DE2126823C3

DE2126823C3 - Verfahren zur Speicherung und Rückgewinnung von in Kohlenwasserstoffen löslichen Gasen

Info

Publication number: DE2126823C3
Application number: DE2126823A
Authority: DE
Inventors: Gerhard 2080 Pinneberg Kuehne
Original assignee: Edeleanu GmbH
Current assignee: Edeleanu GmbH
Priority date: 1971-05-29
Filing date: 1971-05-29
Publication date: 1975-09-11
Also published as: FR2143677A1; DE2126823B2; GB1393994A; US3807181A; FR2143677B1; NL7207069A; DE2126823A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Speicherung von Gasen durch Einpressen dieser Gase in Untertagespeicher, die flüssige Kohlenwasserstoffe enthalten, in denen diese Gase löslich sind.

In unterirdischen Hohlräumen werden sowohl Gase und Flüssiggase für die Spitzenbedarfsdeckung als auch Kohlenwasserstoffe, insbesondere Rohöle sowie Mitteldestillate und leichtere Kohlenwasserstoffe Tür die Bevorratung gespeichert. Die Speicherung und die Entnahme von Gasen, vor allem von Erdgasen, aus den Speichern erfolgt durch Kompression und Expansion des Inhalts der »trockenen« Kavernen. wobei wegen der erforderlichen Standfestigkeit Mindestdrücke nicht unter- und wegen der beschränkten Festigkeit des Ge birges gegen Aufreißen Höchstdrücke nicht überschritten werden dürfen. Beide sind von der gegebenen Teufe abhängig.

Als Folge der plastischen Eigenschaften der Salzformationen hat ein Hohlraum, insbesondere eine Salzkaverne, um so mehr das Bestreben zu schrumpfen, je geringer der von seinem Inhalt auf die Gebirgswandungen ausgeübte Gegendruck ist. Die Dauer der Konvergenz, also die Lebensdauer, ist somit von dem Verhältnis des Innendruckes zum Gebirgsdruck abhängig. Dabei wirkt sich die Schwankungsbreite des letzten nachteilig aus. indem die Schrumpfungsschübe während einer teilweisen Entlastung größere Werte annehmen. Dieser Vorgang verläuft träge, weil nach einer Wiederanhebung des Innendruckes dieser Bewegungsimpuls nicht sofort verkleinert wird, sondern erst über einen längeren Zeitraum abklingt.

Diesen die Konvergenz beschleunigenden Tendenzen unterliegt die ständig mit einer Flüssigkeit gefüllte Kaverne in wesentlich geringerem Maße. Die Schrumpfung läßt sich sogar praktisch völlig unterbinden, wenn der Druck der die Kaverne ausfüllenden Flüssigkeit bis zur Größenordnung des Gebirgsdruckes ansteigt. Dazu kommt es automatisch, wenn die mit Flüssigkeit gefüllte Kaverne mittels der am Kopf des Bohrloches befindlichen AbsperreinrichUingen gegen Flüssigkeilsaustritt abgesperrt wird. Der kaverneninnendruck. durch eine Restschrumpfung hervorgerufen, nähert sich asymptotisch dem Gebirgsdruck. Methan löst sich leicht in höheren Kohlenwasserstoffen, wobei die Löslichkeit von der Temperatur und von dem Druck abhängig ist. und es ist bereits vorgeschlagen worden. Erdgas in tiefgekühltem flüssigem Propan zu speichern. Dieses Verfahren erfordert aber, soll es ίο praktische Bedeutung erlangen, wegen der erforderlichen Wärmeisolierung einen hohen Kostenaufwand für die Investition und beträchtliche Betriebskosten für die ständige Aufrechterhalüing der tiefen Temperatur im Behälter. Auch wird mit diesem Verfahren der Zweck verfolgt. Erdgas und Propan bzw. Butan eventuell unter Zumischung von Luft in die für den Verbraucher geeignete Brennqualität zu verwandeln und darzubieten.

