CN107051336A - 利用地热能进行化工生产的***及其方法 - Google Patents

利用地热能进行化工生产的***及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用地热能进行化工生产的***及其方法，涉及地热能利用和化工生产领域。本发明的结构是：外部CO2气源、CO2罐、CO2注入泵、回注井、换热裂隙网络、生产井和净化器依次连通，得到具有高热能和净化的CO2；第1路，净化器和第1反应釜连通，在第1反应釜中盛装有催化剂，其输入口是第1反应原料的进口，其输出口是第1反应产品的出口，实现第1化工生产；第2路，净化器、换热器和CO2罐依次连通，实现热能的循环。本发明将地热能充分利用到化工生产上，不仅实现了生产成本的降低，也极大地实现了环境保护的目的。

Description

利用地热能进行化工生产的***及其方法
技术领域
本发明涉及地热能利用和化工生产领域，尤其涉及一种利用地热能进行化工生产的***及其方法；具体地说，本发明是利用CO2作为地热开发的传热介质，产生的高温CO2作为化工生产中的原料或供热介质。
背景技术
地热能是一种绿色、可再生的能源；地热资源可分为天然热水资源和高温岩体地热资源（也称干热岩）。我国有着极为丰富的干热岩资源，很多地方具有优越的开发条件，如西藏羊八井地区、云南腾冲地区、海南琼北地区、台湾、东南沿海地区和长白山天池等地区。地热能常用于发电，但低温地热能（一般低于150℃）的热能利用率较小，发电效果较差；若能将该部分能量较好地利用将具有很大的经济和环保价值。
化工生产中有很多化学反应需要在高温条件下进行；或为吸热反应，需要外部提供大量的热量。这些吸热反应或高温反应条件需要消耗大量热量，如今大多化工生产中利用热蒸汽供热，热蒸汽主要来源于热电机组或锅炉房。这类供热方式消耗了大量的化石燃料，既增加了化工生产成本，又会增加二氧化碳的排放对环境造成污染。
如果在化工生产中将地热能利用起来，会极大地降低化工生产成本和避免环境污染问题。干热岩地热资源开发中，CO2作为传热介质具有清洁、环保及低耗能等优点；CO2也可作为一些化工产品的生产原料，如甲烷、甲醇、一氧化碳、醇脂和醚脂类等，这些化学反应需要高温环境或为高温吸热反应。因此将地热能开发产出纯净的高温CO2作为化工生产所需的原料，可减少或免去热电机组或锅炉房供热，这样可极大地降低化工生产的能耗及成本，也减少了CO2的排放。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用地热能进行化工生产的***及其方法，具有使用成本低、效率高、清洁和可大规模使用等优点。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一、利用地热能进行化工生产的***
在地表上，设置有CO2罐、CO2注入泵、外部CO2气源、净化器、换热器、第1反应釜、第2反应釜和催化剂；
在地层中，设置有回注井、生产井和换热裂隙网络；
外部CO2气源、CO2罐、CO2注入泵、回注井、换热裂隙网络、生产井和净化器依次连通，得到具有高热能和净化的CO2；
第1路，净化器和第1反应釜连通，在第1反应釜中盛装有催化剂8，其输入口是第1反应原料的进口，其输出口是第1反应产品的出口，实现第1化工生产；
第2路，净化器、换热器和CO2罐依次连通，实现热能的循环；在换热器内设置有第2反应釜，在第2反应釜内盛装有催化剂，其输入口是第2反应原料的进口，其输出口是第2反应产品的出口，实现第2化工生产。
二、利用地热能进行化工生产的方法
①将CO2注入地下-201；
②使CO2地下换热-202；
③得到高温CO2-203；
④分为第1、2路
第1路：
A、在第1反应釜中CO2参与化学反应-204；
B、得到第1化工产品；
第2路：
a、给第2反应釜供热-205；
b、使CO2循环回注到步骤②-207。
本发明具有以下优点和有益效果：
①可充分利用地热能，极大地降低了化工生产中的耗能成本；
②不仅减少化石燃料的使用，而且CO2参与化学反应，能够实现碳减排目标；
③CO2在地下换热过程，有部分CO2可与岩石发生反应而固化实现CO2地质封存的目标；
④使用CO2作为传热介质或反应原料，可以充分利用化工生产中产生CO2副产品，不仅提高化工企业生产的附加值，而且实现环境保护；
总之，本发明将地热能充分利用到化工生产上，不仅实现了生产成本的降低，也极大地实现了环境保护的目的。
附图说明
图1是本***的结构方框图；
图2是本方法的工作流程图。
图中：
0—干热岩；
1—CO2罐；
2—CO2注入泵；
3—外部CO2气源；
4—净化器；
5—换热器；
6—第1反应釜；
7—第2反应釜；
8—催化剂。
A—回注井；
B—生产井；
C—换热裂隙网络；
D1—第1化工原料，D2—第2化工原料；
E1—第1化工产品，E2—第2化工产品。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明：
一、***
1、总体
