中试级有机岩长距离多级加热的超临界水氧制油制氢方法技术

本发明专利技术属于深部非常规或常规资源清洁高效开采技术领域；公开了一种中试级有机岩长距离多级加热的超临界水氧制油制氢方法，通过多级加热系统对超临界水氧反应釜内的有机岩块体进行加热，形成逐级反应、逐级控制、逐级收集，实现了长距离反应超临界水氧制油制氢，并且使有机岩块体分解更为充分，期间辅以注氧等措施，得到超临界水热解有机岩制油、高温残碳加氧制氢的最优注氧参数，阐释不同反应距离下油气产物释放特性；本发明专利技术可以对注热温度、注热压力以及反应距离等参数综合作用下的油气产物品质进行系统分析，为现场实际提供理论依据。据。据。

【技术实现步骤摘要】
中试级有机岩长距离多级加热的超临界水氧制油制氢方法


[0001]本专利技术属于深部非常规或常规资源清洁高效开采
，具体为一种中试级有机岩长距离多级加热的超临界水氧制油制氢方法。用于进行超临界水氧热解有机类岩石的中试模拟过程，可实现有机岩原位制油和制氢的功能和效果。

技术介绍

[0002]目前有机岩矿藏的开采方式主要为井工开采，但井工开采引起的环境和生态问题日益严重，一方面，煤炭发电以及油页岩干馏等形成的矸石堆积面积较大，气体废弃物排放会污染大气，形成矿雾以及酸雨等环境问题；另一方面，开采容易造成土地沉陷、地面建筑物和构筑物破坏、地下水流失和污染，同时深部矿层井工开采面临的安全问题也十分严重。在环保问题日益突出的今天，有机岩矿藏开采如何面对环境保护与生态重建的压力，实现自身的绿色环保开采是面临的重要课题。
[0003]原位开采技术只需要在地面进行钻孔布井，通过注热井直接加热矿藏，待有机质充分热解之后，将其气态的产物从其它井网中排采出来，该技术具有明显的经济性和环保性。当水处于其临界点(374.3℃，22.05MPa)的高温高压状态时被称为超临界水，超临界水具有极强的氧化能力，可以溶解很多物质，具有超级催化作用。在超临界水中，化学物质会反应得很快，有些更可以达到100倍。由此可见，以超临界水作为载热流体原位热解有机岩矿藏是极为可行的方案。通过超临界水热解有机岩矿藏，岩体内部的有机质会裂解形成气态的油，超临界水携带产物排采出来在地面通过物理方法可以进行油水分离，这样就实现了原位制油效果。有机岩矿藏高温热解后会形成大量的高温残碳区，与水和氧气发生化学反应形成氧化带，从而产生氢气和二氧化碳，混合气体在地面可以进行分离，氢气直接压缩作为氢能，从而实现原位制氢效果，而二氧化碳可以进行深地封存，这样既实现了极高的能量利用率，同时形成了极高利用价值的清洁能源，完全符合国家的双碳目标。另一方面，高温残碳与氧气反应形成的大量热量可以作为其它低温有机岩区域热解的温度来源，从而大幅提高了能量利用率。
[0004]现有该领域内的中国专利CN 110965968 A，是通过电加热技术对油页岩进行加热，进而通入氮气或者其他液体对油页岩热解形成的油气产物进行排采；中国专利CN 112727418 A，模拟了高温水蒸汽热解油页岩和油气采集的过程；现有技术中存在的问题是：反应距离短，模拟所得结果与现场实际差异较大；油页岩热解形成的高温残碳无法进一步利用；以及无法实现分级加热。对于深部有机储层，由于井管较长，高温水蒸汽从井口注入到矿层散热较为严重，无法保证深部储层的高效热解。油页岩热解形成的高温残碳同样无法进一步利用，如果进行注氧，则反应釜的材质无法满足高温条件，故无法实现注氧功能，无法模拟原位制氢过程。

