專利名稱：用于碳?xì)浠衔锘厥盏亩趸几患療煔庾⑷氲闹谱鞣椒?br> 溫室氣體已經(jīng)成為環(huán)境中升級(jí)的關(guān)注點(diǎn)，并且被認(rèn)為對(duì)不典型的天氣模式和溫度波動(dòng)起作用。
二氧化碳的來(lái)源基本上來(lái)自工業(yè)和汽車使用。按照工業(yè)來(lái)源，發(fā)電廠是加重的因素。典型地，北美洲使用煤、天然氣、燃油和其他的工廠產(chǎn)生高壓蒸汽，然后高壓蒸汽用來(lái)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)或者用來(lái)在內(nèi)燃機(jī)車和燃?xì)廨啓C(jī)引擎的使用用于電力直接生產(chǎn)。這樣當(dāng)然產(chǎn)生二氧化碳排放，惡化了排放問(wèn)題。
增強(qiáng)的碳?xì)浠衔镩_(kāi)采過(guò)程使用易混合的和不能混合的氣體例如天然氣、液態(tài)天然氣、二氧化碳、氮或者燃燒煙氣保持壓力，在油藏中通過(guò)再增壓或者膨脹把另外的石油或者天然氣推到鉆井中，或使用同樣的或者其它氣體溶解在石油中來(lái)降低它的濃度和增加它的流動(dòng)速度。
為了將排放的二氧化碳與工業(yè)過(guò)程和燒煤的發(fā)電廠隔離，在地質(zhì)巖層中得到和永久存儲(chǔ)二氧化碳已經(jīng)成為越來(lái)越受歡迎的選擇。為了長(zhǎng)期的二氧化碳排放減少，美國(guó)政府正在發(fā)展政策來(lái)促進(jìn)地質(zhì)隔離。
相應(yīng)地，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種使用富集CO2的煙氣改進(jìn)第三紀(jì)的油和/或氣開(kāi)采方法，本方法是遵守溫室氣體所關(guān)注的。本發(fā)明的一個(gè)進(jìn)一步重要目的是提供一種二氧化碳隔離機(jī)制。
方便起見(jiàn)，關(guān)于本工藝燃料的使用方面，此方法能使用任何經(jīng)濟(jì)的燃料來(lái)源，例如天然氣、含硫天然氣(sour gas)、溶解氣、柴油燃料、重油、瀝青、減壓渣油、瀝青烯、煤、焦炭、生物質(zhì)能(biomass)或任何適合易燃的廢棄物。由于經(jīng)濟(jì)原因，最好用于燃料的原料為低成本來(lái)源，例如來(lái)自瀝青或者重油，例如大氣或者減壓渣油，瀝青質(zhì)或者減粘裂化殘?jiān)＿@些原料被用來(lái)生產(chǎn)在水乳化燃料中的多相超細(xì)霧化殘?jiān)?MSARTM)油。這種替代燃料在10至大于35％的連續(xù)水相中被乳化，產(chǎn)生一種容易管理液體燃料，其與有天然氣相似的燃燒特征。重油隨著表面化學(xué)活性劑在水中被分散，生產(chǎn)大小始終如一的小滴。馬上取得的好處就是，在火焰長(zhǎng)度和輻射熱流方面，燃料達(dá)到大于99.99％的碳燃燒，和天然氣擁有相似的燃燒特征。純粹的好處是原料中最不寶貴部分被變成有用燃料，能直接適應(yīng)天然氣鍋爐或爐子作為經(jīng)濟(jì)上可行的燃料替代昂貴的天然氣。
本發(fā)明這些和其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)以下描述和附圖，將變得更好理解。


圖1是本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例整個(gè)系統(tǒng)的示意圖；圖2是本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例整個(gè)系統(tǒng)的示意圖；圖3是在干燥的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)二氧化碳燃料氣體濃縮時(shí)的氧氣需要量的圖表；和圖4是在潮濕的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)二氧化碳燃料氣體濃縮時(shí)的氧氣需要量的圖表。
為了本發(fā)明的用途，定義下列的條款。
GHG指溫室氣體；FGT指煙氣處理；FGR指煙氣再循環(huán)；HP指高壓；BFW指鍋爐給水；OTSG指直流蒸汽發(fā)生器；和ECU指能源轉(zhuǎn)換單元。
