在地热设备中利用含水层流体的内能的方法技术

本发明专利技术涉及在封闭回路中利用含水层流体(A)的内能的方法，所述含水层流体(A)包含与气体(G)和任选的原油(E)混合的地热热水(T)。所述方法应当实现含水层流体(A)的环境中性、无二氧化碳的利用和电能和热能的环境友好的供应。这通过如下实现：借助提取装置(10)从含水层(0)提取含水层流体(A)，在气体分离装置(11)中通过使含水层流体(A)脱气而分离气体(G)，任选地分离可能的原油(E)，将热水(T)的热能用于至少一个利用热能的系统(12‑14)，以及进行提取的气体(G)和任选分离的原油在至少一个燃烧装置(24，24a)中燃烧和通过运行发电机(25)利用气体(G)的内能，其中从废气去除CO2并再循环至含水层中。

The method of using the internal energy of the fluid in the aquifer in the geothermal equipment

The invention relates to a method for utilizing the internal energy of aquifer fluid (A) in closed loop. The aquifer fluid (A) contains geothermal hot water (T) mixed with gas (G) and optional crude oil (E). The proposed method should realize the environmental neutral, carbon dioxide free utilization of the aquifer fluid (A), and the environmentally friendly supply of electrical and thermal energy. This is achieved by using the extraction device (10) from the aquifer (0) aquifer fluid extraction (A), in the gas separation device (11) through the aquifer fluid degassing and gas separation (A) (G), optionally separating possible crude oil (E), hot water (T) the heat for at least one system with heat (12 14), and gas extraction (G) and optionally the separation of crude oil in the at least one combustion device (24, 24a) in the combustion and by running the generator (25) using gas (G) energy, the removal of CO2 and recycled to the water water from the exhaust gas.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在地热设备中利用含水层流体的内能的方法相关申请的引用本申请要求2015年4月27日提交的瑞士专利申请0580/15的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。
本专利技术描述了利用来自现有或新的原油和/或天然气源的包含气体的水溶液的内能的方法。这样的矿床尤其包括含水层以及原油和天然气田，其使用用于原油和天然气生产的常规方法部分开采并通过注入水，尤其是盐水稳定。在本专利技术的范围内，所有这些矿床出于简化的原因将被称为含水层，并且从含水层中取出的所有液体将被称为含水层流体。根据本专利技术的含水层流体是与气体和任选的原油混合并通过地热能加热的含有或多或少的盐或矿物质的水(随后称为地热水或地热热水或热水)。根据本专利技术的方法在封闭回路中使用含水层流体的内能。本专利技术的另一主题是混合型地热设备，所述混合型地热设备用于在封闭回路中利用来自含水层的与气体和任选的原油混合的地热水的内能，以及本专利技术的另一主题是用于现有地热设备的改进方法以改进利用含水层流体的能量。
