DED0019922MA - - Google Patents

Description

BUNDESRiEPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Tag der Anmeldung: 1. März 1955 Bekanntgemacht am 12. Juli 1956Registration date: March 1, 1955. Advertised on July 12, 1956

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

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.The subject of the invention is a method for utilizing underground storage facilities from solid to liquid volumes, according to to which the biturninla are brought in in the form of gaseous or vaporous products.

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.During the mining of the ¹ deposits of anthracite, hard coal, brown coal and others. Bitumens, as well as horizons in the extraction of crude oil, often have to be disregarded, because mining is not worthwhile either due to insufficient thickness or insufficient bituminous material content, or because the deposits occur at such a significant depth that their extraction is also not worthwhile the known mining, means is technically or economically not possible at the moment. Continue to step. ' There are also cases in which the deposits are so far exhausted that further mining or extraction of liquid hydrocarbons by drilling is not worthwhile.

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.With increasing depth, the technical difficulties and dangers for the miner increase; In particular, the working conditions for people are ^{becoming more and more unfavorable, depending on the size of the geothemical level in question 1} , and can only be made bearable by the progressive ventilation technology at increasing costs.

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 EinsparungThe mining industry will also increasingly suffer from labor shortages, so let it be What is necessary is the progress of science and technology on the broadest scale for saving

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von menschlicher Arbeitskraft im Untertagebetrieb dier Zukunft einzusetzen.of manpower in underground operations to deploy the future.

Man hat bereits versucht, die oben beschriebenen Lagerstätten dadurch nutzbar zu machen, daß manAttempts have already been made to make the above-described deposits usable by

. 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.. 5 in a known manner to the distillation, smoldering or gasification necessary thermal energy through direct partial combustion of the deposit material, generated in order to bring another part to gasification by the direct action of heat.

ίο Dabei bedient man sich siauerstoffhaltiger Treibgase, wie der Luft, mit oder ohne Zumischung von Wasserdampf u. dgl.ίο In doing so, propellants containing oxygen are used, like air, with or without admixture of steam and the like.

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, , . ;· .These processes have been tried and tested on a large scale, but have not been able to establish themselves because a considerable> amount of the material is used to generate energy: if ¹ , ^{see above;} that 'the ratio of the residual material to dead rock' is becoming increasingly unfavorable, because the control of the temperature profile underground is largely beyond any influence and so sintering phenomena can occur, which make it difficult or impossible to fully utilize the deposit, . ; ·.

Lagerstätten flüssiger Bitutnina, wie Erdöl, gebenThere are deposits of liquid bitutnina, such as petroleum

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. ,In the case of drilling development, the oil remains on the surface as long as the pressure falls below which they stand is greater than the weight of the column of oil. In the case of low-pressure storage facilities, pumps are used, and they are used later so-called secondary processes for extracting the remaining quantities of oil. These procedures are based on that the deposit is made in a suitable manner by injected water or injected gases pressures. ,

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. . ; ■ . ^;:-.' ..It has also been proposed to produce the pressure by heating parts of the reservoir by electrical resistance heating so that water vapor or cracked products which form in the formation build up the pressure to enrich the oil at a suitable location in the reservoir. . ; ■. ^; : -. ' ..

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.' ■ .·.■..·.■■.■ -This electrical method has also been tried Resistance heating to be used for direct distillation, smoldering or gasification underground, whereby one, on the use of oxygen-containing and, thereby directly generating heat Has waived auxiliary gases. For example, the electrical energy was applied to drill pipes or other types of equipment Electrodes brought up. ' ■. ·. ■ .. ·. ■■. ■ -

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, ■■ : .The difficulty in this case is: a significant loss of electrical energy through • Soil layers that you do not want to heat up, and in the deposits themselves by electrolytic tables Processes that consume electricity ■■:.

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. :A shielding of the electrodes in the sense that the current only through the desired; bituminous Layers can flow only brings a gradual improvement in the electricity yield. :

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 ■,All these thermal processes, in particular those which inevitably supply effective heat to the deposit from a point with an extremely high temperature, have two serious disadvantages. The appearance of the backwardness occurs:; The 'evaporated hydrocarbons run ahead of the heat wave and condense at the not yet sufficiently heated or cooler points of the bearing or penetrate; into the storage rock. As the temperature rises, the condensing vapors running ahead become ever higher in molecular weight and more viscous, so that it is already after ·; _; .relatively,, little progression of the heat wave to pore closure and! insufficient smoldering comes. Furthermore, this results in a special enrichment of the high-molecular smoldering components in the storage rock, which can lead to a complete irreversible closure of the pores if the temperature rises further as the heat wave progresses through coking.

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.The aim of the invention is the complete or extensive degassing of solid to liquid Bituminiai to accomplish in underground deposits with a technique that the named Defects do not adhere.

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.According to the invention, it is therefore proposed that the storage facilities be controlled by appropriately controlled Use of atomic decay energy in part or in full to degas, thereby converting them into a porous state and then such for the Subsequent processes matured to gasify storage sites with oxygen carriers or water vapor 'Or hydrogenate by applying additional hydrogen to the animal.

Dieser Behandlung können Lagerstätten, von festen bis flüssigen Bitumina unterzogen werden. ■Deposits from solid to liquid bitumen can be subjected to this treatment. ■

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.With solid bitumens such as anthracite, bituminous coal, Lignite and the like can be completely dispensed with the usual mining methods and from the outset the method according to the invention bring into use. Used for developed or already partially exhausted deposits the existing mine building. In addition 'one can do this through' additional Further develop boreholes, shafts, boreholes or sinkings.

