DED0019922MA - - Google Patents

Description

BUNDESRiEPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 1. März 1955 Bekanntgemacht am 12. Juli 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren, zur Nutzbarmachung unter Tage befindlicher Lagerstätten von festen bis flüssigen Bdtumina, nach welchem die Biturninla in Form gasförmiger oder dampfförmiger Produkte hereingebracht werden.

Bei der bergmännischen Ausbeutung der¹ Lagerstätten von Anthrazit, Steinkohle, Braunkohle Und sonstigen. Bitumina sowie bei der Gewinnung von Erdöl müssen, häufig Horizonte unberücksichtigt bleiben, weil sich der bergmännische Abbau entweder, infolge zu, geringer Mächtigkeit oder infolge zu geringen Gehalts an bituminösem Material nicht lohnt oider weil die Lagerstätten in so bedeutender Teufe vorkommen, daß ihr Abbau mit den bekannten bergmännischen, Mitteln technisch oder wirtschaftlich zur Zeit nicht möglich ist. Des weiteren treten.' auch Fälle auf, daß die Lagerstätten, soi weit erschöpft: sind, daß ein weiterer bergmännischer Abbau oder eine: Gewinnung von flüssigen Kohlenwasserstoffen durch Bohrungen nicht lohnend ist.

Mit zunehmender Teufe erhöhen sich die technischen Schwierigkeiten und Gefahren, für den Bergmann; insbesondere werden auch die Arbeitsverhältnisse für den Menschen je nach Größe der für den Einzelfall in, Betracht¹ kommenden geothemischen Tieifenstufe immer ungünstiger und sind nur durch die fortschreitende Bewetterungstechnik' unter immer größeren Kostenaufwendungen erträglich zu gestalten.

Der Bergbau, wird auch in zunehmendem Maße unter Mangel an Arbeitskräften, leiden, so dlaß es notwendig ist, die Fortschritte von Wissenschaft und Technik in breitestem Umfange zur Einsparung

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von menschlicher Arbeitskraft im Untertagebetrieb dier Zukunft einzusetzen.

Man hat bereits versucht, die oben beschriebenen Lagerstätten dadurch nutzbar zu machen, daß man

. 5 in bekannter Weise die zur Destillatiort, Schwelung oder Vergasung notwendige Wärmeenergie durch direkte partielle Verbrennung des Lagerstättenmaterials, erzeugt, urn einen anderen Teil durch direkteWärmeeinwirkung zurVergasung zubringen.

ίο Dabei bedient man sich siauerstoffhaltiger Treibgase, wie der Luft, mit oder ohne Zumischung von Wasserdampf u. dgl.

Diese Verfahren wurden zwar im großen erprobt, haben sich aber deshalb nicht durchsetzen können, weil eine erhebliche > Menge des Materials zur Energieerzeugung verbraucht: wird¹, so^; daß, das Verhältnis des Restmateriials 'zu totem Gestein, zunehmend ungünstiger wird,, weil die Kontrolle des Temperaturverlaufs unter Tage sich einer Beeinflussung weitgehend entzieht und es so zu Sinterungserscheinungen kommen kann, die eine restlose Verwertung des Lagervo<rkommens erschweren oder unmöglich machen, , . ;· .

Lagerstätten flüssiger Bitutnina, wie Erdöl, geben

bei der bohrtechnischen Erschließung das Öl so lange an die Oberfläche ab, als-der Druck, unter dem sie stehen, größer ist als das Gewicht der Ölsäule. Bei druckarmen Lagerstätten, nimmt man Pumpen zu Hilfe, und später bedient man sich der sogenannten Sekundärverfahren zur Gewinnung der restlichen ölmengen. Diese Verfahren beruhen darauf, daß man die Lagerstätte in geeigneter Weise durch eingepreßtes Wasser odier eingepreßte Gase unter Druck setzt. ,

Es ist auch schon vorgeschlagen worden, den Druck dadurch herzustellen, daß man Lagerstättenteile durch elektrische Widerstandsheizung erhitzt, so daß dann Wasserdampf oder Krackproduktei, die sich in der Formation bilden, den Druck aufbauen, um das öl an geeigneter Stelle in der Lagerstätte anzureichern. . ; ■ . ^;:-.' ..

Man hat auch versucht, diese Methode dier elektrischen Widerstandsheizung zur direkten Destillation, Schwelung oder Vergasung unter Tage a,nzuwenden, wobei man, auf die Verwendung sauerstoffhaltiger und, dadurch direkt wärmeerzeugender Hilfsgase verzichtet hat. Zum Beispiel wurde die elektrische Energie an Bohrrohre oder andersartige Elektroden herangeführt.' ■ .·.■..·.■■.■ -

Die Schwierigkeit ist in diesem Falle: ein bedeutender Verlust, an elektrischer Energie durch • Bodenschichten, die man nicht erwärmen will, und in den Lagerstätten selbst durch elektroly tische Vorgänge, die stromverzehrend wirken, ■■ : .