參照?qǐng)D1，展示了使用此方法的裝置的一個(gè)可能實(shí)施例的圖表的說(shuō)明，數(shù)字10總體上表示這些元素。
圖1中的空氣分離裝置(沒(méi)有顯示)在此工藝中，將空氣流中的氧氣和氮?dú)夥蛛x產(chǎn)生90％或者更純的氧氣12。這個(gè)是例子，根據(jù)情況可改變。燃料14，可能選自選自天然氣、含硫天然氣、溶解氣、燃料油、柴油、乳化燃料、渣油、生物質(zhì)能、煤炭、焦，與氧氣12和16的混和在一起形成一種混合燃料用于輸入一種能源轉(zhuǎn)換單元，一般由數(shù)字18表示。該能源轉(zhuǎn)換單元可以包括任何適宜的裝置，例如一個(gè)簡(jiǎn)單循環(huán)裝置，傳統(tǒng)的或帶有適用的蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)的超臨界蒸汽發(fā)生器或蒸汽渦輪驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)。其它適宜裝置，合并一種簡(jiǎn)單或者帶一個(gè)熱回收蒸汽發(fā)電機(jī)(HRSG)組合裝置的改進(jìn)的燃?xì)廨啓C(jī)。另一種可能是柴油低速發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)和/或氣體壓縮機(jī)。特殊單元和單元的組合將取決于設(shè)計(jì)參數(shù)。
例如，對(duì)于特殊的碳?xì)浠衔锷a(chǎn)用地，需要一個(gè)典型的10至500兆瓦特規(guī)模的大中型發(fā)電設(shè)備或適于滿足電力需求規(guī)模并產(chǎn)生足夠二氧化碳注入體積用于改進(jìn)碳?xì)浠衔锘厥?。上述的蒸汽?qū)動(dòng)裝置還可包括直流蒸汽發(fā)生器(OTSG)、常規(guī)成套鍋爐、常規(guī)電站鍋爐和循環(huán)流化床鍋爐(CFB)以滿足電廠的蒸汽要求。
煙氣再循環(huán)回路20包含在二氧化碳富集系統(tǒng)中，眾所周知，F(xiàn)GR的好處是減少煙氣中的氮?dú)饧耙蚨纬傻牡衔颪Ox，隨之帶來(lái)增加煙氣中二氧化碳濃度的好處。圖3和4表示隨氧氣量的變化煙氣組成的改變。例如，圖3說(shuō)明了二氧化碳量的明顯優(yōu)勢(shì)歸功于通過(guò)能源轉(zhuǎn)換單元的循環(huán)過(guò)程而造成氧氣高度集中。圖4證實(shí)了在潮濕基礎(chǔ)上的相同數(shù)據(jù)。
對(duì)于固定的氧濃度增加的氧對(duì)燃燒空氣的比率是值得推薦的，溫度可以升高到超越鍋爐/加熱設(shè)備設(shè)計(jì)的參數(shù)。為了抵消這種限制，煙氣再循環(huán)電路再流回到熱氣流能源轉(zhuǎn)換單元18用于熱淬。最好是，再循環(huán)煙氣量將取決于對(duì)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)。這一重大結(jié)果產(chǎn)生重要優(yōu)點(diǎn)，即a)增強(qiáng)鍋爐效率和運(yùn)作；b)對(duì)于設(shè)計(jì)師考慮不用大規(guī)模的重建或設(shè)備替換而改造現(xiàn)有工廠有很大好處；c)改進(jìn)熱的燃燒效率；d)減少的NOx釋放；和e)提高安全性。
回到整體的工藝中，存在于交換單元18中的流22，現(xiàn)在為富集煙氣的流，可在任何數(shù)目的步驟中被加工，由代表數(shù)字24的煙氣調(diào)節(jié)單元總代表。通常，煙氣基于試驗(yàn)燃料除了CO2可能有如CO、H2、氧過(guò)量氣、SO2、SO3、NOx、N2、煙塵、煤灰、水蒸氣金屬等這樣的主要成分。處理可以包括去顆?；?departiculation)或者除飛塵、煙氣脫水、熱淬、煙氣脫硫、壓縮、脫NOx，副產(chǎn)品回收或者其組合。
