DE1253659B - Verfahren zur Speicherung von insbesondere brennbaren Gasen - Google Patents
Verfahren zur Speicherung von insbesondere brennbaren GasenInfo
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-
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
E21f
Deutsche Kl.: 5 d-17/16
Nummer: 1253 659
Aktenzeichen: A 52614 VI a/5 d
Anmeldetag: 31. Mai 1966
Auslegetag: 9. November 1967
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Speicherung von insbesondere brennbaren Gasen in
unterirdischen Speichern.
Die unterirdische Speicherung von brennbaren Gasen ist bereits in gewissen geologischen Formationen
verwirklicht worden. Nach einem bekannten Verfahren zur Seicherang von Erdgas wird dieses in eine
erschöpfte Erdöl- oder Erdgaslagerstätte gedrückt. Die Aufnahmefähigkeit des durch diese Lagerstätte
gebildeten unterirdischen Speichers hängt unter anderem vom freien Raum ab, der in der Lagerstätte
auf Grund der vorherigen Ausbeutung verblieben ist.
Bei einem anderen bekannten Verfahren zur Speicherung von brennbaren Gasen werden diese in porösen,
wassergesättigten Sandstein eingeführt, der unter einem undurchlässigen Sattel eingeschlossen ist.
Um in diesem Fall einen Wassereinbruch in die Zugangsbohrungen zu vermeiden, ist es unerläßlich, bei
der Inbetriebnahme ein ständiges Mindestvolumen des Gases einzudrücken (Gaspolster). Das Fassungsvermögen
des durch dieses Gestein gebildeten unterirdischen Speichers liegt somit unter dem eigentlichen
Volumen dieses Speichers. Da durch die Einführung des Gases das Wasser aus dem Gestein zurückgedrückt
wird und die Entnahme von Gas aus dem Gestein unter dem Gegendruck dieses Wassers erfolgt,
müssen diese Speicher eine sehr große Berührungsfläche mit dem Gas und somit riesige Abmessungen
im Vergleich zu ihrem effektiven Fassungsvermögen haben. Ferner ist das eingedrückte Gas nicht unbedingt
im chemischen Gleichgewicht mit dem Gestein des Speichers, und es besteht außerdem die
Gefahr einer Verunreinigung des Grundwassers.
Bei anderen bekannten Verfahren zur Speicherung von brennbarem Gas führt man dieses in natürliche
oder künstliche unterirdische Speicher ein, die sich in geeigneten dichten geologischen Strukturen, z. B.
Salzformationen, zusammenhängendem, nicht aus mit Spalten und Klüften versehenem Gestein (toniger
Kalkstein, Schiefer, kristallines Gestein, Quarzite, Kalkstein) oder plastischem Gestein (Tone), befinden.
Bei diesen letztgenannten Verfahren werden die natürlichen oder künstlichen geometrischen Hohlräume
der Lagerstätte gefüllt. Das tatsächliche Fassungsvermögen dieser Speicher ist direkt abhängig vom ver- «
fügbaren geometrischen Volumen der Hohlräume.
Gegenstand der Erfindung ist ein neues Verfahren zur Speicherung von insbesondere brennbaren Gasen,
bei dem das tatsächliche Fassungsvermögen des unterirdischen Speichers größer ist als sein eigent-Iiches
Volumen. Zu diesem Zweck wird beim neuen Verfahren das zu speichernde Gas in eine Stein-Verfahren
zur Speicherung
von insbesondere brennbaren Gasen
Anmelder:
Forges de Thy-Marcinelle et Monceau S. A.,
Marcinelle (Belgien)
Vertreter:
Dr.-Ing. A. v. Kreisler, Dr.-Ing. K. Schönwald.
Dr.-Ing. Th. Meyer
und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. J. F. Fues,
Patentanwälte, Köln 1, Deichmannhaus
Beanspruchte Priorität:
Belgien vom 2. Juli 1965 (14 874),
vom 5. Mai 1966 (27715)
Belgien vom 2. Juli 1965 (14 874),
vom 5. Mai 1966 (27715)
kohlenlagerstätte eingeführt, die selbst den Speicher darstellt.
Die Tatsache, daß das tatsächliche Fassungsvermögen der Kohlenlagerstätte wesentlich größer ist
als das eigentliche geometrische Volumen dieser Lagerstätte, erklärt sich durch die Eigenschaft des
Gesteins der Kohlenlagerstätte, eine große Gasmenge unter anderem unter dem Einfluß des Drucks
aufnehmen zu können. Diese aufgenommene Gasmenge kann bei gewissen Kohlesorten beispielsweise
40 Nm3 Methan je Tonne erreichen.
Wenn ein Gas in eine Kohlenlagerstätte eingeführt wird, füllt dieses Gas nicht nur die Hohlräume, die
Spalten und die Poren, die das eigentliche Volumen dieser Lagerstätte bilden, sondern es wird auch durch
das Gestein adsorbiert, aus dem diese Lagerstätte besteht.
