一种利用地热能辅助加热的气藏原位转化制氢方法技术

本发明专利技术公开了一种利用地热能辅助加热的气藏原位转化制氢方法，涉及天然气制氢技术领域。该方法包括以下步骤：从储层中采出含甲烷气；钻至少一口连通地热层的井，并对地热层进行造穴，所述地热层为干热岩；向地热层中注入氧化钙和水蒸气进行预热，使得预热后的地热层的温度满足甲烷和水蒸气反应制氢；向地热层中注入氧化钙、含甲烷气以及水蒸气并焖井以生成氢气和一氧化碳；继续向地热层中注入水蒸气并焖井，以生成氢气和二氧化碳；开井并得到采出气，将采出气进行分离以得到氢气，并将剩余的气体注入储层中。本发明专利技术的方法，将甲烷制氢以及地热能的充分利用进行结合，降低了甲烷制氢过程中的能量消耗，还实现了甲烷制氢过程的二氧化碳零排放。氧化碳零排放。氧化碳零排放。

【技术实现步骤摘要】
一种利用地热能辅助加热的气藏原位转化制氢方法


[0001]本专利技术涉及天然气制氢
，具体涉及一种利用地热能辅助加热的气藏原位转化制氢方法。

技术介绍

[0002]甲烷是一种分布较为广泛的气体，同时也是一种应用范围很广的气体。在工业中，甲烷通常由化石能源中开采，比如常规天然气储层、致密气、煤层气、天然气水合物储层等。同时，甲烷的一大用途就是制氢，据统计，目前全世界一半以上的氢气都来源于甲烷制氢，甲烷制氢的过程通常为：在高温条件下，使甲烷和水蒸气进行反应，最终生成一氧化碳、二氧化碳和氧气。但是，甲烷制氢的过程中，需要较高的温度，通常需要外加燃料来提供高温，其成本较高。同时，无论是外加燃料的燃烧还是甲烷制氢过程，都会产生大量的二氧化碳，而大量的碳排放显然不利于环保。
[0003]地热能同样是目前的新兴能源，同时，地热能属于一种清洁能源，其分布范围广，储量高，具有可再生性。但是目前对地热能的开发还仅停留在较为原始的层面上：通常是将低温水注入地热层，当地热层将水加热后，再将水采出利用。整个过程地热的利用率较低、热量损失较大。
[0004]目前还没有一种方法将甲烷制氢过程的二氧化碳零排放以及地热能的充分利用结合起来。

