Спосіб одержання рідких синтетичних речовин з вугільного пласта

Спосіб одержання рідких синтетичних речовин із вугільного пласта, який включає буріння дуттьової та газовідвідної свердловин на вугільний пласт, з'єднання свердловин по пласту каналом, розпал пласта навколо вибою дуттьової свердловини, почергову подачу нагрітого повітря для підігріву пласта до температури 1500 К і води в нагрітий пласт через дуттьову свердловину, почерговий відвід продуктів горіння та синтез-газу, що утворюються, через газовідвідну свердловину, де підтримують наперед задані термобаричні умови, який відрізняється тим, що в газовідвідній свердловині розміщують рухому колону труб, яку наповнюють пористим каталізатором та в якій для синтезу рідких вугле воднів підтримують температуру 550К та тиск 1,0МПа, при цьому колону переміщують відносно вибою газовідвідної свердловини в міру наближення до неї зони горіння та/або охолоджують чи нагрівають її водою або парою відповідно, які подають навколо рухомої колони труб. UA (11) 79893 (21) a200511647 (22) 07.12.2005 (24) 25.07.2007 (46) 25.07.2007, Бюл. № 11, 2007 р. (72) Стефаник Юрій Васильович, Павлюк Мирослав Іванович, Гвоздевич Олег Васильович, Подольський Мирослав Романович, Храмов Володимир Миколайович (73) ІНСТИТУТ ГЕОЛОГІЇ І ГЕОХІМІЇ ГОРЮЧИХ КОПАЛИН НАЦІОН АЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ (56) UA 4483, C2, 27.12.1994 UA 4481, C2, 27.12.1994 UA 67203, A, 15.06.2004 UA 22407, A, 30.06.1998 SU 1390238, A1, 23.04.1988 SU 1481409, A1, 23.05.1989 US 4313499, 02.02.1982 US 4218388, 19.08.1980 US 4252736, 24.02.1981 DE 484337, 22.07.1925 UA 59593, A, 15.09.2003 UA 66746, C2,15.04.2004 C2 2 (19) 1 3 79893 сіб [6] має наступні ознаки, спільні з ознаками пропонованого технічного рішення, а саме: - буріння дуттьової та газовідвідної свердловин на вугільний пласт; - з'єднання свердловин по пласту каналом; - розпал пласта навколо вибою дуттьової свердловини; - почергову подачу нагрітого повітря для підігріву пласта до температури 1500К та подачу води в нагрітий пласт через дуттьову свердловину; - почерговий відвід продуктів горіння та синтез-газу через газовідвідну свердловину; - підтримання наперед заданих термобаричних умов у газовідвідній свердловині для одержання цільових продуктів. Відомий спосіб дає можливість одержати газові вуглеводні - метан та ін., але є малоефективним для одержання рідких синтетичних речовин різного фракційного складу СnН2n+2 та CnH2n . В основу винаходу поставлено задачу підвищити е фективність процесу за рахунок одержання рідких синтетичних речовин з вугільних пластів, а також зниження енергоємності цього процесу геотехнологічним методом за рахунок більш ефективного регулювання термобаричних умов у експлуатаційній газовідвідній свердловині. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому та найбільш близькому за технічною суттю до пропонованого способі [6], який містить буріння дуттьової та газовідвідної свердловин на вугільний пласт, з'єднання свердловин по пласту каналом, розпал пласта навколо вибою дуттьової свердловини, почергову подачу нагрітого повітря для підігріву пласта до температури 1500К та подачу води в нагрітий пласт через дуттьову свердловину, почерговий відвід продуктів горіння та синтез-газу, що утворюються, через газовідвідну свердловину, де підтримують наперед задані термобаричні умови, згідно з винаходом в газовідвідній свердловині розміщують рухому колону труб, яку наповнюють пористим каталізатором та в якій для синтезу вуглеводнів підтримують температуру 550К та тиск 1,0МПа, при цьому колону переміщують відносно вибою газовідвідної свердловини в міру наближення до неї зони горіння та/або охолоджують чи нагрівають її водою або парою відповідно, які подають навколо рухомої колони труб. Причинно-наслідковий