此外，考慮經(jīng)濟(jì)價(jià)值，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員常用的產(chǎn)業(yè)行為，額外的方法可用于回收有用和有價(jià)值的副產(chǎn)品由數(shù)字26表示，如CO、H2、SO2、水和重金屬等。為進(jìn)一步凈化，能源轉(zhuǎn)換單元18可在亞化學(xué)計(jì)量下(sub-stoiciometric)，化學(xué)計(jì)量下(stoiciometric)或者超量氧模式中運(yùn)行與燃料的燃燒。根據(jù)不同需要富集的煙氣中可以產(chǎn)生不同的副產(chǎn)品。通常，這種首選的模式是近化學(xué)計(jì)量下產(chǎn)生在富集煙氣中濃度最高的二氧化碳。在一些例子中，可能需要在煙氣設(shè)計(jì)中利用這些副產(chǎn)品。
例如，在煙氣調(diào)節(jié)單元24的操作中，能源轉(zhuǎn)換單元18產(chǎn)生的有用能源28，可以是電力或者直接驅(qū)動(dòng)驅(qū)壓縮富集煙氣和/或燃燒空氣/氧氣。根據(jù)元件的設(shè)計(jì)平衡和注入富集煙氣需要的體積，可能產(chǎn)生超額能量30并作為過(guò)剩電力制造并出售給商業(yè)市場(chǎng)。
從煙氣調(diào)節(jié)單元24中釋放出的剩余水32可能在其他進(jìn)程再使用。經(jīng)調(diào)節(jié)的注入煙氣經(jīng)過(guò)管線34傳輸?shù)降叵聨r層36。注入煙氣中的二氧化碳體積可能超過(guò)30％；然而，根據(jù)圖2和圖3可知，這個(gè)變化取決于巖層36的組成。
巖層36可以含有任何一種或者全部的石油、瀝青、重油、天然氣、液態(tài)天然氣或者可以被純粹用于煙氣隔離的物質(zhì)。
回收的碳?xì)浠衔锝?jīng)過(guò)管線38離開(kāi)巖層36并且可能由進(jìn)一步工藝的處理。這是可選擇的步驟。
處理過(guò)的煙氣的成分是可變的，并且將取決于含量的特定本質(zhì)和巖層的物理和化學(xué)性質(zhì)。最好是隨著巖層隨時(shí)間改變，處理過(guò)的煙氣成分可以同樣地要求動(dòng)態(tài)改變。例如組成可以是50％二氧化碳和50％氮至70％二氧化碳和30％氮?dú)庵钡?00％二氧化碳。
參見(jiàn)圖2，顯示了在整個(gè)過(guò)程中的一種變化，熱量回收單元23放在能源轉(zhuǎn)換單元18和煙氣調(diào)節(jié)單元24之間的回路中。在這個(gè)變化中，用熱量回收單元23來(lái)平衡能量的產(chǎn)生并使聯(lián)合循環(huán)方法的熱效率最大化。這一安排提供使用最初動(dòng)力，例如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)。熱量回收單元23可用于產(chǎn)生額外蒸汽用來(lái)發(fā)電或用來(lái)預(yù)熱水，燃燒空氣或氧氣來(lái)提高本方法的能源效率。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述技術(shù)具有增進(jìn)回收值的優(yōu)點(diǎn)，最少5％；在回收經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域這代表著巨大的增長(zhǎng)。這進(jìn)一步由額外電力和/或流的生產(chǎn)增加。
綜上所述，通過(guò)統(tǒng)一在一個(gè)碳?xì)浠衔飵r層注入一種富集煙氣的合成概念，下列的附加優(yōu)點(diǎn)被實(shí)現(xiàn)減少排放的微粒；ii)改善碳燃燒；iii)煙氣中N含量減少使得體積減少超過(guò)60％；iv)碳?xì)浠衔锷a(chǎn)的增加帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益；v)不用煙氣的管道和壓縮的裝置；vi)自給自足用于工藝控制的電力和/或流生產(chǎn)；vii)自行產(chǎn)生低成本燃料例如MSARTM乳化燃料瀝青烯，剩余物；和viii)利用超量O2增強(qiáng)能源轉(zhuǎn)換單元效率。
權(quán)利要求