Bei dem neuen Verfahren ist es somit möglich, in eine Kohlenlagerstätte eine Menge eines insbesondere
brennbaren Gases einzuführen, die größer ist, als sie in andere geologische Formationen bei den bekannten
Verfahren eingeführt werden kann, und zwar bei gleichem tatsächlichem Volumen aller dieser Lagerstätten
und bei gleichen Drücken, mit denen das Gas in die Lagerstätten eingeführt wird.
Der unterirdische Speicher kann eine unverritzte Kohlenlagerstätte sein. Vorzugsweise wird jedoch
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3 4
eine vorher teilweise ausgebeutete und entgaste Koh- einem verhältnismäßig hohen Druck eingeführt, um
lenlagerstätte für die Speicherung des Gases verwen- die Adsorption dieses Gases im Gestein der Kohlendet. Eine solche Lagerstätte hat den Vorteil, daß sie lagerstätte zu erleichtern. Die Anpassung einer
ein größeres Eigenvolumen hat als eine noch nicht schlagwetterführenden, vorher teilweise ausgebeuteausgebeutete
Lagerstätte. Dies ist insbesondere auf S ten und entgasten Steinkohlenlagerstätte als unterdie
Hohlräume zurückzuführen, die während des Ab- irdischer Speicher für ein brennbares Gas ist besonbaues
gebildet wurden. Außerdem hat eine solche ders vorteilhaft, weil sie nicht die Einführung eines
Lagerstätte eine riesige Berührungsfläche zwischen Spülgases erfordert und weil vor allem hierbei das
Gas und Gestein, Diese Berührungsfläche wird dar- Grubengas ausgenutzt wird, das bis zu diesem Zeitgestellt
durch die Oberfläche sämtlicher Hohlräume io punkt im Gestein der Lagerstätte absorbiert war. Zu
sowie durch die Unzahl von Spalten und Rissen, die diesem Zweck zieht man gemäß einem wichtigen
durch Bergbewegungen als Folge der Abbauarbeiten Merkmal der Erfindung progressiv aus der schlagentstanden
sind. Diese starke Aufgliederung oder weiterführenden Kohlenlagerstätte Gas aus der
Zersplitterung der Lagerstätte steigert die Durch- äußeren Phase ab, die sich vorher in dem Raum belässigkeit
des Gesteins und erleichtert somit die Zir- 15 findet, der das äußere Volumen des Gesteins des
kulation und die Diffusion des Gases in der Lager- unterirdischen Speichers begrenzt, so daß in diese
statte. äußere Gasphase Grubengas übergeht, das bisher im
Außerdem erleichtert die teilweise Entgasung oder Gestein der Lagerstätte adsorbiert war. In dieser
die Desorption der Kohlenlagerstätte, die den Teil Weise erhöht man allmählich den Heizwert des Gases
des Eigenvolumens umgibt, das durch die Abbau- 2° der äußeren Phase, bis dieser den Heizwert des zu
arbeiten gebildet wurde, die Adsorption dieser Gase speichernden Gases im wesentlichen erreicht hat.
durch das Gestein der Lagerstätte. Aus diesen Er- Dieser Abzug des äußeren Gases aus der schlagwägungen
heraus wird das Gas in die Kohlenlager- wetterführenden Kohlenlagerstätte wird vor Einfühstätte
eingeführt, die gemäß einer Besonderheit der rung des zu speichernden Gases in den durch diese
Erfindung vorher teilweise ausgebeutet und entgast as Lagerstätte gebildeten unterirdischen Speicher vorwurde,
genommen. Die Herrichtung eines Speichers aus
Die Diffusion und Adsorption von Gasen im Ge- einer vorher teilweise ausgebeuteten und entgasten,
stein einer Kohlenlagerstätte ergeben sich aus Er- schlagwetterführenden Kohlenlagerstätte ist somit
scheinungen, die von der Innenstruktur abhängen, die einfach und gleichzeitig besonders wirtschaftlich,
gewissen Gesteinsarten (Steinkohle und Kohlenschie- 30 Weitere Einzelheiten und Besonderheiten der Er-
fer) eigen ist. Die spezifische innere Oberfläche ge- findung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
wisser Kohlearten kann beispielsweise 100 m2/g er- eines Beispiels der Speicherung eines brennbaren
reichen. Der Gasaustausch zwischen dem Gas außer- Gases. Hierbei handelt es sich um die Speicherung
halb des Gesteins und dem Gas, das im inneren Ge- eines brennbaren Erdgases, das beispielsweise die
füge des Gesteins adsorbiert ist, hängt insbesondere 35 folgende durchschnittliche Zusammensetzung hat:
von der Art und dem Druck des äußeren Gases, das
von der Art und dem Druck des äußeren Gases, das
sich mit dem Gestein in Berührung befindet, von der ^H4 81,3%
Größe der Berührungsfläche zwischen dem äußeren C2H6 2,9%
Gas und dem Gestein, von der Art der Innenstruk- C3H8 0,4%
tür, der Durchlässigkeit, der Größe der inneren 40 q jj 01%
Oberfläche, von der Temperatur und vom Adsorp- (-1W ΐΊ«/
tionsvermögen des Gesteins ab. In der vorliegenden ^n*1™ »-1 /o
Beschreibung wird als äußere Gasphase das Gas be- CO2 0,8%
zeichnet, das sich in dem Teil des Eigenvolumens der N2 14,4%
Lagerstätte befindet, der außerhalb des Gesteins liegt 45
und durch das restliche Volumen sämtlicher Hohl- Dieses Gas hat einen mittleren Heizwert von etwa
räume gebildet wird, die beispielsweise auf die frühe- 8300 cal/Nm3. Es ist auch möglich, synthetische
ren Abbauarbeiten und auf die Zugangsschächte der brennbare Gase oder auch unbrennbare Gase zu
Lagerstätte zurückzuführen sind. Als innere Gas- speichern.