技术实现思路

[0005]鉴于以上技术问题，本专利技术的一个目的是针对现有技术的缺陷，提供一种利用地热能辅助加热的气藏原位转化制氢方法，其将甲烷制氢以及地热能的充分利用进行结合，不仅降低了甲烷制氢过程中的能量消耗，同时还实现了甲烷制氢过程的二氧化碳零排放。
[0006]为达成以上技术目的，本专利技术采用以下技术方案：一种利用地热能辅助加热的气藏原位转化制氢方法，包括以下步骤：从储层中采出含甲烷气；钻至少一口连通地热层的井，并对地热层进行造穴，所述地热层为干热岩；向地热层中注入氧化钙和水蒸气进行预热，使得预热后的地热层的温度满足甲烷和水蒸气反应制氢；向地热层中注入氧化钙、含甲烷气以及水蒸气并焖井以生成氢气和一氧化碳；继续向地热层中注入水蒸气并焖井，以生成氢气和二氧化碳；开井并得到采出气，将采出气进行分离以得到氢气，并将剩余的气体注入储层中。
[0007]本专利技术的一种实施方式在于，所述储层为天然气水合物层、天然气储层、煤层气储层。
[0008]本专利技术的一种实施方式在于，向地层中注入含甲烷气以及水蒸气时，所述含甲烷气中的甲烷与所述水蒸气中水的摩尔比不大于1。
[0009]进一步的，继续向地热层中注入水蒸气时，所述水蒸气与一氧化碳的摩尔比不小于1。
[0010]进一步的，向地层中注入含甲烷气以及水蒸气时，同时注入氧化钙。
[0011]本专利技术的一种实施方式在于，将采出气进行分离前，将所述采出气进行换热，并将换热得到的热量用于辅助加热水以得到水蒸气。
[0012]本专利技术的一种实施方式在于，重复权利要求1中的所有步骤，直至地热层不具有经济的开采价值或储层不具有经济的开采价值。
[0013]本专利技术的有益效果是：1、充分利用了地热能，将地热温度用于制氢辅助加热，降低了原始能源消耗。
[0014]2、整个制氢过程实现了封闭式碳循环，未向大气中排放任何含碳化合物，符合现有的环保需求，同时实现了碳由气体到固体的形态转变，不存在后续的逸散问题。
[0015]3、在整个生产过程中，并未采用燃料进行加热，进一步减少了碳排放。
[0016]4、本方法制氢无需燃料，大大降低了生产成本。
附图说明
[0017]图1 为本专利技术方法流程图；图2为实施例1的开采结构示意图。
具体实施方式
[0018]为使本专利技术的技术方案和技术优点更加清楚，下面将利用实施例和附图，对本专利技术的实施过程中的技术方案进行清楚、完整的描述。
[0019]如图1所示，一种利用地热能辅助加热的气藏原位转化制氢方法，包括以下步骤：一种利用地热能辅助加热的气藏原位转化制氢方法，包括以下步骤：从储层中采出含甲烷气；该储层可以为常规天然气储层、天然气水合物层、煤层气储层、致密气储层等，常规天然气储层通常包括碳酸盐岩储层和砂岩储层；天然气水合物层通常包括深海天然气水合物层和高原冻土天然气水合物层；煤层气储层通常是指包含有与煤炭伴生或共生的气体资源的煤炭储层；致密气储层通常指的是致密砂岩气储层。
[0020]同时，所谓的含甲烷气，指的是气体中含有大量甲烷的气体，但是从制氢效率来看，需要甲烷含量大于90%的气体。
[0021]钻至少一口连通地热层的井，并对地热层进行造穴，所述地热层为干热岩；地热层分为水热性地热层和干热岩，从理论上来讲，所有的地热层都能够满足本方法，但是，水热性地热层的温度通常较低，超过100℃的水热性地热层在国内较少，因此不具有广泛的推广意义；但对于干热岩而言，超过100℃的干热岩较多，甚至还有较多的干热岩的温度超过200℃，深部干热岩的温度更高，因此其效果更好。
[0022]同时水热性地热层中，其通常利用水的流动进行传热，因此其内部缝隙较大且传热严重依赖水，不利用本方法的后续步骤；而对于干热岩而言，由于其构造的因素，其内部孔隙、裂缝较少，同时，其传热基本依靠岩石之间的热传导，对本方法后续步骤不会造成影响，因此，在本方法中，优先选用干热岩。
[0023]对地层进行造穴时，理论上来讲，其洞穴尺寸越大越好：洞穴越大，则其容量越大，单位时间内能够产出的氢气的量也越大。但是在实际过程中，当洞穴尺寸过大时，洞穴容易塌陷，因此，可根据实际情况构造洞穴的尺寸。造穴后形成的洞穴即为天然气制氢的地下气化炉。
[0024]向地热层中注入氧化钙和水蒸气进行预热，使得预热后的地热层的温度满足甲烷和水蒸气反应制氢；虽然地热层本身具有一定的温度，但其温度不足以使甲烷和水蒸气进行反应，因此，需要另行补充热量，使得地热层的温度足以支持甲烷和水蒸气的反应。
[0025]本方法中，注入氧化钙有多个好处：首先，目前的常规方法中，通常采用外加燃料功能的方式使甲烷和水蒸气进行反应，但是，这些燃料在燃烧过程中，会产生大量的碳排放，对环境造成影响。因此，本方法中，通过注入氧化钙的方式对地热层进行升温。在注入氧化钙和水蒸气后，氧化钙水化会放出大量的热，促使地热层升温，使得升温后的地热层中的温度足以支持后续甲烷和水蒸气的反应。
[0026]其次，氧化钙能够对甲烷和水蒸气的反应进行催化，氧化钙/氢氧化钙/碳酸钙是常见的钙基催化剂，其能够对甲烷和水蒸气的反应起到催化作用，加速反应的进行。
[0027]再次，甲烷和水蒸气反应过程中，虽然其主要产物为一氧化碳和氢气，但是也会产生一定量的副产物二氧化碳；同时，在后续的水煤气转化过程中，会生成大量的二氧化碳。氧化钙和水进行反应后，生成氢氧化钙，氢氧化钙是一种较好的二氧化碳吸收剂，其能够对反应过程中生成的二氧化碳进行吸收，促进反应的向右进行，最终能够提高转化率，增加氢气的产量。
[0028]最后，在注入氧化钙后，氧化钙容易进入洞穴的裂缝、孔隙等通道，随着氧化钙后续过程中和水以及二氧化碳的反应，最终生成的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用地热能辅助加热的气藏原位转化制氢方法，其特征在于，包括以下步骤：从储层中采出含甲烷气；钻至少一口连通地热层的井，并对地热层进行造穴，所述地热层为干热岩；向地热层中注入氧化钙和水蒸气进行预热，使得预热后的地热层的温度满足甲烷和水蒸气反应制氢；向地热层中注入含甲烷气以及水蒸气并焖井以生成氢气和一氧化碳；继续向地热层中注入水蒸气并焖井，以生成氢气和二氧化碳；开井并得到采出气，将采出气进行分离以得到氢气，并将剩余的气体注入储层中。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述储层为天然气水合物层、常规天然气储层、煤层气储层、页岩气储层。3.根据权利要求1所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：王超文，彭小龙，贾春生，张烈辉，刘建仪，周芳芳，朱苏阳，邓鹏，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：