1.一種從含有至少一種氣體和石油地下巖層中提高石油和氣體生產(chǎn)的方法，包含提供一個(gè)能源轉(zhuǎn)換單元；從上述能源轉(zhuǎn)換單元中回收煙氣；將所述煙氣送入上述能源轉(zhuǎn)換單元中再循環(huán)，形成富集二氧化碳的流；和把上述富集二氧化碳的流注入所述地下巖層，以回收至少一種上述氣體和石油。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中再循環(huán)煙氣降低所述能源轉(zhuǎn)換單元的溫度。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中富集二氧化碳的流至少在一個(gè)調(diào)節(jié)裝置中處理，以便在注入前調(diào)節(jié)所述富集二氧化碳的流。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述調(diào)節(jié)包括一個(gè)單元操作，選自去顆?；煔饷摿?、煙氣急冷、煙氣脫水、煙氣壓縮、脫NOx及其組合。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中二氧化碳被與隔離在所述巖層。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括回收在能源轉(zhuǎn)換裝置中產(chǎn)生能源的步驟。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括從上述方法中有選擇地回收副產(chǎn)品的步驟。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，還包括為增加煙氣，有選擇的使用副產(chǎn)品的步驟。
9.一種從含有至少一種氣體和石油的地下巖層中提高石油和氣體生產(chǎn)的方法，包含提供一個(gè)能源轉(zhuǎn)換單元；提供一個(gè)煙氣源；將所述煙氣送入上述能源轉(zhuǎn)換裝置中再循環(huán)，形成富集二氧化碳的流，和為了在上述巖層中隔離二氧化碳，把上述富集二氧化碳的流注入地下巖層。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括從上述巖層中有選擇地回收氣體和石油的措施。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述煙氣再循環(huán)回路降低所述能源轉(zhuǎn)換單元的溫度。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述二氧化碳富集流在至少一個(gè)調(diào)節(jié)單元中處理，以便在注入前調(diào)節(jié)所述二氧化碳富集流。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述調(diào)節(jié)包括一個(gè)單元操作，選自去顆粒化、煙氣脫硫、煙氣急冷、煙氣脫水、煙氣壓縮、脫NOx及其組合。
14.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括回收在能源轉(zhuǎn)換單元中產(chǎn)生能源的步驟。
15.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括從上述方法中有選擇地回收副產(chǎn)品的步驟。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括為增加煙氣，有選擇的使用副產(chǎn)品的步驟。
全文摘要
一種增強(qiáng)石油和氣體回收的方法。利用工廠煙氣合成出一種富集的煙氣。這種富集的煙氣是為專門需要而定制的；然而這種氣體中含有高濃度的二氧化碳。用于一種注入物，用于提高來(lái)源于地下巖層的氣體和/或石油的釋放。當(dāng)來(lái)自發(fā)電廠的二氧化碳隔離時(shí)注入物加快回收。
文檔編號(hào)E21B43/18GK101037937SQ20071000351
公開(kāi)日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2007年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月7日
發(fā)明者史蒂夫·克雷絲乃克, 加里·布尼歐 申請(qǐng)人:鉆石Qc技術(shù)公司