phase ist das Gas zu verstehen, das sich in dem Teil 50 Als unterirdischer Speicher wird gemäß der Erdes
Eigenvolumens der Lagerstätte befindet, der im findung eine vorzugsweise schlagwetterführende und
Innern des Gesteins liegt und die freien Räume der vorher teilweise ausgebeutete und entgaste Kohlen-Innenstruktur
des Gesteins ausfüllt. Als adsorbierte lagerstätte verwendet. Diese verschlossene Kohlen-Phase
wird das Gas bezeichnet, das sich im inneren lagerstätte hat ein außerhalb des Gesteins befind-Gefüge
des Gesteins befindet und dessen innere 55 liches, durch den Abbau zurückgebliebenes Volumen,
Oberfläche bedeckt. das einerseits aus den Schächten, Stollen und absicht-
Die innere Phase und die adsorbierte Phase, die lieh während des Abbaues ausgeräumten Arbeitsorten
durch die Innenstruktur des Gesteins adsorbiert sind, und andererseits aus den Spalten, Rissen und Hohlbefinden
sich normalerweise im Gleichgewicht mit räumen besteht, die sich während des Abbaues und
der äußeren Gasphase. Dieses Gleichgewicht hängt 60 nach dem Abbau gebildet haben,
unter anderem vom Druck dieser äußeren Gasphase Beim gewählten Beispiel kann geschätzt werden, ab. Hieraus ergibt sich insbesondere, daß die Diffu- daß dieses restliche Volumen des unterirdischen sion des Gases in das Gestein der Kohlenlagerstätte Speichers, der in dieser Steinkohlenlagerstätte durch und die Adsorption dieses Gases durch das Gestein den Abbau gebildet worden ist, etwa 10 000 000 m3 durch eine Steigerung des Drucks der äußeren Gas- 65 beträgt. Dieses äußere Volumen des Gesteins des phase erleichtert werden. unterirdischen Speichers ist mit einem Gas gefüllt,
unter anderem vom Druck dieser äußeren Gasphase Beim gewählten Beispiel kann geschätzt werden, ab. Hieraus ergibt sich insbesondere, daß die Diffu- daß dieses restliche Volumen des unterirdischen sion des Gases in das Gestein der Kohlenlagerstätte Speichers, der in dieser Steinkohlenlagerstätte durch und die Adsorption dieses Gases durch das Gestein den Abbau gebildet worden ist, etwa 10 000 000 m3 durch eine Steigerung des Drucks der äußeren Gas- 65 beträgt. Dieses äußere Volumen des Gesteins des phase erleichtert werden. unterirdischen Speichers ist mit einem Gas gefüllt,
Demgemäß wird das zu speichernde Gas gemäß das als »äußeres Gas« oder »äußere Gasphase« be-
einer weiteren Besonderheit der Erfindung unter zeichnet wird. Vor dem Beginn der Gasspeicherung
Claims (4)
1. Verfahren zur Speicherung von insbesondere brennbaren Gasen in unterirdischen, unter
gasundurchlässigen Schichten befindlichen Speichern, dadurch gekennzeichnet, daß
man das Gas in eine Kohlenlagerstätte einführt, die selbst diesen Speicher darstellt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das brennbare Gas in
eine vorher teilweise ausgebeutete und entgaste Steinkohlenlagerstätte einführt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das brennbare Gas
unter einem verhältnismäßig hohen Druck so einführt, daß hierdurch die Adsorption dieses Gases
durch die Kohlenlagerstätte gesteigert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß man vor der Speicherung
von brennbarem Gas in einer vorher teilweise
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ausgebeuteten und entgasten, schlagwetterführen- Grubengas in das äußere Gas eingeführt wird,
den Steinkohlenlagerstätte äußeres Gas, das sich um auf diese Weise allmählich den Heizwert des
vorher im Volumen außerhalb des Gesteins des äußeren Gases im Maße des Absaugens zu erunterirdischen
Speichers befindet, progressiv so höhen und in Abhängigkeit vom Heizwert des zu
abzieht, daß bisher im Gestein adsorbiertes 5 speichernden Gases zu regeln.
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