技术实现思路

[0005]本专利技术克服了现有技术的不足，提出一种中试级有机岩长距离多级加热的超临界
水氧制油制氢方法。通过本方法可以进行超临界水热解有机类岩石的中试模拟过程，深究超临界水热解有机类岩石的反应机理，阐释不同反应距离下油气产物释放特性，同时得到高温残碳加氧制氢的效果以及最优的注氧参数，从而为现场实际提供理论依据。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术是通过如下技术方案实现的：中试级有机岩长距离多级加热的超临界水氧制油制氢方法，包括以下步骤：1）在超临界水发生系统中制备超临界水：所述超临界水发生系统包括依次相连接的注水系统、前段预热反应系统、二级加热系统和三级加热系统；前段预热反应系统包括预热釜，预热釜的加热温度为350℃，二级加热系统的加热温度为500℃，三级加热系统的加热温度为650℃；前段预热反应系统、二级加热系统和三级加热系统的工作压力为22
‑
40MPa；当设定压力低于30MPa时，打开进入有机岩超临界水热解反应系统的高温高压截止阀，使超临界水进入有机岩超临界水热解反应系统中的超临界水氧反应釜；同时通过注氧系统向超临界水氧反应釜输送氧气，注氧系统注氧的流量为5mL/min~5L/min。
[0007]2）超临界水氧反应釜从入口至出口等间距设置热电偶，等间距设置压力传感器，分段设置温控加热系统，等间距设置有注氧口；等间距设有支路油气冷凝与收集系统；超临界水氧反应釜的入口端通过管路与超临界水发生系统相连接；超临界水氧反应釜的出口端与总路油气冷凝与收集系统相连；温控加热系统的加热温度为650
‑
800℃；所述注氧口与注氧系统相连接。
[0008]在超临界水氧反应釜内放置有有机岩块体，有机岩块体在高温下与超临界水和氧气反应，反应的过程中沿超临界水氧反应釜入口至出口的方向，逐步开启温控加热系统和支路油气冷凝与收集系统对油气产物进行收集；当前一部分的支路油气冷凝与收集系统对应的有机岩块体热解完成形成残碳反应区后关闭该部分的支路油气冷凝与收集系统，再开启后一部分的支路油气冷凝与收集系统进行逐步分段收集；依次逐段进行注氧加热、温控加热系统加热、油气采收；直至超临界水氧反应釜内有机岩块体充分反应热解形成油气。
[0009]优选的，注氧系统包括氧气气瓶、减压阀、气体质量流量计、气体增压泵、耐高压阀门、蓄能器、高压单向阀、冷凝器、预热器以及真空泵。
[0010]氧气气瓶出口设置减压阀，通过气体质量流量计与气体增压泵的一端相连，气体增压泵的另一端通过耐高温阀门与蓄能器连接，蓄能器出口设置减压阀，减压阀出口通过高压单向阀与冷凝器的入口端相连，冷凝器的出口端通过高压单向阀与预热器的入口端相连，预热器的出口端设置高压三通阀，一端与注氧口串联，另一端与真空泵相连；气体增压泵的注入压力需要达到22MPa
‑
42MPa，气体质量流量计的控制精度＞90%；根据超临界水氧反应釜内的热电偶的温度变化调节蓄能器和气体增压泵控制氧气注入的流量。
[0011]优选的，试验结束后，先关闭所有加热系统，然后通过打开注水系统、二级加热系统、三级加热系统、以及超临界水氧反应釜出口的高温高压截止阀进行系统减压，并通过连续式注入冷水，来缓慢降低系统内部温度，从而使设备达到相应的安全值；在所有数值处于安全状态下的同时，可将系统所有出口阀门打开，处于放空状态。
[0012]优选的，所述的注水系统包括补水水箱、冷凝循环泵、前端补液泵、高压注入泵以及冷凝管路；冷凝循环泵出口端设置热电偶；冷凝循环泵与冷凝管路、补水水箱形成闭合连通的冷凝通道，防止预热釜的高温传递到高压注入部件。
[0013]进一步，前端补液泵通过截止阀与高压注入泵相连，高压注入泵出口设置脉冲阻
尼、溢流阀、安全阀、温压传感器、防爆阀；安全阀设定压力大于溢流阀设定压力；防爆阀出口与冷凝管路连接；高压水通过冷凝管路经高温高压截止阀进入预热釜内部。