在地表上，设置有CO2罐1、CO2注入泵2、外部CO2气源3、净化器4、换热器5、第1化工釜6、第2化工釜7和催化剂8；
在地层中，设置有回注井A、生产井B和换热裂隙网络C；
外部CO2气源3、CO2罐1、CO2注入泵2、回注井A、换热裂隙网络C、生产井B和净化器4依次连通，得到具有高热能和净化的CO2；
第1路，净化器4和第1化工釜6连通，在第1化工釜6中盛装有催化剂8，其输入口是第1化工原料D1的进口，其输出口是第1化工产品E1的出口，实现第1化工生产；
第2路，净化器4、换热器5和CO2罐1依次连通，实现热能的循环；在换热器5内设置有第2化工釜7，在第2化工釜7内盛装有催化剂8，其输入口是第2化工原料D2的进口，其输出口是第2化工产品E2的出口，实现第2化工生产。
2、功能部件（结构及其功能）
0）干热岩0
干热岩0为地下的热能储层，作为地热能的来源。
01）CO2罐1
CO2罐1为大型耐高压的CO2暂时储存设备，其功能是暂时储存CO2及稳定CO2的压力。
02）CO2注入泵2
CO2注入泵2为大型能将CO2增压注入地下的设备。
03）外部CO2气源3
外部CO2气源3为***提供CO2的直接源头，可以是运输CO2的罐车或管道；
其功能是为***提供及补给CO2。
04）净化器4
净化器4是一种大型高效气体净化装置，可将高温CO2夹杂的水汽及固体杂质去除，最终得到干燥、纯净和高温的CO2，可用作传热介质或反应原料。
05）换热器5
换热器5是一种能将高温CO2的热量传递给反应釜的装置。
06）第1反应釜6
反应釜包括第1、2反应釜6、7，为化学反应容器。
实现工艺上的加热、冷却等功能，作为高温CO2与其他原料的反应场所或需要加热的化学反应装置。
07）第2反应釜7
第2反应釜7和第1反应釜6相同。
08）催化剂8
催化剂8为某一化学反应所需的具体催化剂。
09）回注井A
回注井A为用于注入低温CO2的深层井。
10）生产井B
生产井B为用于高温CO2产出的深层井。
11）换热裂隙网络C
换热裂隙网络C由人工压裂方法产生，作为CO2（或其他介质）与干热岩0的换热空间，将干热岩0自身热量传递给CO2。
12）第1化工原料D1、第2化工原料D2
第1化工原料D1、第2化工原料D2为某一化学反应所需的化工原料。
13）第1化工产品E1、第2化工产品E2
第1化工产品E1、第2化工产品E2为某一化学反应的主要产品。
3、工作原理
在地下具有干热岩0资源区域布置和施工钻井，钻井进入干热岩0一定距离，采用人工压裂方法制造换热裂隙网络C；然后选一口钻井作为回注井A，自地面注入CO2，另一口钻井作为生产井B，可产出高温CO2，再经过净化器4，得到纯净的高温CO2；高温CO2即可作为化工生产的原料，进入第1反应釜6，经催化剂8作用与其第1反应原料D1发生化学反应最终得到第1化工产品，如甲醇、甲烷、CO等；高温CO2也可作为供热介质，流经第2反应釜7的换热器5，将热量传递给第2反应釜7，最后经CO2罐1由CO2注入泵2再次注入回注井A。
二、方法
如图2，本方法包括下列步骤：
①将CO2注入地下-201；
②使CO2地下换热-202；
③得到高温CO2-203；
④分为第1、2路
第1路：
A、在第1第1反应釜中将CO2参与化学反应-204；
B、得到第1化工产品；
第2路：
a、给第2反应釜供热-205；
b、使CO2循环回注到步骤②-207。
具体实施例可分为三步：地热***的构建、高温CO2的产生和高温CO2参与反应或供热。
一、地热***的构建
如图1，前述。
1、在选定地热靶区施工至少2口钻井，一口作为回注井A、另一口作为生产井B；
2、对干热岩0进行人工压裂，制造出用于换热的换热裂隙网络C，使换热介质由回注井A注入，流经换热裂隙网络C与干热岩0进行热交换，最后经生产井B产出高温CO2；
3、地面安装CO2罐1、注入泵2和净化器4，并将外部CO2气源3接入CO2罐1。
二、高温CO2的产生
CO2经注入泵1注入回注井A，CO2在换热裂隙网络C中与干热岩0发生热交换，CO2自身温度升高，被加热后的高温CO2在地下换热裂隙网络C的高压作用下经过生产井B压出，得到含有水汽或杂质的不纯高温CO2，然后经过净化器4，即可得到纯净高温CO2。
三、高温CO2参与反应或供热
纯净的高温CO2即可用做化工生产的原料，也可作为化工生产加热的供热介质。
1、当用作化工生产的原料时，其具体实施步骤如下：
1）纯净的高温CO2注入到第1反应釜6；
2）高温CO2依靠自身高温将第1反应釜6加热到预定温度；
3）第1化学原料D1注入到第1反应釜6；
4）CO2与第1化工原料D1经催化剂8作用发生化学反应，得到第1化工产品。
2、当用作供热介质时，其具体实施步骤如下：
1）高温CO2注入换热器5，即将自身能力传递给换热器5；
2）换热器5温度升高，可将第2反应釜7加热到预定温度；
3）流经换热器5的CO2自身温度下降，再次流回CO2罐1待再次注入地下进行热循环；
4）外部CO2气源3补充循环损失的CO2；
5）CO2罐1中CO2再次注入回注井A，进行再次的热循环。