Eine Abschirmung der Elektroden in dem Sinne, daß der Strom nur durch die gewünschten; bituminösen Schichten fließen kann, bringt nur eine graduelle Besserung der Stromausbeute. :

Allen diesen thermischen Verfahren, insbesondere denen, die zwangläufig von einer Stelle mit extrem hoher Temperatur aus· die wirksame Wärme - der Lagerstätte zuführen, haften zwei schwerwiegendb Nachteile an. Es kommt zur Erscheinung der Rückkcjndensäitiön::; Die' verdampften Kohlenwasserstoffe eilen der Wärmetwelle voraus und kondensieren am noch nicht hinreichend erwärmten bzw. kühleren Stellen, des Lagers bzw. dringen; in das Speichergestain ein. Mit steigender Temperatur werden die vorauseilenden kondensierenden Dämpfe immer höher molekular und Viskoser, so> daß es bereits dadurch, nach·;_;.verhältnismäßig, ,geringem Fortschreiten der Wärmewelle zu Porenverschluß und! ungenügendem Verschwelen kommt. Weiterhin erfolgt im Speichergestein dadurch eine besondere Anreicherung der hochmolekularen Schwelanteile, die nun, bei weiterem Ansteigen der Temperatur infolge Fortschreitens der Wärmewelle durch Verkokung, zürn völligen nicht reversiblen Verschluß der Poren führen-können, i ■,

Ziel der Erfindung ist, die restlose oder weitgehende Entgasung von festen bis flüssigen Bituminiai in unter Tage befindlichen Lagerstätten mit einer Technik zu bewerkstelligen, der die genannten Mängel nicht anhaften.

Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, die Lagerstätten durch zweckentsprechend gesteuerten Einsatz atomarer Zerfalls energie teilweise oder ganz zu entgasen, sie dabei in einen porösen Zustand überzuführen und anschließend die derartig für die nachfolgenden Prozesse reifgemachten, Lagerstätten mit Sauerstoff trägern oder Wasserdampf zu vergasen ' oder durch Untierdrueksetzen mit zusätzlichem Wasserstoff zu hydrieren.

Dieser Behandlung können Lagerstätten, von festen bis flüssigen Bitumina unterzogen werden. ■

Bei dien festen Bitumina, wiie Anthrazit, Steinkohle, Braunkohle u.dgl. kann man auf die üblichen bergmännischen Abbaumethoden völlig verzichten und von vornherein das. Verfahren gemäß dier Erfindung in Anwendung bringen. Bei erschlossenen oder,, schon teilweise erschöpften Lagerstätten benutzt man das vorhandene Grubengebäude. Darüber hinaus' kann man dieses durch' zusätzliche Bohrungen, Schächte, Bohrschächte oder Abteufungen weiter erschließen.

Lagerstätten flüssiger Bitumina wird man, wie bisher üblich,, zunächst durch Bohrungen anfahren und den vorhandenen Druck oder Pumpen zu.. Hilfe nehmen, um das Öl zutage zu fördern. Nach der primären Entölung solcher Lagerstätten wird man mittels Sekundärverfahren die Entölung weitertreiben. ■ --'■'■ . '^: ■ ■ :■'■■■■ : ·■ - ·.■■■ ·: -:.. . : .
■■·Sekundärverfahren, - die zur Verbesserung der Fluidität des Erdöls Wärmeenergie einsetzen und sich dabei der beim atomaren Zerfall auftretenden Wärme bedienen, sind bekannt; insoweit fallen, sie nicht in den Rahmen der Erfindung.

Zur destillätiven Entölung von Lagerstätten flüssiger Bitumina als vorbereitenden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Beendigung der bekannten primären und sekundären Entölungs-,methoden sind natürlich niedrigere Temperaturen erforderlich als bei der Behandlung fester Bitumina. Nach Abtreibung der unzersetzt flüchtigen. Kohlenwasserstoffe ■' restieren hochmolekulare, bei normaler Temperatur mehr oder weniger feste Rück-

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stände, welche die Poren des Lagergesteins mehr oder weniger ausfüllen.

Diese entölten Lägerstätten, ebenso wie die Lagerstätten fester Bituinina werden nach der Erfindung der bei der Atomspaltung auftretenden Wärme unterworfen, Unter der .Einwirkung der Wärme entgasen die Bituminiai, und es tritt Verkokung ein. Wesentlich, ist es, diesen, Vorgang so zu leiten, daß nach, der Entgasung die Rückstände

ίο in einem Zustand; erhalten werden, der den Zutritt von Gasen während der Nachbehandlung gestattet. Die Geschwindigkeit der Wärmeeinwirkung hat sich, dabei nach der Eigenart der vorliegenden Bitumina zu richten. Somuß man beispielsweise gut backende Kohlen schnell erhitzen, um einen grob^ porigen, durchlässigen Koks entstehen zu lassen. Bei geringerer Backfähigkeit bzw. Verkokungsneigung des Bitumens muß die Geschwindigkeit des Erhitz ens, wie bekannt, herabgesetzt werden, damit ein lockeres, feines Pulver anfällt. Rückstände aus flüssigem Bitumen wird man einer schnellen Erhitzung unterwerfen.