技术介绍
很长时间以来利用仅来自含水层的地热热水或热的热能。称为含水层的地下水地下层存在于各种地质地层中的地壳的各种深度。除了热水之外，含水层通常还包含气体矿床。由于这些深度的高压，气体溶于热水，在此将这样的溶液称为含水层流体。一般而言，溶于热水的气体是可燃气体，从经济角度来看，其孤立的能量和化学利用不是有利的。溶于热水的气体包括甲烷和其它气态烃，氢气和/或一氧化碳以及其它不可燃组分如水蒸气和/或二氧化碳。在开采含水层流体时，溶解的气体膨胀，从溶液中驱出，并且如果不利用其的话则必须被吹掉或者燃烧，从而排放气候相关的气体。通过今天的钻井技术，可以产生至深的含水层的钻孔，从而可以从深达数千米的深度获得初始温度超过60℃的含水层流体。除了用于建筑物的加热外，也将热水用于发电。在热水的能量利用后，将冷却的热水通过再循环装置重新引导回到含水层中。例如，可以从等人，GHCBulletin，1990年夏季的“Improvedutilizationoflowtempthermalwaterrichinhydrocarbongases”中看到，在过去将包含热水与其中溶解的甲烷的含水层流体在使用热能之前预处理。在这种情况下，采用气体分离装置将甲烷从含水层流体中分离。将热水以能量方式用于利用热能的装置中，和在随后的燃烧过程使得经分离的甲烷的能量可用。该燃烧过程一方面包括经分离的甲烷在气体发动机中的燃烧用于在连接的发电机中发电，另一方面包括利用通过甲烷的直接燃烧获得的热能用于进一步加热所获得的热水。在热水和甲烷的能量利用之后，将经冷却的热水再注入含水层，由此通过甲烷燃烧获得再注入所需的能量。通过这种方法，良好但非最佳地利用含水层流体包含的能量。根据等人，甲烷的燃烧产生了废气，从而由于释放的废气，这种含水层流体内能的另外的环境友好使用导致了类似于燃烧的环境污染。另外，今天已经开采了许多油田，且加强努力仅可以产生仍现有的原油量，这使得(成本)有效的生产方法是期望的。这些矿床大量填充有水，使得它们在本专利技术的意义上是合适的含水层。由于借助水注入的开采技术，不仅显著开采，而且相对新的油田也是合适的含水层。
技术实现思路
本专利技术提出的任务在于优化在封闭回路中与气体和任选的原油混合的地热热水的内能的能量利用，其中应当实现含水层流体的环境中性和无CO2的利用和电能和热能的环境友好供应。在本专利技术的范围内，将封闭回路理解为其中实践上不产生排放物的方法，然而，其中取出气体和任选的原油(并且可以在其它地方使用)和再循环CO2(任选地还来自其它人为来源)。在下文中，在天然气和原油一起处理的情况下和在涉及天然气或原油时没有区别情况下，也使用术语“烃”。用于在封闭回路中利用含水层流体的内能的方法，所述含水层流体包含与可燃气体(后面也仅称为气体)和任选的原油混合的地热热水，特征在于以下步骤-通过抽取装置从含水层抽取含水层流体，-在气体分离装置中通过使含水层流体脱气而分离气体，其中得到脱气的热水，-任选地，在油分离装置中分离原油，其中得到脱气和不含油的热水，-在至少一个换热器中使用脱气的热水的热能用于加热至少一个在回路中运行的热介质，或用于含盐的水如海水的脱盐，以及-在至少一个燃烧装置中进行经分离的烃的至少一个燃烧过程和通过运行至少一个发电机而使用烃的内能，-借助废气净化装置从废气去除不希望的物质，所述废气净化装置包括气体洗涤装置，尤其是胺洗涤设备，用于从经冷却的废气分离CO2，和-将CO2和经冷却的热水再注入含水层。CO2和热水的再注入可以单独地进行(在将CO2转变成超临界状态之后)或在将CO2引入经冷却的热水之后进行。取决于分离器，气体和原油的分离也可以在相同的分离器中进行，其中目前优选两个分开的分离器。在含水层处于非常高的压力的情况下合理或必要的是，在将含水层流体引入至少一个分离器之前，将其降压到这样的程度，使得其还具有在回路中提供的超压。这可以例如由此进行，引导含水层流体在分离器的上游通过用于发电的装置。对此合适的装置是与发电机连接的涡轮机或反向运转的压缩机。在含水层流体中含有气体以及原油的含水层的情况下，可以将原油从设备中去除并供应至其它的利用，或者尤其在低原油量的情况下可能合理的是，直接在设备内燃烧和类似地利用气体。