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.As has been the case up to now, deposits of liquid bitumen will first be approached through boreholes and the available pressure or pumps will be used. After the primary de-oiling of such deposits, the de-oiling process will be continued by means of secondary processes. ■ - '■' ■ . ' ^: ■ ■: ■' ■■■■ : · ■ - ·. ■■■ ·: -: ... :.
■■ · Secondary processes, - which use thermal energy to improve the fluidity of crude oil and thereby make use of the heat that occurs during atomic decay, are known; insofar, they do not fall within the scope of the invention.

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-For the removal of oil from deposits by distillation liquid bitumina as a preparatory step of the method according to the invention after completion The known primary and secondary de-oiling methods are, of course, lower temperatures required than when treating solid bitumens. After abortion the undecomposed volatile. Hydrocarbons ■ 'rest high molecular weight, with normal Temperature more or less fixed return

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stände, welche die Poren des Lagergesteins mehr oder weniger ausfüllen.stands that more or less fill the pores of the bedrock.

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 RückständeThese de-oiled storage facilities, as well as the Deposits of solid bitinina are found after the Invention of the heat that occurs during atomic fission Heat degas the bituminiai and coking occurs one. It is essential to conduct this process in such a way that, after degassing, the residues are removed

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.ίο in a state; will be granted access of gases during the aftertreatment is permitted. The speed of heat exposure has to be guided by the nature of the bitumen available. So you have to be good, for example Heat baking coals quickly to create a coarse, porous, permeable coke. If the bitumen is less bakeable or has a tendency to coke, the speed must of heating, as is known, can be reduced, so that a loose, fine powder is obtained. Liquid bitumen residues become one subject to rapid heating.

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.In the case of the formation of coke-like residues, however, these have a after degassing different structure. The coke produced from solid bitumen such as hard coal has a supporting skeleton which consists essentially of carbon, while in the case of coke-like residues from liquid bitumen, the inorganic substances of the Storage rock form the framework.

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.At the end of the distillation and / or smoldering processes the camp is pretreated in such a way that mostly coke or semi-coke remains. Due to its porous structure, the formation is at the same time largely open and the ' gassing with oxygen or oxygen carriers accessible. The bitumens, which are now at high temperature, are treated with oxygen oider oxygen carriers by passing them through the Depresses or sucks deposits, and converts the bitumina into high-energy gases.

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.Instead of treatment with oxygen or oxygen, one can use the matured ones Also subject deposits to the well-known water gas reaction. Steam is then passed into the Formations and covers the heat requirements of the reaction with the help of atomic decay energy.

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.Of course, you can also combine both processes and, gasification by means of oxygen or Oxygen carrier η or with water vapor in any Carry out the sequence alternately or at the same time.

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.It is also possible to use the heat energy released during atomic splitting for a hydrogenation process to use. For this purpose, • the hydrogen storage facility is under sufficient Pressure, possibly together with auxiliary gases such as water vapor, injected. By excess Hydrogen and / or steam are continuously removed from the reaction products. This Process is particularly suitable for great depths in which high pressures can be built up effortlessly be able.

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.Advantageously, in the hydrogenation reaction; the hydrogen or hydrogen mixture catalytically active substances in gaseous or vaporous, Admit state, e.g. B. volatile compounds, suitable metals such as tin tetrachloride and the like. The obtained liquid or gaseous products are, by pressure or suction a Further processing supplied.

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.As already mentioned, you drive to the implementation According to the proposed method, the deposits are newly acquired or existing ones are used Holes or box. A number is distributed within or around the reaction area smaller energy packets in such a way that 'a constant flow of heat flows through the deposit can train. This avoids the phenomenon of recondensation and achieves porous coke. In suitable cases, however, you can also use larger energy sources centrally arrange, of which the thermal energy, controlled according to the respective temperature requirements, spreads radially and peripherally.

Wendet man die Atomenergie in, der beschriebenen Weise an, so sind Neutronenbremsen und Neutronen abfangende Mittel gegebenenfalls notwendig.If atomic energy is used in the manner described, then neutron brakes are and neutron scavenging agents may be necessary.

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. ■ · 'If subcritical masses of fissile material are used, neutron donors are used. such as B. the beryllium-radium mixtures to maintain the decay where ^ in the case of an additional control, also by means of neutron braking or intercepting means can. ■ · '

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:PATENT CLAIMS: 1. Verfahren zum restlosen oder weitgehenden Hereinbringen bituminöser Lagerstätten, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die1. Procedure for bringing in bituminous deposits completely or to a large extent, characterized in that initially the ' 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.'Deposits, by appropriately controlled Use of atomic decay energy partially or completely degassed, thus made porous and then, the deposits matured in this way for the subsequent processes with oxygen carriers and / or gasified with water vapor or with additional hydrogen be hydrogenated under increased pressure. 2. Verfahren, nach, Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß gas- oder dampfförmige Katalysatoren, verwendet, werden.2. The method according to claim i, characterized in that gaseous or vaporous Catalysts, are used. 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!3. The method according to claim 1 and 2, characterized characterized in that within or in the vicinity of the reaction area advantageously a number smaller energy packets, possibly with additional neutron sources, kept in reaction , whereby neutron absorbing agents are also used! In Betracht gezogene Druckschriften: .
Beihefte zum geologischen Jahrbuch, Heft 4 (1952), S. 228.Documents considered:.
Supplements to the geological yearbook, No. 4 (1952), p. 228.