自热式地下干馏油页岩提取页岩油和高热值燃料气的方法技术

本发明专利技术公开了一种自热式地下干馏油页岩提取页岩油和高热值燃料气的方法，利用富氧气体与水蒸气协同与油页岩反应完成干馏，不但促进了热解反应，使油页岩反应彻底，还通过耦合放热/吸热的热解反应形成自裂解的干馏过程，干馏启动后，所需热量主要由油页岩裂解产生的固定碳低温氧化放出的热量提供，剩下的固定碳被气化为H2和CO等燃料气，干馏反应后产生的高温显热也被回收。本发明专利技术提供的自热式地下干馏油页岩提取页岩油和高热值燃料气的方法可解决油页岩干馏采油、采气系统复杂，管理难度大，收油率低等问题；具有操作简单、开采成本较低、开采效率和资源利用率较高、三废排放少、环境效益显著等诸多优点。效益显著等诸多优点。效益显著等诸多优点。

【技术实现步骤摘要】
自热式地下干馏油页岩提取页岩油和高热值燃料气的方法


[0001]本专利技术涉及油气开采
，特别是一种自热式地下干馏油页岩提取页岩油和高热值燃料气的方法。

技术介绍

[0002]油页岩是一种含可燃有机质、高灰分(高无机质含量)的沉积岩，其含有的有机质经干馏可得到类似原油的页岩油。油页岩作为一种非常规的化石燃料资源，全球储量巨大，若折算成可获得的页岩油，相当于已探明石油储量的5.4倍。因此，油页岩被列为21世纪最重要的接替能源之一。
[0003]由于油页岩有机质(主要为大分子结构的干酪根)具有不溶、不熔的性质，所以很难用普通的溶剂提取。目前，热化学转化技术，即干馏或热解，是唯一推荐的油页岩制油方法。油页岩干馏通常是指在隔绝空气的条件下，将油页岩加热到500℃左右，从而使油页岩热解生成油和气的过程。油页岩干馏技术从方式上分为地上和地下工艺。地上技术是指先将油页岩矿石从地下开采运到地面后、再送到干馏炉内进行干馏的方法。地下技术又称原位干馏，即不经开采直接在地下加热矿层进行干馏。由于油页岩资源利用的主要瓶颈之一是其无机质含量非常高，提炼1吨页岩油会同时生成10
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30吨固体废弃物，占用了大量的土地、环境污染严重，因此地下技术更有应用前景。并且地下技术可用于开发地表300米以下的深层油页岩资源，我国60％的油页岩矿层埋藏在地表300米以下，采矿成本高昂，地下技术被认为更适用于中国油页岩。
[0004]然而目前地下技术还难以获得实际应用。主要的技术瓶颈之一是由于油页岩中的有机质为固态交联的大分子网状结构，需要升温到500℃以上将有机质裂解为油、气产物，然而在地下加热、升温油页岩矿层极为困难，操作难度很大。目前原位加热技术以电加热技术较为成熟，耗能巨大。同时在地下干馏工艺中，油页岩裂解后产生的碳留在地下而没有应用，这是一种资源的浪费，因为这些碳具有很高的热值。此外，如用热载气直接将油页岩加热到500℃以上，需要先将大量的热载气加热到650℃以上，高温热载气会造成油气的二次裂解和焦化而降低收油率，同时大量使用热载气导致干馏出口气量很大，油回收系统庞大，由于小量的油气混在大量的热载气中，摊薄了干馏出口气体中的含油比例，不仅使冷凝回收油比较困难，而且造成大量的热载气中低含量的油不能回收，降低了油回收率，冷凝收油后，不凝气中由于混有大量的N2等不可燃气体使得气体产物的热值很低，有时不能点燃，不得不建煤气发生炉等为干馏补充热源，不仅加大了初始投入，也增加了运行成本，还有由于油气和热载气是混在一起的，所以冷凝收油时就必须同时冷凝热载气，这相当于不断重复升温和冷凝大量热载气的操作。
[0005]因此，急需开发一种地下干馏工艺以解决上述问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是要解决现有技术中存在的问题，提供一种操作简便，无高温热载
体、收油率高且投资小的自热式地下干馏油页岩提取页岩油和高热值燃料气的方法。
[0007]为达到上述目的，本专利技术是按照以下技术方案实施的：
[0008]一种自热式地下干馏油页岩提取页岩油和高热值燃料气的方法，包括以下步骤：
[0009]S1、钻数口注射井和生产井至目标油页岩层，并收集油页岩层中的水；
[0010]S2、使用空气分离机分离出空气中的富O2气体和N2并收集；
[0011]S3、将空气分离机分离获得的N2预热至250
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500℃后通过注射井注入到油页岩层进行预热，待注射井附近的油页岩预热到200
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400℃后停止通入N2；
[0012]S4、将空气分离机分离获得的富O2气体和水蒸气按O2/H2O摩尔比为0.03
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2.5的比例混合后通过注射井通入油页岩层对油页岩进行干馏，水蒸气和O2与油页岩反应使油页岩温度上升，油页岩热解生成油气和固定碳，油气从生产井采收，部分固定碳同时与O2反应放出干馏所需的热量，剩下的固定碳留在油页岩中；