可以例如通过如下优化废气净化：在燃烧装置的上游提供用于混合气体和任选的原油与燃烧空气的混合装置，其中混合装置中的混合比例借助在废气流中设置的氧传感器，并且任选地在气体-(油)-空气混合物供入燃烧装置之前预热来控制。优化废气组成的替代性或另外的可能性包括在燃烧装置下游和气体洗涤装置上游设置的废气净化装置，尤其是催化器。然而，在大多数情况下，借助气体洗涤的废气净化或CO2获取是足够的。在利用气体以及油的情况下，同样可能并且取决于油的组成可能优选的是，将气体和油在单独的燃烧装置中燃烧。如果应在油燃烧下游而不是在气体燃烧的下游提供另一(催化)废气净化装置，则这是可取的。替代性或另外地，也可以将原油纯化提供在燃烧的上游，使得在燃烧之前去除可能影响废气净化或燃烧的物质，如重金属，硫化合物等，因此不会沉积在燃烧装置中或进入废气流中。这种方法对于原油工业的本领域技术人员是已知的。通过本专利技术的方法实现了含水层流体的局部可用化石矿床的不含废气的电和热利用。本专利技术的另一主题是用于在封闭回路中利用来自含水层的与可燃气体和任选的原油混合的地热热水的内能的地热设备，其包括至少一个用于含水层流体的抽取装置；用于将含水层流体分离成热水、气体和任选的原油的气体和任选的油分离器；至少一个换热器，用于将热水中包含的热能用于加热在回路中运行的热介质或用于脱盐设备中；用于经分离的气体的燃烧装置和任选的用于油的燃烧装置，其中至少一个用于发电的发电机连接至每个燃烧装置；用于分离CO2的设置在废气流中在用于废气热利用的装置的下游的气体洗涤器，尤其是胺洗涤器；输入管线，用于将气体洗涤后获得的CO2引入再循环管线，所述再循环管线用于热水离开至少一个换热器，或者直接进入至少一个再循环装置的管线，所述至少一个再循环装置用于将二氧化碳和经冷却的热水通过再注入钻孔再注入含水层中。CO2的再注入可以以两种不同方式进行：当热水充分冷却时，可将CO2压缩，然后压入本文档来自技高网...

【技术保护点】
在封闭回路中利用含水层流体(A)的内能的方法，所述含水层流体(A)包含与气体(G)和任选的原油(E)混合的地热热水(T)，其特征在于以下步骤‑借助至少一个抽取装置(10)从含水层(0)抽取含水层流体(A)，‑在气体分离装置(11)中通过使含水层流体(A)脱气而分离气体(G)，其中得到脱气的热水(T)，‑任选地，分离原油(E)，其中得到脱气和脱油的热水(T)，‑在至少一个用于利用热能的装置，如换热器(12，13，14)和/或ORC发电设备(15，16)中使用脱气的热水(T)的热能，以及‑在至少一个燃烧装置(24，24a)，尤其是气体发动机和任选的柴油发动机中进行经分离的气体(G)和任选的经分离的原油(E)的燃烧过程，和通过运行至少一个发电机(25，25a)利用气体(G)和任选的原油(E)的内能，‑借助废气净化装置从废气去除不希望的物质，所述废气净化装置包括用于从经冷却的废气分离CO2的气体洗涤设备，尤其是胺洗涤器(30)，其具有用于分解碳酸铵的下游装置(31)，和优选将胺再循环至胺洗涤器(30)，和‑将CO2和经冷却的热水(T)再注入含水层(0)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.27 CH 580/151.在封闭回路中利用含水层流体(A)的内能的方法，所述含水层流体(A)包含与气体(G)和任选的原油(E)混合的地热热水(T)，其特征在于以下步骤-借助至少一个抽取装置(10)从含水层(0)抽取含水层流体(A)，-在气体分离装置(11)中通过使含水层流体(A)脱气而分离气体(G)，其中得到脱气的热水(T)，-任选地，分离原油(E)，其中得到脱气和脱油的热水(T)，-在至少一个用于利用热能的装置，如换热器(12，13，14)和/或ORC发电设备(15，16)中使用脱气的热水(T)的热能，以及-在至少一个燃烧装置(24，24a)，尤其是气体发动机和任选的柴油发动机中进行经分离的气体(G)和任选的经分离的原油(E)的燃烧过程，和通过运行至少一个发电机(25，25a)利用气体(G)和任选的原油(E)的内能，-借助废气净化装置从废气去除不希望的物质，所述废气净化装置包括用于从经冷却的废气分离CO2的气体洗涤设备，尤其是胺洗涤器(30)，其具有用于分解碳酸铵的下游装置(31)，和优选将胺再循环至胺洗涤器(30)，和-将CO2和经冷却的热水(T)再注入含水层(0)。2.