зв'язок між ознаками, що відрізняють та характеризують винахід, і те хнічним результатом, який буде досягнуто, полягає в тому, що: - розміщення рухомої колони труб у газовідвідній свердловині та наповнення колони труб пористим каталізатором дає можливість провести одержання рідких синтетичних речовин безпосередньо в цій свердловині, підтримуючи та регулюючи в ній термобаричні умови синтезу, що є необхідними та достатніми для одержання рідких синтетичних речовин - вуглеводнів; - підтримання температури 550К та тиску 1,0МПа для синтезу з одержаного газу (CO+H2) рідких вуглеводнів фракційного складу С nН2n+2 сприяють найбільшому їх ви ходу; - переміщення рухомої колони труб відносно вибою газовідвідної свердловини в міру набли 4 ження до неї зони горіння необхідно для підтримання у ній, як у синтезаторі, потрібної для процесу температури - в міру наближення зони горіння до вибою температура у газовідвідній свердловині буде зростати і шляхом підняття її відносно вибою температуру зменшують. Таке переміщення колони труб необхідно перш за все на етапі газифікації, тобто підігріву пласта, а також на етапі утворення синтез-газу, коли у пласт вводять реагент - воду, отримуючи при ендотермічній реакції оксид вуглецю СО та водень H2; - охолодження чи нагрівання рухомої колони труб водою або парою відповідно, які подають навколо колони також необхідно для створення та підтримання у ній відповідних термобаричних умов утворення рідких синтетичних вуглеводнів. Таке охолодження чи нагрівання колони необхідно здійснювати у випадку, коли самим підняттям колони відносно вибою газовідвідної свердловини (наприклад, коли зона горіння підійшла до вибою) неможливо понизити в ній температуру, тобто досягнути необхідну температуру синтезу і у колонісинтезаторі. Крім того, інтенсивне охолодження синтез-газу (СО+Н2) до температури близько 550К необхідно з метою збереження та стабілізації його складу для подальшого синтезу рідких вуглеводнів. При цій температурі та тиску 1,0МПа забезпечують максимальний каталітичний синтез рідких синтетичних речовин. Оптимальна температура каталітичного синтезу рідких вуглеводнів залежить від фізикохімічних властивостей вибраних каталізаторів. В процесі каталітичного синтезу виділяється тепло і для уникнення перегріву каталізаторів надлишкове тепло реакції потрібно відводити із зони синтезу, тобто від рухомої колони труб, та утилізувати на поверхні, наприклад, шляхом підігріву реагенту води, або - повітря, як реагенту на стадії підігріву вугільного пласта. Регулювання температурного режиму витратою води в разі виникнення потреби в охолодженні колони - синтезатора (чи парою, в разі виникнення потреби у підігріві колони - синтезатора) ведуть відповідно до експрес - аналізу цільових продуктів технологічного процесу, забезпечуючи найбільш ефективний вихід рідких синтетичних речовин на поверхні. В джерелах патентної і науково-технічної інформації не виявлено вищенаведені нові признаки способу, що заявляється, отже, можна стверджувати, що новий спосіб одержання рідких синтетичних речовин, відповідає критерію "новизна". Крім того, наведені вище ознаки нового способу, що відрізняють його від способу-прототипу і надають йому нових властивостей, а також послідовність їх здійснення є суттєвими для реалізації способу та достатніми для досягнення технічного результату, який забезпечує винахід, отже відповідають критерію "суттєві відзнаки". Техніко-економічними перевагами пропонованого способу є підвищення ефективності процесу за рахунок одержання рідких синтетичних речовин, а також зниження енергоємності процесу одержання рідких синтетичних речовин за рахунок більш ефективного регулювання термобаричних умов в технологічному процесі. Отже, пропонова 5 79893 ний спосіб є економічно та екологічно