not have a gas separation device 11 and the aquifer fluid/thermal water is supplied directly to the heat recovery devices 12-16. Gas from an external source is supplied directly to the combustion device or to a device located in front of it to improve combustion. Alternatively, but less preferably, an external source of crude oil can also be used.
Хотя были показаны и описаны предпочтительные в настоящее время варианты осуществления изобретения, следует четко понимать, что изобретение не ограничивается этим, а может быть осуществлено и практически реализовано иными путями в пределах объема следующей формулы изобретения.While the presently preferred embodiments of the invention have been shown and described, it should be clearly understood that the invention is not limited thereto, but may be made and practiced in other ways within the scope of the following claims.
Перечень ссылок:Link list:
- водоносный горизонт,- aquifer
- геотермальная станция,- geothermal station,
- отводящее оборудование/отводящее устройство,- diverting equipment/diverting device,
100 - отводящая скважина,100 - outlet well,
- устройство газовой сепарации (сепаратор),- gas separation device (separator),
11а - устройство сепарации сырой нефти (сепаратор нефти),11a - crude oil separation device (oil separator),
12-14 - устройства или оборудование, соответственно, для использования тепловой энергии термальной воды, в частности теплообменники,12-14 - devices or equipment, respectively, for using the thermal energy of thermal water, in particular heat exchangers,
- 10 040401- 10 040401
15, 16 - устройства/оборудование/установки для использования тепловой энергии термальной воды для выработки электроэнергии, например паровой двигатель низкого давления или оборудование для выработки электроэнергии на основе отработанного тепла, или, в частности, ОЦР-установка для выработки электроэнергии,15, 16 - devices/equipment/plants for using the thermal energy of thermal water to generate electricity, such as a low-pressure steam engine or equipment for generating electricity from waste heat, or in particular an ORC plant for generating electricity,
- рециркуляционный трубопровод/трубопровод обратной закачки,- recirculation pipeline/reinjection pipeline,
- насос,- pump,
18а - насос для небольшого снижения давления в НТТО-процессе, , 19а - теплообменники для использования энергии, содержащейся в водяном паре, в НТТОпроцессе,18a - pump for slight pressure reduction in the LTTO process, 19a - heat exchangers for using the energy contained in water vapor in the LTTO process,
- конденсатор или ОЦР-оборудование для выработки электроэнергии,- capacitor or ORC equipment for power generation,
- устройство (теплообменник) для утилизации тепловой энергии газа,- a device (heat exchanger) for the utilization of gas thermal energy,
- устройство (конденсатор) для осушки газа с удалением водяного конденсата и, необязательно, для использования тепловой энергии газа,- a device (condenser) for drying gas with removal of water condensate and, optionally, for using the thermal energy of gas,
- смесительное устройство, , 24а - устройства сжигания (газа), , 25а - генераторы (электроэнергии),- mixing device, , 24a - combustion devices (gas), , 25a - generators (electricity),
- теплообменник для предварительного нагрева газа,- heat exchanger for gas preheating,
- оборудование для очистки топочного газа/устройство очистки топочного газа/катализатор для топочного газа и лямбда-зонд, , 29 - устройство для использования/утилизации тепловой энергии топочного (отработавшего) газа, в частности теплообменник,- flue gas cleaning equipment/flue gas cleaning device/flue gas catalyst and lambda probe, , 29
- газовое скрубберное оборудование, газовый скруббер (аминовый скруббер, аминовое скрубберное оборудование),- gas scrubber equipment, gas scrubber (amine scrubber, amine scrubber equipment),
- устройство для разложения карбоната аммония (термической регенерации амина),- a device for the decomposition of ammonium carbonate (thermal regeneration of amine),
- конденсатор,- capacitor,
- компрессор,- compressor,
- смесительное устройство, в частности оросительный скруббер,- a mixing device, in particular an irrigation scrubber,
- насос обратной закачки,- re-injection pump,
- устройство рециркуляции/устройство секвестрации,- recirculation device / sequestration device,
400 - скважина обратной закачки,400 - re-injection well,
А - текучая среда водоносного горизонта/термальная вода, содержащая газ (T+G),A - aquifer fluid/thermal water containing gas (T+G),
Ti - исходная температура текучей среды водоносного горизонта, pi - исходное давление,Ti is the initial temperature of the aquifer fluid, pi is the initial pressure,
Т - термальная вода,T - thermal water,
Tf- температура охлажденной дегазированной термальной воды,Tf is the temperature of the cooled degassed thermal water,
Tr - температура рециркулируемой термальной воды, содержащей CO2, pr - давление обратной закачки термальной воды, содержащей топочный газ,Tr is the temperature of the recirculated thermal water containing CO2 pr is the injection pressure of the thermal water containing flue gas,
G - газ,G - gas,
Е - сырая нефть,E - crude oil,
L - расстояние между отводящей скважиной и скважиной обратной закачки.L is the distance between the outlet well and the reinjection well.
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH580/15 | 2015-04-27 |
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA040401B1true EA040401B1 (en) | 2022-05-27 |
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107735624B (en) | Method for utilizing internal energy of aquifer fluid in geothermal equipment | |
| JP6282675B2 (en) | Treatment of exhaust for use in secondary oil recovery | |
| US9920923B2 (en) | High pressure direct contact oxy-fired steam generator | |
| CA2754358C (en) | Method of direct steam generation using an oxyfuel combustor | |
| CA2692994C (en) | Steam assisted oil recovery and carbon dioxide capture | |
| CA2751186C (en) | Zero emission steam generation process | |
| MX2007013439A (en) | Flue gas injection for heavy oil recovery. | |
| JP2023554118A (en) | How to reuse thermal hydrocarbon recovery operations for synthesis gas production | |
| NL2019056B1 (en) | Power plant, a gas field, a method of exploitation of a subsurface hydrocarbon reservoir. | |
| WO2013144178A1 (en) | Method and system for acidic gas capture and storage using a subterranean formation comprising brine | |
| EA040401B1 (en) | METHOD FOR UTILIZING INTERNAL ENERGY OF WATER-BEARING FLUID MEDIUM AT GEOTHERMAL POWER PLANT | |
| Odor et al. | Investigation of the feasibility and efficiency of implementing carbon capture and storage technologies in downstream facilities: To mitigate greenhouse gas emissions | |
| CA2941843C (en) | Power generating system using low quality coal | |
| FR2982169A1 (en) | Method for capturing carbon-dioxide using solvent and amine e.g. monoethanolamine, involves regenerating amine in distillation column, where heat necessary for operation of distillation column is obtained from geothermal source | |
| GB2521116A (en) | Method for enhanced hydrocarbon recovery using captured acidic gas | |
| US20140250887A1 (en) | Power generation system making use of low grade coal | |
| BR102016000703A2 (en) | apparatus and process for flue gas carbon dioxide sequestration and advanced oil recovery |