[0013]S5、待油页岩热解生油阶段结束后，停止通入富O2气体，继续通过生产井向油页岩层通入水蒸气，水蒸气与残留在油页岩中的固定碳发生气化反应，生成富含H2、CO和CH4的燃料气并从生产井采收；
[0014]S6、气化反应结束后，继续通过生产井向油页岩层通入水蒸气，水蒸气带走油页岩上的热量使油页岩温度降低，进而达到回收热岩石上显热的目的；
[0015]S7、重复步骤S4
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S6，使得油页岩从注射井到生产井方向不断反应，直至所有的油页岩采收完毕；
[0016]S8、在地面分离和处理采出的油气，首先将其与水换热，先冷凝出页岩油并收油；剩下的气体产物继续与水换热将气体产物中的水蒸气冷凝为液态水；再除去剩下的气体产物中的CO2，除去CO2后得含H2、CO和CH4的燃料气。
[0017]作为本专利技术的进一步优选技术方案，所述步骤S2中，使用空气分离机分离出空气中的富O2气体和N2的具体过程为：使用空气分离机先将从空气中分离出N2，然后使用空气分离机从空气中分离出富O2气体。
[0018]作为本专利技术的进一步优选技术方案，所述步骤S8中，在地面分离和处理采出的油气与水换热冷凝出页岩油时，水蒸发为水蒸气，所用水主要为收集的油页岩层中的水，所述水蒸气用于步骤S4
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S6。
[0019]作为本专利技术的进一步优选技术方案，所述步骤S8中，剩下的气体产物继续与水换热将气体产物中的水蒸气冷凝成的液态水循环用于在地面分离和处理采出的油气与水换热冷凝出页岩油。
[0020]本专利技术的自热式地下干馏油页岩提取页岩油和高热值燃料气的方法的原理为：干馏起动时不用点火，干馏启动后靠自身供热，无需高温热载体或电能等其它形式能量的输入，所需热量主要由油页岩裂解产生的固定碳低温氧化放出的热量提供；其载气的主要作用之一是载O2而不是载热，所以可使用富氧载气，这样可大大减少供气量及干馏油气中混有N2和CO2等不凝气体，由此克服干馏出口气体处理量大、干馏出口气体中的含油比例和收油后的气体产物发热值低等问题，简化油冷凝回收系统，降低油回收的难度；在油页岩热解生油阶段，利用O2与水蒸气协同与油页岩反应，既促进反应，增加收油率，又降低热解温度；生油阶段后，利用水蒸气将残留的固定碳气化为富含H2和CO等燃气；气化反应结束后，进一步利用水蒸气将高温岩石上的显热带走回收，同时降低矿层温度，避免随后经过其用于干
馏下游油页岩矿层的富氧水蒸气通过其换热而产生过高的温度，控制下游矿层干馏段温度低于500
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550℃(油页岩发生低温干馏)，防止热解阶段油气二次反应和结焦。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0022]1、本专利技术提供的自热式地下干馏油页岩提取页岩油和高热值燃料气的方法，热量由自身原位产生；干馏所需的水蒸气可由水通过换热利用采出油气所含的显热制备，不消耗额外的热量，大大提高了热能的利用效率；水由页岩油矿层中的水收集而来，油气中的水冷凝回收使用，可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自热式地下干馏油页岩提取页岩油和高热值燃料气的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、钻数口注射井和生产井至目标油页岩层，并收集油页岩层中的水；S2、使用空气分离机分离出空气中的富O2气体和N2并收集；S3、将空气分离机分离获得的N2预热至250
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500℃后通过注射井注入到油页岩层进行预热，待注射井附近的油页岩预热到200
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400℃后停止通入N2；S4、将空气分离机分离获得的富O2气体和水蒸气按O2/H2O摩尔比为0.03
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2.5的比例混合后通过注射井通入油页岩层对油页岩进行干馏，水蒸气和O2与油页岩反应使油页岩温度上升，油页岩热解生成油气和固定碳，油气从生产井采收，部分固定碳同时与O2反应放出干馏所需的热量，剩下的固定碳留在油页岩中；S5、待油页岩热解生油阶段结束后，停止通入富O2气体，继续通过生产井向油页岩层通入水蒸气，水蒸气与残留在油页岩中的固定碳发生气化反应，生成富含H2、CO和CH4的燃料气并从生产井采收；S6、气化反应结束后，继续通过生产井向油页岩层通入水蒸气，水蒸气带走油页岩上的热量使油页岩温度降低，进而达到回收热岩石上显热的目的；S7、重复...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭洪范，刘云义，熊莉佳，
申请(专利权)人：沈阳化工大学，
类型：发明
国别省市：