Nach der USA.-Patentschrift 2930 197 werden Erdgase in flüssigen Kohlenwasserstoffen, die sich in SaIzkavernen befinden, durch Einleiten in diese Kohlenwas serstoffe gespeichert und durch drahtionierte Destillation unter Ausnutzung des natürlichen Temperaturgradienten in der Erde wiedergewonnen. Dieses Verfahren schließt die Erkaltung eines konstanten Drucks in der Kaverne aus.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es. ein wirtschaftliches Verfahren zur Untertagespeicherung von in Kohlenwasserstoffen löslichen Gasen, insbesondere Methan und methanreichen Gasen, bevorzugt Erdgas, in eirem beständigen, sich praktisch nicht deformierenden Speicherraum zu schaffen.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Speicherung von in flüssigen Kohlenwasserstoffen löslichen Gasen in Kohlenwasserstoffe enthaltenden Hohlräumen in Salzlagerstätten, die über eine Bohrung mit über Tage verbunden sind, indem die zu speichernden Gase durch Einleiten in die Kohlenwasserstoffe gelöst werden, und Rückgewinnung derselben, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Gase in solche HoM- räume eingeleitet werden, die im untersten Teil Salzwasser enthalten und im übrigen Teil vollständig bis zutage mit den flüssigen Kohlenwasserstoffen gefüllt sind, daß die Gase durch Entnehmen der flüssigen, die Gase gelöst enthaltenden Kohlenwasserstoffe unter Entspannen über Tage zurückgewonnen und die entspannten Kohlenwasserstoffe zurückgeführt werden, wobei eine dem durch Abgabe der Gase reduzierten Volumen der Kohlenwasserstoffe entsprechenden Menge Salzwasser den Hohlräumen zur Aufrechterhal tung des Druckes zugeführt wird, die bei erneuter Spei cherung von Gasen entsprechend dem damit verbundenen Volumenzuwachs nach über Tage verdrängt wird.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in der zusätzlichen Nutzbarmachung der

SS in großer Zahl zur Zeit entstehenden großräumigen Untertagespeicher in Salzlagerstätten zur Absorption entsprechend großer Erdgasmengen.

Dieser Vorteil liegt insbesondere in der Einsparung der sonst erforderlichen kostspieligen Großraumbehäl ter und der Nutzung vorhandener Kavernenvolumina sowie in der praktischen Ausschaltung der Verkleinerung des Kavernenraumes durch natürliche Schrumpfung. Die hier in Frage kommenden Speicher enthalten insbesondere Rohöl, das unter Normalbedingungen' gasfrei ist oder dessen gasfreie Raffinate, z. B. Gasöl. Zwar wird beispielsweise Methan bei niedrigeren Temperaturen leichter absorbiert als bei Temperaturen, die

den gegebenen Lagerstättentemperaturen entsprechen, jedoch stehen diese Flüssigkeiten durch das Gewicht der bis zutage reichenden Salzwassersäule unter einem hohen Druck, z. B. bei 1000 m Teufe unter 120 at Die Löslichkeit steigt mit dem Druck direkt proportional. Sie beträgt für Methan in Gasöl etwa 40 Nm³ Gas/m* Gasöl bei 35°C und 12OaL Das bedeutet daß 200 000 m^J Gasöl 8 Mio Nm³ Gas absorbieren, wobei das Gesamtvolumen nur geringfügig ansteigt Durch Druckanhebung in der Kaverne — sie läßt sich bei 1000 m Teufe bis etwa 200 at treiben — sind etwa bis zu 14 Mio Nm³ Gas speicherbar.

Dieses las läßt sich in beliebigen Zyklen durch Entspannung praktisch restlos, d. h. ohne den Verbleib von Kissengas im Speicher, zurückgewinnen. Zur restlosen Rückgewinnung wird eine dementsprechende Menge Flüssigkeitsgemisch dem Speicher entnommen und in einer Abscneideanlage auf nahezu atmosphärischen Druck entspannt Das Gas kann ohne weitere Nachbehandlung über eine Niederdruckkompressoranlage dem Verbrauch wieder zugeführt werden, während das Speicherprodukt z. B. Gasöl, in die Kaverne zurückgepumpt wird

Umgekehrt wird für die Speicherung von Gas dieses über einen Hochdruckkompressor in den unteren Teil der Kaverne gepreßt Es löst sich beim Aufsteigen in der den Kaverneninhalt darstellenden Flüssigkeit. Die damit verbundene Volumenvergrößerung wird über die Salzwasserleitung in herkömmlicher Weise ausgeglichen.