[0014]进一步，预热釜上设置有液位计，预热釜顶部设置有温压传感器；预热釜底部为预热釜加热腔，加热腔下端设置排污口，排污口连接有高温高压截止阀和高温减压阀。
[0015]进一步，二级加热系统和三级加热系统均包括加热器、加热管道和辅助元件；加热管道设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.中试级有机岩长距离多级加热的超临界水氧制油制氢方法，其特征在于，包括以下步骤：1）在超临界水发生系统中制备超临界水：所述超临界水发生系统包括依次相连接的注水系统、前段预热反应系统、二级加热系统和三级加热系统；前段预热反应系统包括预热釜，预热釜的加热温度为350℃，二级加热系统的加热温度为500℃，三级加热系统的加热温度为650℃；前段预热反应系统、二级加热系统和三级加热系统的工作压力为22
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40MPa；当设定压力低于30MPa时，打开进入有机岩超临界水热解反应系统的高温高压截止阀，使超临界水进入有机岩超临界水热解反应系统中的超临界水氧反应釜；同时通过注氧系统向超临界水氧反应釜输送氧气，注氧系统注氧的流量为5mL/min~5L/min；2）超临界水氧反应釜从入口至出口等间距设置热电偶，等间距设置压力传感器，分段设置温控加热系统，等间距设置有注氧口；等间距设有支路油气冷凝与收集系统；超临界水氧反应釜的入口端通过管路与超临界水发生系统相连接；超临界水氧反应釜的出口端与总路油气冷凝与收集系统相连；温控加热系统的加热温度为650
‑
800℃；所述注氧口与注氧系统相连接；在超临界水氧反应釜内放置有有机岩块体，有机岩块体在高温下与超临界水和氧气反应，反应的过程中沿超临界水氧反应釜入口至出口的方向，逐步开启温控加热系统和支路油气冷凝与收集系统对油气产物进行收集；当前一部分的支路油气冷凝与收集系统对应的有机岩块体热解完成形成残碳反应区后关闭该部分的支路油气冷凝与收集系统，再开启后一部分的支路油气冷凝与收集系统进行逐步分段收集；依次逐段进行注氧加热、温控加热系统加热、油气采收；直至超临界水氧反应釜内有机岩块体充分反应热解形成油气。2.根据权利要求1所述的中试级有机岩长距离多级加热的超临界水氧制油制氢方法，其特征在于，注氧系统包括氧气气瓶、减压阀、气体质量流量计、气体增压泵、耐高压阀门、蓄能器、高压单向阀、冷凝器、预热器以及真空泵；氧气气瓶出口设置减压阀，通过气体质量流量计与气体增压泵的一端相连，气体增压泵的另一端通过耐高温阀门与蓄能器连接，蓄能器出口设置减压阀，减压阀出口通过高压单向阀与冷凝器的入口端相连，冷凝器的出口端通过高压单向阀与预热器的入口端相连，预热器的出口端设置高压三通阀，一端与注氧口串联，另一端与真空泵相连；气体增压泵的注入压力需要达到22MPa
‑
42MPa，气体质量流量计的控制精度＞90%；根据超临界水氧反应釜内的热电偶的温度变化调节蓄能器和气体增压泵控制氧气注入的流量。3.根据权利要求1所述的中试级有机岩长距离多级加热的超临界水氧制油制氢方法，其特征在于，试验结束后，先关闭所有加热系统，然后通过打开注水系统、二级加热系统、三级加热系统、以及超临界水氧反应釜出口的高温高压截止阀进行系统减压，并通过连续式注入冷水，来缓慢降低系统内部温度，从而使设备达到相应的安全值；在所有数值处于安全状态下的同时，可将系统所有出口阀门打开，处于放空状态。4.根据权利要求1所述的中试级有机岩长距离多级...

【专利技术属性】
技术研发人员：康志勤，王磊，张红鸽，赵贵斌，赵静，孟巧荣，杨栋，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：