Im Falle der Bildung koksartiger Rückstände besitzen diese nach der Entgasung allerdings eine verschiedene Struktur. Der aus festem Bitumen wie Steinkohle anfallende Koks besitzt ein, Trägerskelett, das im wesentlichen aus Kohlenstoff besteht, während bei dan koksartigen Rückständen aus flüssigem Bitumen die anorganischen Stoffe des Speichergesteins das Gerüst bilden.

Nach Ablauf der Destillations- und/oder Schwelvorgänge ist das Lager so vorbehandelt, daiß größtenteils Koks oder Halbkoks zurückbleibt. Durch dessen poröse Struktur ist gleichzeitig die Formation, weitgehend aufgeschlossen und der Ver-' gasung mit Sauerstoff oder Sauerstoff trägern zugänglich. Man, behandelt die nunmehr unter hoher Temperatur stehenden, Bitumina mit Sauerstoff oider Sauers toff trägern, indem man diese durch die Lagerstätten drückt Oder saugt, und führt die Bitumina, in emeirgiereiche Gase über.

An, Stelle der Behandlung mit Sauerstoff oder Sauerstoff trägern, kann man die reif gemachten Lagerstätten auch der bekannten Wassergasreaktipn unterwerfen. Man leitet dann Wasserdampf in die Formationen, ein und deckt den Wärmebedarf der Reaktion mit Hilfe der atomaren Zerfiallsenergie.

Natürlich kamm man auch beide Vorgänge kombinieren und, die Vergasung mittels Sauerstoff bzw. Sauerstoff träger η oder mit Wasserdampf in beliebiger Reihenfolge alternierend oder gleichzeitig vornehmen.

Es ist auch möglich, die bei dar Atomspaltung frei werdende Wärmeenergie zu einem Hydrierungs-Vorgang zu verwenden. Zu diesem Zweck wird in • die Lagerstätte Wasserstoff unter ausreichendem Druck, gegebenenfalls zusammen mit Hilfsgasen, wie Wasserdampf, eingepreßt. Durch überschüssigen Wasserstoff und/oder Wasserdampf werden die Reaktionsprodukte kontinuierlich entfernt. Dieses Verfahren eignet sich besonders für große Teufen, in denen hohe Drücke mühelos aufgebaut werden können.

Vorteilhaft kann man bei der Hydrierungsreaktion; dem Wasserstoff bzw. Wasserstoffgemisch katalytisch, wirkende Stoffe im gas- odier dampfförmigen, Zustand zugeben, z. B. flüchtige Verbindungen, geeigneter Metalle, wie Zinntetrachlorid u. dgl. Die gewonnenen flüssigen oder gasförmigen Produkte werden, durch Druck oder Absaugen einer Weiterverarbeitung zugeführt.

Wie bereits erwähnt, fährt man zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens die Lagerstätten neu an oder bedient sich bereits vorhandener Bohrungen oder Schachtel. Innerhalb oder im Umkreis der Reaktionsfläche verteilt man, eine Anzahl kleinerer Energiepakete so, daß sich' ein gleichbleibender Wärmefluß durch, die Lagerstätte ausbilden kann. Man vermeidet dadurch die Erscheinung d!er Rückkondensation und erzielt porösen Koks. Man kann aber auch durchaus in geeigneten Fällen größere Energiequellen zentral anordnen, von denen die Wärmeenergie, nach den jeweiligen Temperaturerfordiernissen gesteuert, radial und peripherisch sich ausbreitet.

Wendet man die Atomenergie in, der beschriebenen Weise an, so sind Neutronenbremsen und Neutronen abfangende Mittel gegebenenfalls notwendig.

Bei Verwendung unterkritischer Massen spaltbaren Materials bedient man sich Neutronenspendern,, wie z. B. der Beryllium-Radiüm-Gemische, um den Zerfall aufrechtzuerhalten, wo^ bei eine zusätzliche Steuerung ebenfalls durch Neutronen bremsende oder abifangende Mittel erfolgen kann. ■ · '

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum restlosen oder weitgehenden Hereinbringen bituminöser Lagerstätten, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die

' Lagerstätten, durch zweckentsprechend gesteueirteim Einsatz atom airer Zerfallsenergie teilweise oder ganz entgast, somit porös gemacht und anschließend, die derartig für die nachfolgenden Prozesse reifgemachten Lagerstätten mit Sauerstoff trägern und/oder Wasserdampf vergast bzw. mit zusätzlichem Wasserstoff bei erhöhtem Druck hydriert werden.

2. Verfahren, nach, Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß gas- oder dampfförmige Katalysatoren, verwendet, werden.

3. Verfahren, nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb oder im, Umkreis dier Reaktionisfläche vorteilhaft eine Anzahl kleinerer Energiepakete, gegebenenfalls mit zusätzlichen Neutronenquellen, in Reaktion gehalten wird, wobei auch Neutronen absorbierende Mittel verwendet werden!

In Betracht gezogene Druckschriften: .
Beihefte zum geologischen Jahrbuch, Heft 4 (1952), S. 228.