Claims (2)

1.一种利用地热能进行化工生产的***，其特征在于：
在地表上，设置有CO2罐（1）、CO2注入泵（2）、外部CO2气源（3）、净化器（4）、换热器（5）、第1化工釜（6）、第2化工釜（7）和催化剂（8）；
在地层中，设置有回注井（A、）生产井（B）和换热裂隙网络（C）；
外部CO2气源（3）、CO2罐（1）、CO2注入泵（2）、回注井（A）、换热裂隙网络（C）、生产井（B）和净化器（4）依次连通，得到具有高热能和净化的CO2；
第1路，净化器（4）和第1化工釜（6）连通，在第1化工釜（6）中盛装有催化剂（8），其输入口是第1化工原料（D1）的进口，其输出口是第1化工产品（E1）的出口，实现第1化工生产；
第2路，净化器（4）、换热器（5）和CO2罐（1）依次连通，实现热能的循环；在换热器（5）内设置有第2化工釜（7），在第2化工釜（7）内盛装有催化剂（8），其输入口是第2化工原料（D2）的进口，其输出口是第2化工产品（E2）的出口，实现第2化工生产。
2.按权利要求1所述***进行化工生产的方法，其特征在于：
①将CO2注入地下（201）；
②使CO2地下换热（202）；
③得到高温CO2（203）；
④分为第1、2路
第1路：
A、在第1第1反应釜中将CO2参与化学反应（204）；
B、得到第1化工产品；
第2路：
a、给第2反应釜供热（205）；
b、使CO2循环回注到步骤②（207）。
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