доцільним оскільки направлений на енерго- та ресурсозбереження, а також дозволяє ввести в обіг відходи низькокондиційних вугільних пластів: малопотужних; ти х, що залягають на великій глибині; обводнених; високозольних тощо). Спосіб пояснюється кресленням: на Фіг. - те хнологічна схема виконання пропонованого способу для одержання синтетичних рідких речовин з вугільного пласта, де: 1 - вугільний пласт, на який пробурені дуттьова 2 та газовідвідна 3 свердловини; 4 - рухома колона труб, навколо якої розміщений трубний змієвик 5, сполучений на виході з патрубком 6 для подачі води або пари для охолодження або підігріву синтез-газу CO+H2; 7, 8 - задвижки на колоні 4 труб та на газовідвідній 3 свердловині відповідно; 9 - водоповітряна компресорна станція; 10 - патрубок для почергового підводу реагентів (повітря або води) у дуттьову 2 свердловину; 11 - тр убопровід для підводу води або пари з накопичувача 12 до змієвика 5; трубопровід 13 відводу продуктів синтезу; 14 - розділювач фаз продуктів синтезу: на газову фазу; на рідку фаз у - через патрубок 15; рухома зона 16 розпалу (газифікації) вугільного пласта; 17 - канал газифікації. Спосіб реалізують наступним чином. До геотехнологічної розробки долучають переважно некондиційний малопотужний (наприклад, менше 0,5м) вугільний пласт 1, придатний до свердловинної розробки з поверхні землі методом підземного спалювання. З поверхні землі на вугільний пласт 1 бурять дуттьову 2 та газовідвідну 3 свердловини на відстані 50-80м одна від одної, вибій яких сполучають між собою каналом 17 газифікації, створеним способом гідророзриву. Для цього на вибій свердловини 2 спускають свердловинний гідромонітор [7] (на Фіг. не показаний) з метою проведення орієнтованої збійки вибоїв свердловин 2 та 3. Свердловинний гідромонітор має гнучкий робочий орган-зонд, який просувають орієнтовано по пласту 1, після чого в утворені канали під високим тиском нагнітають воду, виконуючи гідророзрив. Потім свердловинним пристроєм [6] (на Фіг. не показаний), або іншим відомим способом, на вибої дуттєвої 2 свердловини формують зону розпалу 16 з температурою 1500 К, для чого компресором 9 через патрубок 10 на гирлі свердловини 2 подають в зону розпалу 16 окислювач повітря. В цей час патрубок колони труб 4 закривають засувкою 7, відкривають засувку 8 на газовідвідній свердловині 3 і утворений в результаті процесу газифікації вугільного пласта 1 газ (2С+O2=2СO2) відводять через накопичувач 12 води. При досягненні в зоні розпалу 16 вугільного пласта 1 температури 1500 К припиняють подачу повітря в дуттьову 2 свердловину і через патрубок 10 в неї подають підігріту в накопичувачі 12 воду для виробництва у вугільному пласті 1 синтез-газу (оксиду вуглецю СО та водню H2) за реакцією С+Н2O=СО+Н2. На цій стадії робіт перекривають засувку 8, відкривають засувку 7 і синтез-газ направляють через перфораційні отвори у рухому колону 4 тр уб, яка виконує роль синтезатора. У 6 цьому випадку, коли зона горіння 16 знаходиться ще достатньо далеко від газовідвідної свердловини 3 і гази поступають в її порожнину з температурою меншою за необхідну температуру для синтезу рідких вуглеводнів у колоні 4, через змієвик 5, що розташований навколо колони 4, закачують пару, одержавши її, наприклад, із води в накопичувачі 12 та пропустивши її потім через наземний парогенератор (на Фіг. не показаний). Таким чином підтримують температурний режим у колоні труб 4 і досягають температури в її порожнині рівною 550К, тобто температури необхідної для найбільш ефективного одержання рідких синтетичних продуктів (вуглеводнів) у колоні 4 із суміші газів СО+H2. При цьому температурний режим у колоні - синтезаторі 4 регулюють також шляхом опускання чи піднімання її відносно вибою. Крім того, підтримання температури синтез-газу (CO+H2) близької 550К необхідно з метою збереження та стабілізації його складу. При цій температурі та тиску 1,0МПа забезпечують максимальний каталітичний синтез рідких синтетичних речовин у колоні 4 труб. Оптимальна температура каталітичного синтезу рідких вуглеводнів залежить від фізикохімічних властивостей вибраних каталізаторів. Оскільки в процесі каталітичного синтезу у колоні 4 виділяється тепло, то для уникнення перегріву каталізаторів надлишкове тепло реакції відводять із зони синтезу потоком води по змієвику 5. Тиск 1,0МПа процесу синтезу у колоні 4 регулюють засувкою 7. Розміщення рухомої колони труб 4 у газовідвідній свердловині 3 та наповнення колони 4 труб пористим каталізатором дає можливість провести одержання рідких синтетичних речовин безпосередньо в цій колоні, підтримуючи та регулюючи в ній термобаричні умови синтезу, що є необхідними та достатніми для одержання синтетичних вуглеводнів С nН2n+2. Одержані синтетичні вуглеводні з температурою 550К через відкритий патрубок подають по трубопроводу 13 у розділювач 14 фаз, де продукти синтезу охолоджують водою до температури 293К і розділяють на газову фаз у та рідку - з одержанням синтетичних речовин: від олефінів, які використовують в якості розчинників, і до тяжких фракцій - синтетичного дизпалива. При цьому газову фазу компресують і використовують в подальшому при черговому розпалі вугільного пласта 1, домішуючи її до повітря. Вихід рідких вуглеводнів, фракційний склад, а також співвідношення між цільовою рідкою і газовою фазами синтезу залежить, в першу чергу, від характеристики вугільного пласта 1, термобаричних умов, що протікають в зоні синтезу в рухомій колоні 4 труб та характеристики каталізатора. Робочий цикл синтезу рідких вуглеводнів (подачу води у вугільний пласт 1) припиняють, коли продуктивність по цільовому продукту різко спадає. Тоді знову розпочинають розпал зони 16 до температури 1500К, після чого процес продовжують шляхом нагнітання нової порції води, як описано вище. При чергуванні вказаних циклів зона горіння 16 наближується все ближче до продуктивної га 7 79893 зовідвідної 3 свердловини і на цьому етапі робіт колону 4 труб піднімають все вище відносно вибою для утримання в ній стабільної температури 550К. В ході ви щеописаного процесу настає момент, коли, використовуючи підняття колони 4 відносно вибою (наприклад, коли зона горіння 16 підійшла до вибою), неможливо вже понизити в ній температуру, тобто досягнути необхідну температуру синтезу, тоді по змієвику 5 пропускають воду із накопичувана 12 і її витратою стабілізують потрібну температуру 550К синтезу в колоні 4. Таким чином, спосіб одержання рідких синтетичних речовин з вугільного пласта, забезпечує виконання поставленої технічної задачі. Література: 1. Патент України №4481, SU1390238, А1. МПК4 C10J5/00. Спосіб підземної газифікації вугілля. // Бюл. Пром.власн.-1994-№6-1, Опубл. 27.12.94. Комп’ютерна в ерстка Н. Лисенко 8 2. Патент США №4313499, кл. C10J5/00,1982. 3. Рапопорт И.Б. Искусственное жидкое топливо. Ч.II.; Синтез моторных топлив из окиси углерода и водорода. М.; Л.: Гос. научн.-тех. изд-во нефт. и горно-топливн. лит.-ры. 1950., С.121-152. 4. Шелдон Р.А. Химические продукты на основе синтез-газа: Пер. с англ./Под ред. С.М. Локтева. М.:Химия, 1987., С.23-24. 5. Патент Німеччини №484.337, 1925р. 6. Патент України №4483, SU1481409A1. MПK4 E21C43/00, C10J5/00, Спосіб метанізації обводнених покладів вугілля. // Бюл. Пром.власн.-1994№6-1, Опубл. 27.12.94.-прототип. 7. Степанчиков А.Е., Гвоздевич О.В., Баширов В.В., Темнов Г.М. Скважинные гидроструйные аппараты для интенсификации процесса нефтеизвлечения.-М.: ВНИИОЭНГ,1990„с.44. 8. Авт. свид. СССР №1627679, кл. Е21В43/25 Опубл. 15.02.91, Бюл.№6. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601