Der Speicher- und Entnahmevorgang gemäß dem trfindungsgemäßen Verfahren wird im folgenden an Hand der Zeichnung beispielsweise beschrieben:

Gas wird durch die Leitung 1 über einen Hochdruckkompressor 2 in den Ringraum 3 des bis in den unteren Teil der Kaverne 4 reichenden Rohrstranges 5, den dieser mit dem innersten konzentrisch angeordneten Rohr 6 bildet, eingepreßt. Die Kaverne 4 ist im wesentlichen mit Rohöl gefüllt; nur der unterste Teil, in den das Rohr 6 hineintaucht ist ,mit Salzwasser, das mit dem öl nicht mischbar und spezifisch schwerer als dieses isi, gefüllt

Beim Aufsteigen des eingepreßten Gases in der ölfüllung der Kaverne wird dieses vom öl absorbiert, ein Vorgang, der bis zur Sättigung fortgesetzt werden kann.

Entsprechend den stetig mit der Teufe sich verändernden Druckzuständ^n in der Kaverne und der ihr zugeordneten Bohrung 8 wird sich an deren oberem Ende, der Stelle des geringsten Druckes, bei 9 eine Gaskappe ausbilden, die im Bedarsfalle, d. h. wenn das Gas aus dem Speicher wieder entnommen,werden soll, über einen Abscheider 10 abgelassen werden kann. Das den Abscheider verlassende trockene Gas wird alsdann mittels eines Niederdruckkompressors 11 wieder dem Gasnetz über die Leitung 1 zugeführt. Das im Abscheider 10 sich vom Gas trennende öl wird mittels der Pumpe 12 wieder in den Ringraum 3 und somit in den unteren Teil der Kaverne zurückgeführt.

Bei der Absorption des Gases wird sich das Volumen dt:s ölinhalts 4 um einen geringfügigen Betrag vergrößern. Zum Ausgleich dient das bis in das Salzwasser 7 tauchende Rohr 6, das den Volumenüberschufl m Form von Salzwasser über eine Rohrleitung 13 einem nicht dargestellten Saizwasserbehälter zuführt und bei Volumenminderung im Falle einer Gasentnahme aus der Kaverne wieder in diese zurückleitet. Durch das Gewicht dieser Salzwassersäule in dem Rohrstrang 6, der vom Bohrlochkopf 14 bis in den untersten, das Salzwasser enthaltenden Teil der Kaverne reicht, wird der für die Speicherung des Gases durch Lösung im Öl erforderliche Druckzustand hervorgerufen. Der Volumenausgleich ist nicht erforderlich, wenn er durch die Kompressibilität der in der Kaverne enthaltenen Flüssigkeiten in Form eines Druckanstiegs ohne ein Aufreißen der Kavernenwandungen aufgefangen werden kann, was von der Teufenlage der Kaverne, also den geologischen Bedingungen, abhängig ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Speicherung von in flüssigen Kohlenwasserstoffen löslichen Gasen in Kohlenwasserstoffe enthaltenden Hohlräumen in Salzlagerstätten, die über eine Bohrung mit Ober Tage verbunden sind, indem die zu speichernden Gase durch Einleiten m die Kohlenwasserstoffe gelöst werden, und Rückgewinnung derselben, dadurch gekennzeichnet, daß die Gase in solche Hohlräume eingeleitet werden, die im untersten Teil Salzwasser enthalten und im übrigen Teil vollständig bis zutage mit den flüssigen Kohlenwasserstoffen gefüllt sind, daß die Gase durch Entnehmen der flüssigen, die Gase gelöst enthaltenden Kohlenwasserstoffe unter Entspannen über Tage zurückgewonnen und die entspannten Kohlenwasserstoffe zurückgeführt werden, wobei eine dem durch Abgabe der Gase reduzierten Volumen der Kohlenwasserstoffe entsprechenden Menge Salzwasser den Hohlräumen zur Aufrechterhaltung des Druckes zugeführt wird. die bei erneuter Speicherung von Gasen entsprechend dem damit verbundenen Volumenzuwachs nach über Tage verdrängt wird.