根据权利要求1所述的利用含水层流体(A)的内能的方法，其中，将用于混合气体和任选的原油(E)与燃烧空气的混合装置(23)设置在至少一个燃烧装置(24，24a)的上游，其中借助在废气流中设置的氧传感器调整混合比例。3.根据权利要求1或2所述的利用含水层流体(A)的内能的方法，其中，将气体-空气混合物或原油-空气混合物或原油-天然气混合物在供入至少一个燃烧装置(24，24a)之前在换热器(26)中预热。4.根据前述权利要求任一项所述的利用含水层流体(A)的内能的方法，其中废气净化在燃烧装置(24)的下游的废气净化装置(27)，尤其是催化器中进行。5.根据前述权利要求任一项所述的利用含水层流体(A)的内能的方法，其中除了运行至少一个发电机(25)以外，利用气体(G)和任选的原油(E)的内能还包括将废气的废热中的热能在发电之后用于至少一个另外的废气能量利用装置中，尤其是在至少一个换热器(28，29)中。6.根据前述权利要求任一项所述的利用含水层流体(A)的内能的方法，其中将经分离的气体(G)和任选的经分离的原油(E)的热能在其燃烧之前用于至少一个用于利用热能的装置，尤其是在至少一个换热器(21)中。7.根据前述权利要求任一项所述的利用含水层流体(A)的内能的方法，其中至少一个换热器(12，13，14)用于加热至少一种在回路中运行的热介质和/或用于进行脱盐方法，尤其是根据LTTD方法。8.根据前述权利要求任一项所述的利用含水层流体(A)的内能的方法，其中将废气的废热中的热能在发电之后在至少一个换热器中用于脱盐。9.根据前述权利要求任一项所述的利用含水层流体(A)的内能的方法，其中含水层流体(A)的抽取和CO2和热水的再注入经由至少一个抽取钻孔或至少一个再注入钻孔(100，400)进行，其中每个钻孔设有抽取装置或再注入装置(10，40)。10.根据前述权利要求任一项所述的利用含水层流体(A)的内能的方法，其中构造每个抽取装置或再注入装置，使得其可选地用于抽取或再注入。11.根据前述权利要求任一项所述的利用含水层流体(A)的内能的方法，其中，含水层流体(A)的抽取同时经由多个抽取钻孔(100)进行和再注入同时经由多个再注入钻孔(400)进行。12.根据前述权利要求任一项所述的利用含水层流体(A)的内能的方法，其中将CO2在再注入之前压缩至超临界状态并且其中将scCO2和经冷却的热水再注入含水层(0)单独地向下进行至一定深度，其中含水层中的压力使得CO2保持在超临界状态。13.根据权利要求1至11任一项所述的利用含水层流体(A)的内能的方法，其中将CO2尤其是借助混合装置(34)，如喷淋式洗涤器引入经冷却的热水(T)，之后将掺有CO2的热水再注入含水层(0)。14.根据权利要求1至11和13任一项所述的利用含水层流体(A)的内能的方法，其中将CO2引入经冷却的热水并且其中避免在再注入掺有CO2的热水时形成气泡，这通过选择二氧化碳的再循环压力(pr)和再循环温度Tr而使得CO2完全溶于热水中来进行。15.根据前述权利要求任一项所述的利用含水层流体(A)的内能的方法，其中通过完全封闭的过程管理阻止了CO2和经冷却的热水或掺有CO2的经冷却的热水与氧气的混合和由此在再注入时氧气污染含水层(0)。16.根据前述权利要求任一项所述的利用含水层流体(A)的内能的方法，其中在将含水层流体(A)引入分离装置(11)之前将其在分离装置(11)上游的降压装置中降压，所述降压装置将压力转变成电流。17.根据前述权利要求任一项所述的利用含水层流体(A)的内能的方法，其中除了天然气(G)以外，含水层流体(A)还包含热水(T)中的原油(E)。18.在封闭回路中利用来自含水层(0)的与气体(G)和任选的原油(E)混合的地热热水(T)的内能的地热设备，其包括-至少一个用于含水层流体(A)的抽取装置(10)，-用于将含水层流体(A)分离成热水(T)和气体(G)的气体分离装置(11)，-任选地，用于分离原油与任选的已经脱气的热水(T)的分离装置(11a)，-至少一个用于利用热能的装置，如至少一个换热器(12，13，14)，用于利用包含在热水(T)中的热能以加热在回路中...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·冯迪林，
申请(专利权)人：冯迪林管理股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH