DE102022203221B3 - PROCESS AND PLANT FOR RECOVERING HYDROGEN FROM A HYDROCARBON RESERVOIR - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren und eine Anlage zur Gewinnung von Wasserstoff aus einem Kohlenwasserstoffreservoir bereitgestellt. In dem Verfahren wird eine Flüssigkeit, die Wasser und mindestens einen Katalysator enthält oder daraus besteht, und ein Fluid, das ein Oxidationsmittel enthält oder daraus besteht, in mindestens ein erstes Bohrloch und/oder mindestens ein zweites Bohrloch eines Kohlenwasserstoffreservoirs injiziert. Danach wird das Kohlenwasserstoffreservoir gezündet, wodurch ein Wasserstoff-haltiges Gas entsteht. Das Wasserstoff-haltige Gas wird über das mindestens eine erste Bohrloch und/oder das mindestens eine zweite Bohrloch des Kohlenwasserstoffreservoirs gefördert und Wasserstoff aus dem Wasserstoff-haltigen Gas gewonnen. Die Anlage kann eine Steuereinrichtung enthalten, die dazu konfiguriert ist, diese Verfahrensschritte zu steuern. Das Verfahren und die Anlage haben den Vorteil, dass Wasserstoff aus Kohlenwasserstoffreservoirs effizienter gewonnen werden kann, wodurch sich das Verfahren und die Anlage insbesondere bei (bereits) ausgeförderten Erdöllagerstätten eignet.A method and system for recovering hydrogen from a hydrocarbon reservoir is provided. In the method, a liquid containing or consisting of water and at least one catalyst and a fluid containing or consisting of an oxidant is injected into at least a first well and/or at least a second well of a hydrocarbon reservoir. Thereafter, the hydrocarbon reservoir is ignited, creating a hydrogen-containing gas. The hydrogen-containing gas is conveyed via the at least one first well and/or the at least one second well of the hydrocarbon reservoir and hydrogen is obtained from the hydrogen-containing gas. The plant may contain a controller configured to control these process steps. The method and the system have the advantage that hydrogen can be obtained more efficiently from hydrocarbon reservoirs, which means that the method and the system are particularly suitable for (already) depleted oil deposits.
Description
Es wird ein Verfahren und eine Anlage zur Gewinnung von Wasserstoff aus einem Kohlenwasserstoffreservoir bereitgestellt. In dem Verfahren wird eine Flüssigkeit, die Wasser und mindestens einen Katalysator enthält oder daraus besteht, und ein Fluid, das ein Oxidationsmittel enthält oder daraus besteht, in mindestens ein erstes Bohrloch und/oder mindestens ein zweites Bohrloch eines Kohlenwasserstoffreservoirs injiziert. Danach wird das Kohlenwasserstoffreservoir gezündet, wodurch ein Wasserstoff-haltiges Gas entsteht. Das Wasserstoff-haltige Gas wird über das mindestens eine erste Bohrloch und/oder das mindestens eine zweite Bohrloch des Kohlenwasserstoffreservoirs gefördert und Wasserstoff aus dem Wasserstoff-haltigen Gas gewonnen. Die Anlage kann eine Steuereinrichtung enthalten, die dazu konfiguriert ist, diese Verfahrensschritte zu steuern. Das Verfahren und die Anlage haben den Vorteil, dass Wasserstoff aus Kohlenwasserstoffreservoirs effizienter gewonnen werden kann, wodurch sich das Verfahren und die Anlage insbesondere bei (bereits) ausgeförderten Erdöllagerstätten eignet.A method and system for recovering hydrogen from a hydrocarbon reservoir is provided. In the method, a liquid containing or consisting of water and at least one catalyst and a fluid containing or consisting of an oxidant is injected into at least a first well and/or at least a second well of a hydrocarbon reservoir. Thereafter, the hydrocarbon reservoir is ignited, creating a hydrogen-containing gas. The hydrogen-containing gas is conveyed via the at least one first well and/or the at least one second well of the hydrocarbon reservoir and hydrogen is obtained from the hydrogen-containing gas. The plant may contain a controller configured to control these process steps. The method and the system have the advantage that hydrogen can be obtained more efficiently from hydrocarbon reservoirs, which means that the method and the system are particularly suitable for (already) depleted oil deposits.
Die
Die
Die im Stand der Technik beschriebenen Systeme und Verfahren haben den Nachteil, dass die Gewinnung von Wasserstoff im Kohlenwasserstoffreservoir nicht sehr effizient ist.The systems and methods described in the prior art have the disadvantage that the production of hydrogen in the hydrocarbon reservoir is not very efficient.
Die
Die
Ausgehend hiervon war es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Anlage bereitzustellen, welche die Nachteile aus dem Stand der Technik nicht aufweisen. Insbesondere sollte ein Verfahren und eine Anlage bereitgestellt werden, die eine effizientere Gewinnung von Wasserstoff aus einem Kohlenwasserstoffreservoir, insbesondere aus einer (bereits) ausgeförderten fossilen Kohlenwasserstofflagerstätte, erlauben.Proceeding from this, it was the object of the present invention to provide a method and a plant which do not have the disadvantages of the prior art. In particular, a method and a system should be provided that allow hydrogen to be extracted more efficiently from a hydrocarbon reservoir, in particular from a (already) exhausted fossil hydrocarbon deposit.
Die Aufgabe wird gelöst mit dem Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 und der Anlage mit den Merkmalen von Anspruch 8. Die abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf.The object is achieved with the method having the features of claim 1 and the system having the features of claim 8. The dependent claims show advantageous developments.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Gewinnung von Wasserstoff aus einem Kohlenwasserstoffreservoir bereitgestellt, umfassend die Schritte oder bestehend aus den Schritten:
- a) Injizieren einer Flüssigkeit, die Wasser und mindestens einen Katalysator enthält oder daraus besteht, in mindestens ein erstes Bohrloch und/oder in mindestens ein zweites Bohrloch eines Kohlenwasserstoffreservoirs, wobei der Katalysator geeignet ist, eine Bildung von Wasserstoff zumindest aus Verbindungen zu katalysieren, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Verbindungen, die durch eine Verbrennung von Kohlenwasserstoffen entstehen, Kohlenwasserstoffen und Kombinationen hiervon, und wobei der Katalysator eine Partikelgröße von maximal 1 mm aufweist, wobei sich die Partikelgröße auf eine über optische Mikroskopie bestimmte Partikelgröße bezieht;
- b) Injizieren eines Fluids (z.B. eines Gases und/oder einer Flüssigkeit), das ein Oxidationsmittel (z.B. Sauerstoff) enthält oder daraus besteht, nach Schritt a) in das mindestens eine erste Bohrloch und/oder das mindestens eine zweite Bohrloch des Kohlenwasserstoffreservoirs;
- c) Zünden des Kohlenwasserstoffreservoirs durch
- i) Warten bis zur Selbstzündung des Kohlenwasserstoffreservoirs; oder
- ii) Temperierung des Fluids aus Schritt b) auf eine Temperatur, die gleich oder größer einer Zündtemperatur des Kohlenwasserstoffreservoirs ist; oder
- iii) Zugabe eines Zünders in das mindestens eine erste Bohrloch und/oder in das mindestens eine zweite Bohrloch, wobei der Zünder ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus elektrischer Zünder, chemische Zünder, thermischer Zünder und Kombinationen hiervon;
- d) Förderung von Wasserstoff-haltigem Gas über das mindestens eine erste Bohrloch und/oder über das mindestens eine zweite Bohrloch des Kohlenwasserstoffreservoirs; und
- e) Gewinnung von Wasserstoff aus dem Wasserstoff-haltigen Gas.
- a) Injecting a liquid containing or consisting of water and at least one catalyst into at least a first well and/or into at least a second well of a hydrocarbon reservoir, the catalyst being suitable for catalyzing a formation of hydrogen at least from compounds which are selected from the group consisting of compounds resulting from the combustion of hydrocarbons, hydrocarbons and combinations thereof, and wherein the catalyst has a particle size of at most 1 mm, the particle size relating to a particle size determined via optical microscopy;
- b) injecting a fluid (eg a gas and/or a liquid) containing or consisting of an oxidizing agent (eg oxygen) after step a) into the at least one first well and/or the at least one second well of the hydrocarbon reservoir;
- c) igniting the hydrocarbon reservoir
- i) waiting for the hydrocarbon reservoir to auto-ignite; or
- ii) temperature control of the fluid from step b) to a temperature which is equal to or greater than an ignition temperature of the hydrocarbon reservoir; or
- iii) adding an igniter to the at least one first well and/or to the at least one second well, the igniter being selected from the group consisting of electrical igniter, chemical igniter, thermal igniter and combinations thereof;
- d) production of hydrogen-containing gas via the at least one first well and/or via the at least one second well of the hydrocarbon reservoir; and
- e) recovery of hydrogen from the hydrogen-containing gas.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass es aufgrund der Injektion des Katalysators in das Kohlenwasserstoffreservoir zu einer effizienteren Wasserstoffbildung im Kohlenwasserstoffreservoir kommt und mehr Wasserstoff pro Zeiteinheit aus dem Kohlenwasserstoffreservoir gewonnen werden kann. Die wechselweise Injektion von Wasser und Fluid erhöht die Wirksamkeit des Katalysators, d.h. für eine maximale Effizienz wird der Katalysator zunächst über Wasser als Träger des Katalysators in das Kohlenwasserstoffreservoir eingebracht und anschließend mit dem Oxidationsmittel (z.B. Sauerstoff) in Kontakt gebracht, um eine Bildung von Wasserstoff zu katalysieren. Das Verfahren ähnelt damit durch die sukzessive Injektion von Wasser und Fluid einer nassen Verbrennung („wet combustion“).The method according to the invention has the advantage that the injection of the catalyst into the hydrocarbon reservoir results in more efficient hydrogen formation in the hydrocarbon reservoir and more hydrogen can be obtained from the hydrocarbon reservoir per unit of time. The alternating injection of water and fluid increases the effectiveness of the catalyst, i.e. for maximum efficiency, the catalyst is first introduced into the hydrocarbon reservoir over water as the carrier of the catalyst and then brought into contact with the oxidizing agent (e.g. oxygen) to form hydrogen to catalyze. The process is similar to wet combustion due to the successive injection of water and fluid.
Die Schritte a) und b) des Verfahrens können so durchgeführt werden, dass die Flüssigkeit und das Fluid sowohl in das mindestens eine erste Bohrloch und in das mindestens eine zweite Bohrloch (optional weitere Bohrlöcher) des Wasserstoffreservoirs injiziert werden. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Flüssigkeit und das Fluid zügig an mindestens zwei separaten Orten in das Kohlenwasserstoffreservoir eingebracht wird, wodurch die Effizienz der Wasserstoffgewinnung höher wird.Steps a) and b) of the method can be carried out in such a way that the liquid and the fluid are injected both into the at least one first well and into the at least one second well (optionally further wells) of the hydrogen reservoir. This embodiment has the advantage that the liquid and the fluid are quickly introduced into the hydrocarbon reservoir at at least two separate locations, which increases the efficiency of the hydrogen production.
Es ist vorteilhaft, wenn die Injektion der Flüssigkeit und des Fluids möglichst nahe in einem unteren Bereich (z.B. am Boden und/oder am unteren Ende der ölhaltigen Zone) des Kohlenwasserstoffreservoirs erfolgt und/oder entstehender Wasserstoff möglichst nah an einem oberen Bereich (z.B. an einer Decke bzw. in dem Bereich der maximalen Wasserstoffkonzentration) des Kohlenwasserstoffreservoirs erfolgt, da somit eine effiziente Umsetzung der Kohlenwasserstoffe zu Wasserstoff ermöglicht wird und ein möglichst wasserfreier und sauerstofffreier Wasserstoff gewonnen werden kann. Hierbei ist vorteilhaft, wenn die Materialien des Kohlenwasserstoffreservoirs (Formationen) eine möglichst hohe Durchlässigkeit aufweisen sowie faltungsfrei und klüftungsfrei sind. Permeabilitätsunterschiede in dem Kohlenwasserstoffreservoir wären nachteilig, da sie zu unkontrollierten Brandverläufen und damit zu einer verringerten Effizienz in der Ausbeute von Wasserstoff führen könnten.It is advantageous if the liquid and the fluid are injected as close as possible to a lower area (e.g. at the bottom and/or at the lower end of the oil-bearing zone) of the hydrocarbon reservoir and/or the hydrogen produced is as close as possible to an upper area (e.g. at a Cover or in the area of the maximum hydrogen concentration) of the hydrocarbon reservoir takes place, since this enables efficient conversion of the hydrocarbons into hydrogen and hydrogen that is as water-free and oxygen-free as possible can be obtained. It is advantageous here if the materials of the hydrocarbon reservoir (formations) have the highest possible permeability and are free of folds and fissures. Permeability differences in the hydrocarbon reservoir would be disadvantageous since they could lead to uncontrolled fire progression and thus to reduced efficiency in the hydrogen yield.
Das Kohlenwasserstoffreservoir kann eine Lagerstätte von fossilen Kohlenwasserstoffen sein, z.B. eine fossile Erdöllagerstätte oder fossile Erdgaslagerstätte. The hydrocarbon reservoir may be a reservoir of fossil hydrocarbons, e.g., a fossil oil reservoir or a fossil natural gas reservoir.
Bevorzugt ist das Kohlenwasserstoffreservoir eine (bereits) ausgeförderte fossile Kohlenwasserstofflagerstätte (z.B. eine ausgeförderte fossile Erdöllagerstätte oder fossile Erdgaslagerstätte), da in solchen Lagerstätten eine Umsetzung restlicher, sich in der Lagerstätte befindender Kohlenwasserstoffe (hauptsächlich Schweröle und Leichtöle) zu Wasserstoff wirtschaftlich lohnt. Fossile Erdöllagerstätten mit einer Gaskappe sind nicht bevorzugt, da sich das Gas der Gaskappe mit dem injizierten Oxidationsmittel (z.B. Sauerstoff oder Luft) mischen würde und somit kein gewünschter Brandverlauf auftreten würde.The hydrocarbon reservoir is preferably an (already) exhausted fossil hydrocarbon deposit (e.g. an exhausted fossil oil deposit or fossil natural gas deposit), since in such deposits it is economically worth converting the remaining hydrocarbons in the deposit (mainly heavy oils and light oils) to hydrogen. Fossil petroleum reservoirs with a gas cap are not preferred because the gas cap gas would mix with the injected oxidant (e.g., oxygen or air) and thus the desired fire progression would not occur.
Nach der Durchführung von Schritt c) können die Schritte a) und b) mindestens einmal, bevorzugt mehrmals, wiederholt werden, bevor Schritt d) durchgeführt werden. Dies hat den Vorteil, dass vor dem Beginn der Wasserstoffgewinnung eine größere Menge an Wasserstoffgas in dem Kohlenwasserstoffreservoir gebildet wird und die Wahrscheinlichkeit reduziert wird, dass zusammen mit der Förderung von Wasserstoff auch injiziertes Fluid im Fall von gasförmigen Fluid mitgefördert wird. Wasserstoff kann somit in reinerer Form in Bezug auf das gasförmige Fluid gewonnen werden.After step c) has been carried out, steps a) and b) can be repeated at least once, preferably several times, before step d) is carried out. This has the advantage that a larger quantity of hydrogen gas is formed in the hydrocarbon reservoir before the start of hydrogen production and the probability that injected fluid is also produced together with the production of hydrogen in the case of gaseous fluid is reduced. Hydrogen can thus be obtained in a purer form with respect to the gaseous fluid.
Ferner können die Schritte a) bis e) mindestens einmal, optional mehrmals, wiederholt werden.Furthermore, steps a) to e) can be repeated at least once, optionally several times.
Zudem kann nach Schritt d) einen bestimmten Zeitraum gewartet werden und nach diesem Zeitraum erneut Schritt d) durchgeführt werden, optional mehrmals nach Warten eines bestimmten Zeitraums.In addition, after step d) it is possible to wait for a certain period of time and after this period of time step d) can be carried out again, optionally several times after waiting for a certain period of time.
Der eingesetzte Katalysator kann in einer Menge von 1-10 g/l in der Flüssigkeit enthalten sein.The catalyst used can be contained in the liquid in an amount of 1-10 g/l.
Ferner kann der eingesetzte Katalysator ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Platin-Zinn-Katalysator, Aluminiumoxid-Katalysator und Kombinationen hiervon.Furthermore, the catalyst used can be selected from the group consisting of platinum-tin catalyst, aluminum oxide catalyst and combinations thereof.
Erfindungsgemäß weist der eingesetzte Katalysator eine Partikelgröße von maximal 1 mm, bevorzugt maximal 0.1 mm, auf. Die Partikelgröße bezieht sich auf eine über optische Mikroskopie bestimmte Partikelgröße. Kleinere Partikel sind bevorzugt, da sie im Verhältnis zu ihrer Masse eine größere Oberfläche für die Katalyse exponieren, d.h. eine bestimmte Oberfläche für die Katalyse mit einer geringeren Masse erreicht werden kann als bei größeren Partikeln ebenso wie eine effektivere Injektion sowie einen effektiveren Transport in der Lagerstätte sicherstellen. Kleinere Partikel erlauben damit eine ökonomischere sowie technisch vorteilhaftere Durchführung des Verfahrens.According to the invention, the catalyst used has a particle size of at most 1 mm, preferably at most 0.1 mm. The particle size refers to a particle size determined via optical microscopy. Smaller particles are preferred because they expose a larger surface area for catalysis relative to their mass, ie a given surface area for catalysis with a lower mass can be achieved than with larger particles, as well as more effective injection and transport in the reservoir. Smaller particles thus allow the process to be carried out in a more economical and technically more advantageous manner.
Die in Schritt a) eingesetzte Flüssigkeit kann mit einem Druck im Bereich von 20 bis 350 bar, bevorzugt 25 bis 300 bar, injiziert werden. Die Injektionsdrücke bestimmen sich der Regel endogen, d.h. eine Injektion unter dem Druck des Porenfluides ist physikalisch nicht möglich und eine Injektion über der kleinsten Hauptnormalspannung würde einen ungewollten Frac erzeugen.The liquid used in step a) can be injected at a pressure in the range from 20 to 350 bar, preferably from 25 to 300 bar. The injection pressures are usually determined endogenously, i.e. an injection under the pressure of the pore fluid is physically not possible and an injection above the smallest principal normal stress would produce an unwanted frac.
Ferner kann die in Schritt a) eingesetzte Flüssigkeit in einer Menge injiziert werden, die 5 bis 10 % eines Porenvolumens des Kohlenwasserstoffreservoirs entspricht, wobei das Porenvolumen des Kohlenwasserstoffreservoirs bevorzugt aus bekannten Informationen über einen Aufbau des Kohlenwasserstoffreservoirs ermittelt werden kann.Furthermore, the liquid used in step a) can be injected in an amount which corresponds to 5 to 10% of a pore volume of the hydrocarbon reservoir, the pore volume of the hydrocarbon reservoir preferably being able to be determined from known information about the structure of the hydrocarbon reservoir.
Das in Schritt b) eingesetzte Fluid kann Sauerstoff in einem Anteil von 5-95 Vol.- %, bezogen auf das Gesamtvolumen des Fluids enthalten. Bevorzugt handelt es sich bei dem Fluid um ein Gas, besonders bevorzugt um Luft. Luft hat den Vorteil, dass sie kostengünstig in der Verwendung ist.The fluid used in step b) can contain oxygen in a proportion of 5-95% by volume, based on the total volume of the fluid. The fluid is preferably a gas, particularly preferably air. Air has the advantage of being inexpensive to use.
Das in Schritt b) eingesetzte Fluid kann mit einem Druck im Bereich von 20 bis 350 bar, bevorzugt 25 bis 300 bar, injiziert werden.The fluid used in step b) can be injected at a pressure in the range from 20 to 350 bar, preferably from 25 to 300 bar.
Ferner kann das in Schritt b) eingesetzte Fluid in einer Menge injiziert werden, die dazu geeignet ist, eine Temperatur in einem Innenraum des Kohlenwasserstoffreservoirs auf einem Wert im Bereich von 200 °C bis 500 °C, bevorzugt auf einen Wert im Bereich von 250 °C bis 450 °C, besonders bevorzugt auf einem Wert im Bereich von 300 °C bis 400 °C, zu halten. Eine Temperatur von < 200 °C ist nachteilig, da eine Temperatur in diesem Bereich keine effiziente Aktivierung der Kohlenwasserstoffe zur Bildung von Wasserstoff ermöglicht sowie die Kondensation diverser Komponenten droht und eine Temperatur von > 500 °C ist nachteilig, da bei einer Temperatur in diesem Bereichsich die Gleichgewichte der besonders relevanten Gasphasenreaktionen verschieben und damit die Bildungsbedingungen für Wasserstoff nicht mehr gegeben sind. Ein Temperaturbereich von 250 °C bis 450 °C, noch besser 300 °C bis 400 °C ist ideal für eine effiziente Bildung von Wasserstoff. Die Temperatur wird in dem Verfahren besonders bevorzugt auf einem Wert in diesem Bereich gehalten, indem die Temperatur des Kohlenwasserstoffreservoirs über einen Temperatursensor erfasst wird oder indem die Menge an Fluid aus bekannten Informationen über eine Menge und Art an Kohlenwasserstoffen im Kohlenwasserstoffreservoir ermittelt wird.Furthermore, the fluid used in step b) can be injected in an amount that is suitable for raising a temperature in an interior of the hydrocarbon reservoir to a value in the range from 200° C. to 500° C., preferably to a value in the range from 250° C to 450°C, particularly preferably at a value in the range from 300°C to 400°C. A temperature of <200 °C is disadvantageous because a temperature in this range does not enable efficient activation of the hydrocarbons to form hydrogen and there is a risk of condensation of various components, and a temperature of >500 °C is disadvantageous because at a temperature in this range shift the equilibrium of the particularly relevant gas phase reactions and thus the conditions for the formation of hydrogen are no longer given. A temperature range of 250 °C to 450 °C, even better 300 °C to 400 °C, is ideal for efficient hydrogen formation. The temperature is particularly preferably kept at a value in this range in the method by detecting the temperature of the hydrocarbon reservoir via a temperature sensor or by determining the amount of fluid from known information about the amount and type of hydrocarbons in the hydrocarbon reservoir.
Das mindestens eine erste Bohrloch und/oder mindestens eine zweite Bohrloch im Kohlenwasserstoffreservoir kann/können zumindest bereichsweise vertikal angeordnet sein oder werden, wobei sich die vertikale Anordnung auf eine Anordnung entlang der Schwerkraft bezieht und wobei mit einer vertikalen Anordnung eine Anordnung gemeint ist, die von einer streng vertikalen Anordnung in einem maximalen Winkel von 20° abweicht.The at least one first borehole and/or at least one second borehole in the hydrocarbon reservoir can be or can be arranged vertically at least in regions, with the vertical arrangement referring to an arrangement along the force of gravity and with a vertical arrangement meaning an arrangement that deviates from a strictly vertical arrangement by a maximum angle of 20°.
Ferner kann das mindestens eine erste Bohrloch und/oder mindestens eine zweite Bohrloch im Kohlenwasserstoffreservoir zumindest bereichsweise horizontal angeordnet sein oder werden, wobei sich die horizontale Anordnung auf eine Anordnung senkrecht zur Schwerkraft bezieht und wobei mit einer horizontalen Anordnung eine Anordnung gemeint ist, die von einer streng horizontalen Anordnung in einem maximalen Winkel von 20° abweicht.Furthermore, the at least one first borehole and/or at least one second borehole in the hydrocarbon reservoir can be or will be arranged horizontally at least in regions, with the horizontal arrangement referring to an arrangement perpendicular to the force of gravity and with a horizontal arrangement meaning an arrangement that is deviates from a strictly horizontal arrangement by a maximum angle of 20°.
Vor der Durchführung von Schritt d) kann das mindestens eine erste Bohrloch und/oder das mindestens eine zweite Bohrloch (bevorzugt alle Bohrlöcher des Kohlenwasserstoffreservoirs) verschlossen werden. Es ist möglich, dass mit der Förderung von Wasserstoff-haltigem Gas dann erst nach einer Wartezeit von mindestens drei Tagen, bevorzugt drei Tagen bis drei Monaten, begonnen wird. Ferner ist es möglich, dass mit der Förderung von Wasserstoff-haltigem Gas erst nach einer Abkühlung des Reservoirs auf eine Temperatur von maximal 20°C über der Kondensationstemperatur von mindestens einem Fluid im Kohlenwasserstoffreservoir begonnen wird, wobei das mindestens eine Fluid bevorzugt Wasser enthält oder daraus besteht.Before carrying out step d), the at least one first well and/or the at least one second well (preferably all wells of the hydrocarbon reservoir) can be closed. It is possible that the pumping of hydrogen-containing gas only begins after a waiting period of at least three days, preferably three days to three months. It is also possible that the extraction of hydrogen-containing gas only begins after the reservoir has cooled to a temperature of at most 20° C. above the condensation temperature of at least one fluid in the hydrocarbon reservoir, with the at least one fluid preferably containing or consisting of water consists.
Die Gewinnung von Wasserstoff aus dem Wasserstoff-haltigen Gas kann einen der folgenden Schritte umfassen oder daraus bestehen:
- Gefördertes Wasserstoff-haltiges Gas wird in einem katalytischen oder nicht-katalytischen Prozess des Steam-Reforming und der Wassergas-Shift-Reaktionen reagiert, wobei hierbei entstehendes CO2 bevorzugt in das mindestens eine erste Bohrloch des Kohlenwasserstoffreservoirs und/oder in mindestens ein zweites Bohrloch des Kohlenwasserstoffreservoirs injiziert wird; oder
- Gefördertes Wasserstoff-haltiges Gas wird durch mindestens einen Wasserstofffilter geleitet, wobei der mindestens eine Wasserstofffilter bevorzugt in dem mindestens einen ersten und/oder in dem mindestens einen zweiten Bohrloch angeordnet ist, insbesondere an einem Kohlenwasserstoffreservoir-seitigen Ende davon.
- Produced hydrogen-containing gas is reacted in a catalytic or non-catalytic process of steam reforming and the water-gas shift reactions, with the resulting CO 2 preferably being injected into the at least one first well of the hydrocarbon reservoir and/or into at least one second well of the hydrocarbon reservoirs is injected; or
- Produced hydrogen-containing gas is passed through at least one hydrogen filter, with the at least one hydrogen filter preferably being arranged in the at least one first and/or in the at least one second borehole, in particular at a hydrocarbon reservoir side end thereof.
In dem Verfahren kann nach dem Injizieren der Flüssigkeit und des Fluids eine Mischung aus Wasserdampf und Kohlenmonoxid in das mindestens eine erste und/oder in das mindestens eine Bohrloch injiziert werden.In the method, after injecting the liquid and the fluid, a mixture of water vapor and carbon monoxide can be injected into the at least one first and/or into the at least one well.
Ferner kann in dem Verfahren das mindestens eine erste Bohrloch und/oder das mindestens eine zweite Bohrloch für eine selektive Injektion und/oder eine selektive Produktion angesteuert werden.Furthermore, in the method, the at least one first well and/or the at least one second well can be controlled for a selective injection and/or a selective production.
Darüber hinaus kann in dem Verfahren mindestens ein Anteil des geförderten Wasserstoff-haltigen Gases für eine Methanolsynthese genutzt werden.In addition, at least part of the hydrogen-containing gas produced can be used for a methanol synthesis in the process.
Abgesehen davon können in dem Verfahren bei der Gewinnung von Wasserstoff anfallenden Stoffe zur Wärmegewinnung und/oder Stromgewinnung genutzt werden.Apart from that, substances that occur during the production of hydrogen can be used in the process to produce heat and/or electricity.
Zudem können in dem Verfahren Abgase von Kraftwerken und/oder anderen Oberflächenprozessen in das mindestens eine erste Bohrloch und/oder das mindestens eine zweite Bohrloch injiziert werden.In addition, exhaust gases from power plants and/or other surface processes can be injected into the at least one first borehole and/or the at least one second borehole in the method.
Erfindungsgemäß wird ferner eine Anlage zur Gewinnung von Wasserstoff aus einem Kohlenwasserstoffreservoir bereitgestellt, aufweisend oder bestehend aus:
- a) eine Flüssigkeitsquelle mit einer Flüssigkeit, die Wasser und mindestens einen Katalysator enthält oder daraus besteht, wobei der Katalysator geeignet ist, eine Bildung von Wasserstoff zumindest aus Verbindungen zu katalysieren, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Verbindungen, die durch eine Verbrennung von Kohlenwasserstoffen entstehen, Kohlenwasserstoffen und Kombinationen hiervon und wobei der Katalysator eine Partikelgröße von maximal 1 mm aufweist, wobei sich die Partikelgröße auf eine über optische Mikroskopie bestimmte Partikelgröße bezieht;
- b) eine Fluidquelle mit einem Fluid (z.B. einem Gas und/oder einer Flüssigkeit), das ein Oxidationsmittel (z.B. Sauerstoff) enthält oder daraus besteht;
- c) ein Fördermittel, das dazu geeignet ist, nacheinander Flüssigkeit aus der Flüssigkeitsquelle und Fluid aus der Fluidquelle in mindestens ein erstes Bohrloch und/oder mindestens ein zweites Bohrloch eines Kohlenwasserstoffreservoirs zu injizieren;
- d) optional einen Zünder, der dazu geeignet ist, ein Kohlenwasserstoffreservoirs zu zünden, wobei der Zünder ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus elektrischer Zünder, chemischer Zünder, thermischer Zünder und Kombinationen hiervon;
- e) ein Mittel zur Förderung von Wasserstoff-haltigem Gas über das mindestens eine erstes Bohrloch und/oder über das mindestens eine zweite Bohrloch des Kohlenwasserstoffreservoirs;
- f) ein Mittel zu Gewinnung von Wasserstoff aus Wasserstoff-haltigem Gas;
- g) optional eine Steuereinheit, die konfiguriert ist, die Anlage zu steuern, Flüssigkeit aus der Flüssigkeitsquelle in das mindestens eine erste Bohrloch und/oder in das mindestens eine zweite Bohrloch des Kohlenwasserstoffreservoirs zu injizieren, Fluid aus der Fluidquelle in das mindestens eine erste Bohrloch und/oder in das mindestens eine zweite Bohrloch des Kohlenwasserstoffreservoirs zu injizieren, nach einem Zünden des Kohlenwasserstoffreservoirs ein Wasserstoff-haltiges Gas über das mindestens eine erste Bohrloch und/oder über das mindestens eine zweite Bohrloch des Kohlenwasserstoffreservoirs zu fördern und Wasserstoff aus dem Wasserstoff-haltigen Gas zu gewinnen.
- a) a liquid source with a liquid containing or consisting of water and at least one catalyst, the catalyst being suitable for catalyzing the formation of hydrogen at least from compounds selected from the group consisting of compounds which are produced by combustion of Hydrocarbons are formed, hydrocarbons and combinations thereof and wherein the catalyst has a particle size of at most 1 mm, the particle size relating to a particle size determined via optical microscopy;
- b) a fluid source having a fluid (e.g. a gas and/or a liquid) containing or consisting of an oxidant (e.g. oxygen);
- c) a production means adapted to successively inject liquid from the liquid source and fluid from the fluid source into at least one first well and/or at least one second well of a hydrocarbon reservoir;
- d) optionally, an igniter suitable for igniting a hydrocarbon reservoir, the igniter being selected from the group consisting of electrical igniter, chemical igniter, thermal igniter, and combinations thereof;
- e) a means for producing hydrogen-containing gas via the at least one first well and/or via the at least one second well of the hydrocarbon reservoir;
- f) a means for obtaining hydrogen from hydrogen-containing gas;
- g) optionally a control unit configured to control the system to inject liquid from the liquid source into the at least one first well and/or into the at least one second well of the hydrocarbon reservoir, fluid from the fluid source into the at least one first well and /or to inject into the at least one second well of the hydrocarbon reservoir, after igniting the hydrocarbon reservoir to produce a hydrogen-containing gas via the at least one first well and/or via the at least one second well of the hydrocarbon reservoir and to extract hydrogen from the hydrogen-containing gas to win.
Die erfindungsgemäße Anlage hat den Vorteil, dass es aufgrund des Katalysators in der Flüssigkeit der Flüssigkeitsquelle zu einer effizienteren Wasserstoffbildung im Kohlenwasserstoffreservoir kommen kann und mehr Wasserstoff pro Zeiteinheit aus dem Kohlenwasserstoffreservoir gewonnen werden kann. Die Eignung des Fördermittels zur Injektion von Wasser und Fluid nacheinander erhöht die Wirksamkeit des Katalysators, d.h. für eine maximale Effizienz kann der Katalysator durch das Fördermittel zunächst über Wasser als Träger des Katalysators in das Kohlenwasserstoffreservoir eingebracht werden und anschließend über die Förderung des Fluids durch das Fördermittel mit den entstehenden Gasen und/oder dem Oxidationsmittel (z.B. Sauerstoff) in Kontakt gebracht werden, um eine Bildung von Wasserstoff aus Kohlenwasserstoffen zu katalysieren. Die Anlage ähnelt damit durch die sukzessive Injektion von Wasser und Gas einer Nassverbrennungsanlage („wet combustion system“).The system according to the invention has the advantage that due to the catalyst in the liquid of the liquid source, hydrogen can be formed more efficiently in the hydrocarbon reservoir and more hydrogen can be obtained from the hydrocarbon reservoir per unit of time. The suitability of the conveyor for injecting water and fluid sequentially increases the effectiveness of the catalyst, i.e. for maximum efficiency the catalyst can be introduced into the hydrocarbon reservoir first via water as a carrier of the catalyst and then via the conveyance of the fluid by the conveyor for maximum efficiency be contacted with the resulting gases and/or the oxidizing agent (e.g. oxygen) in order to catalyze formation of hydrogen from hydrocarbons. The plant is similar to a wet combustion system due to the successive injection of water and gas.
Die Steuereinheit der Anlage kann konfiguriert sein, das Fördermittel dergestalt zu steuern, dass nach einem Zünden des Kohlenwasserstoffreservoirs mindestens einmal, bevorzugt mehrmals, wiederholt nacheinander Flüssigkeit aus der Flüssigkeitsquelle und Fluid aus der Fluidquelle in das mindestens eine erste Bohrloch und/oder in das mindestens eine zweite Bohrloch des Kohlenwasserstoffreservoirs injiziert wird, bevor Wasserstoff-haltiges Gas über das mindestens eine erstes Bohrloch und/oder über das mindestens eine zweite Bohrloch des Kohlenwasserstoffreservoirs gefördert wird.The control unit of the system can be configured to control the conveying means in such a way that after the hydrocarbon reservoir has been ignited at least once, preferably several times, liquid from the liquid source and fluid from the fluid source repeatedly flow into the at least one first well and/or into the at least one second borehole of Hydrocarbon reservoir is injected before hydrogen-containing gas is pumped through the at least one first well and/or through the at least one second well of the hydrocarbon reservoir.
Ferner kann die Steuereinheit der Anlage konfiguriert sein, das Fördermittel dergestalt zu steuern, dass mindestens einmal, bevorzugt mehrmals, wiederholt Flüssigkeit aus der Flüssigkeitsquelle in das mindestens eine erste Bohrloch und/oder in das mindestens eine zweite Bohrloch des Kohlenwasserstoffreservoirs injiziert wird, Fluid aus der Fluidquelle in das mindestens eine erste Bohrloch und/oder in das mindestens eine zweite Bohrloch des Kohlenwasserstoffreservoirs injiziert wird, nach Zünden des Kohlenwasserstoffreservoirs Wasserstoff-haltiges Gas über das mindestens eine erstes Bohrloch und/oder über das mindestens eine zweite Bohrloch des Kohlenwasserstoffreservoirs gefördert wird und Wasserstoff aus dem Wasserstoff-haltigen Gas gewonnen wird.Furthermore, the control unit of the system can be configured to control the conveying means in such a way that liquid from the liquid source is repeatedly injected at least once, preferably several times, into the at least one first well and/or into the at least one second well of the hydrocarbon reservoir, fluid from the Fluid source is injected into the at least one first well and/or into the at least one second well of the hydrocarbon reservoir, after ignition of the hydrocarbon reservoir, hydrogen-containing gas is pumped through the at least one first well and/or through the at least one second well of the hydrocarbon reservoir, and hydrogen is obtained from the hydrogen-containing gas.
Abgesehen davon kann die Steuereinheit der Anlage konfiguriert sein, das Fördermittel dergestalt zu steuern, dass nachdem Wasserstoff-haltiges Gas über das mindestens eine erstes Bohrloch und/oder über das mindestens eine zweite Bohrloch des Kohlenwasserstoffreservoirs gefördert wurde, ein bestimmter Zeitraum gewartet wird und nach diesem Zeitraum erneut Wasserstoff-haltiges Gas über das mindestens eine erstes Bohrloch und/oder über das mindestens eine zweite Bohrloch des Kohlenwasserstoffreservoirs gefördert wird, optional mehrmals nach Warten eines bestimmten Zeitraums.Apart from this, the control unit of the system can be configured to control the conveying means in such a way that after hydrogen-containing gas has been conveyed via the at least one first well and/or via the at least one second well of the hydrocarbon reservoir, a certain period of time is waited for and after this Period again hydrogen-containing gas is promoted via the at least one first well and / or via the at least one second well of the hydrocarbon reservoir, optionally several times after waiting a certain period of time.
Der Katalysator in der Flüssigkeit der Flüssigkeitsquelle kann in einer Menge von 1 bis 10 g/l in der Flüssigkeit der Flüssigkeitsquelle enthalten sein.The catalyst in the liquid of the liquid source can be contained in an amount of 1 to 10 g/l in the liquid of the liquid source.
Ferner kann der Katalysator in der Flüssigkeit der Flüssigkeitsquelle ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Platin-Zinn-Katalysator, Aluminiumoxid-Katalysator und Kombinationen hiervon.Further, the catalyst in the liquid source liquid may be selected from the group consisting of platinum-tin catalyst, alumina catalyst, and combinations thereof.
Erfindungsgemäß weist der Katalysator in der Flüssigkeit der Flüssigkeitsquelle eine Partikelgröße von maximal 1 mm, bevorzugt maximal 0.1 mm, auf. Die Partikelgröße bezieht sich auf eine über optische Mikroskopie bestimmte Partikelgröße.According to the invention, the catalyst in the liquid of the liquid source has a particle size of at most 1 mm, preferably at most 0.1 mm. The particle size refers to a particle size determined via optical microscopy.
Die Steuereinheit kann konfiguriert sein, das Fördermittel zu veranlassen, die Flüssigkeit aus der Flüssigkeitsquelle mit einem Druck im Bereich von 20 bis 350 bar, bevorzugt 25 bis 300 bar, zu injizieren.The control unit can be configured to cause the delivery means to inject the liquid from the liquid source at a pressure in the range of 20 to 350 bar, preferably 25 to 300 bar.
Ferner kann die Steuereinheit konfiguriert sein, das Fördermittel zu veranlassen, die Flüssigkeit aus der Flüssigkeitsquelle in einer Menge zu injizieren, die 5 bis 10 % eines Porenvolumens des Kohlenwasserstoffreservoirs entspricht, wobei das Porenvolumen des Kohlenwasserstoffreservoirs bevorzugt aus bekannten Informationen über einen Aufbau des Kohlenwasserstoffreservoirs ermittelt wird.Furthermore, the control unit can be configured to cause the conveying means to inject the liquid from the liquid source in an amount corresponding to 5 to 10% of a pore volume of the hydrocarbon reservoir, the pore volume of the hydrocarbon reservoir preferably being determined from known information about a structure of the hydrocarbon reservoir .
Das Fluid der Fluidquelle kann Sauerstoff in einem Anteil von 5-95 Vol.-%, bezogen auf das Gesamtvolumen des Fluids enthalten. Bevorzugt handelt es sich bei dem Fluid um ein Gas, besonders bevorzugt um Luft. Die Fluidquelle kann die Umgebung der Anlage sein oder kann ein Fluidtank sein. Der Fluidtank kann beispielsweise (komprimierte) Luft enthalten. Die Fluidquelle kann auch ein Behälter sein, in dem ein chemischer, gaserzeugender Prozess abläuft und/oder kann ein Kraftwerk sein.The fluid of the fluid source may contain oxygen in an amount of 5-95% by volume based on the total volume of the fluid. The fluid is preferably a gas, particularly preferably air. The fluid source may be the plant environment or may be a fluid tank. The fluid tank can contain (compressed) air, for example. The fluid source can also be a container in which a chemical, gas-generating process takes place and/or can be a power plant.
Die Steuereinheit kann konfiguriert sein, das Fördermittel zu veranlassen, das Fluid aus der Fluidquelle mit einem Druck im Bereich von 20 bis 350 bar, bevorzugt 25 bis 300 bar, zu injizieren.The control unit can be configured to cause the conveyor to inject the fluid from the fluid source at a pressure in the range of 20 to 350 bar, preferably 25 to 300 bar.
Ferner kann die Steuereinheit konfiguriert sein, das Fördermittel zu veranlassen, das Fluid aus der Fluidquelle in einer Menge zu injizieren, die dazu geeignet ist, eine Temperatur in einem Innenraum des Kohlenwasserstoffreservoirs auf einem Wert im Bereich von 200 °C bis 500 °C, bevorzugt auf einen Wert im Bereich von 250 °C bis 450 °C, besonders bevorzugt auf einem Wert im Bereich von 300 °C bis 400 °C zu halten. Die Steuereinheit ist besonders bevorzugt konfiguriert, die Temperatur auf diesem Wert zu halten, indem die Steuereinheit die Temperatur des Kohlenwasserstoffreservoirs über einen Temperatursensor erfasst oder indem die Steuereinheit die Menge an Fluid und/oder Flüssigkeit aus bekannten Informationen über eine Menge und Art an Kohlenwasserstoffen im Kohlenwasserstoffreservoir ermittelt (z.B. bei Schwerölen 50 bis 100 Mol Sauerstoff je Mol Schweröl, bei Leichteren Ölen 20 bis 50 Mol Sauerstoff je Mol Leichtöl). Die Temperatur lässt sich sowohl über die Fluid- als auch Wasserinjektionen steuern, Wasser kühlt dabei in der Regel nur ab.Furthermore, the control unit may be configured to cause the conveying means to inject the fluid from the fluid source in an amount suitable for keeping a temperature in an interior space of the hydrocarbon reservoir at a value in the range of 200° C. to 500° C., preferably to a value in the range from 250°C to 450°C, particularly preferably to a value in the range from 300°C to 400°C. The control unit is particularly preferably configured to maintain the temperature at this value by the control unit detecting the temperature of the hydrocarbon reservoir via a temperature sensor or by the control unit determining the amount of fluid and/or liquid from known information about an amount and type of hydrocarbons in the hydrocarbon reservoir determined (e.g. in the case of heavy oils 50 to 100 moles of oxygen per mole of heavy oil, in the case of lighter oils 20 to 50 moles of oxygen per mole of light oil). The temperature can be controlled both via the fluid and water injections, water usually only cools down.
Die Anlage kann das mindestens eine erste Bohrloch und/oder das mindestens eine zweite Bohrloch im Kohlenwasserstoffreservoir umfassen.The facility may include the at least one first well and/or the at least one second well in the hydrocarbon reservoir.
Das mindestens eine erste Bohrloch und/oder mindestens eine zweite Bohrloch im Kohlenwasserstoffreservoir kann/können zumindest bereichsweise vertikal angeordnet sein, wobei sich die vertikale Anordnung auf eine Anordnung entlang der Schwerkraft bezieht und wobei mit einer vertikalen Anordnung eine Anordnung gemeint ist, die von einer streng vertikalen Anordnung in einem maximalen Winkel von 20° abweicht.The at least one first borehole and/or at least one second borehole in the hydrocarbon reservoir can be arranged vertically at least in regions, with the vertical arrangement referring to an arrangement along the force of gravity and with a vertical arrangement meaning an arrangement that is characterized by a strictly vertical arrangement deviates by a maximum angle of 20°.
Ferner kann/können das mindestens eine erste Bohrloch und/oder mindestens eine zweite Bohrloch im Kohlenwasserstoffreservoir zumindest bereichsweise horizontal angeordnet sein, wobei sich die horizontale Anordnung auf eine Anordnung senkrecht zur Schwerkraft bezieht und wobei mit einer horizontalen Anordnung eine Anordnung gemeint ist, die von einer streng horizontalen Anordnung in einem maximalen Winkel von 20° abweicht. Die horizontale Anordnung ist vorteilhaft, da sie eine effizientere Gewinnung von Wasserstoff ermöglicht.Furthermore, the at least one first borehole and/or at least one second borehole in the hydrocarbon reservoir can be arranged horizontally at least in regions, with the horizontal arrangement referring to an arrangement perpendicular to the force of gravity and with a horizontal arrangement meaning an arrangement that is deviates from a strictly horizontal arrangement by a maximum angle of 20°. The horizontal arrangement is beneficial as it allows for more efficient hydrogen recovery.
Die Steuereinheit kann konfiguriert sein, zu veranlassen, dass vor der Gewinnung von Wasserstoff-haltigem Gas das mindestens eine erste Bohrloch und/oder das mindestens eine zweite Bohrloch (bevorzugt alle Bohrlöcher des Kohlenwasserstoffreservoirs) verschlossen wird. Die Steuereinheit kann ferner konfiguriert sein, mit der Förderung von Wasserstoff-haltigem Gas erst nach einer Wartezeit von mindestens drei Tagen, bevorzugt drei Tagen bis drei Monaten, zu beginnen. Ferner kann die Steuereinheit konfiguriert sein, mit der Förderung von Wasserstoff-haltigem Gas erst nach einer Abkühlung des Reservoirs auf eine Temperatur von maximal 20°C über der Kondensationstemperatur von mindestens einem Fluid im Kohlenwasserstoffreservoir zu beginnen, wobei das mindestens eine Fluid bevorzugt Wasser enthält oder daraus besteht.The control unit may be configured to cause the at least one first well and/or the at least one second well (preferably all wells of the hydrocarbon reservoir) to be closed prior to the production of hydrogen-containing gas. The control unit can also be configured to only start pumping hydrogen-containing gas after a waiting period of at least three days, preferably three days to three months. Furthermore, the control unit can be configured to start pumping hydrogen-containing gas only after the reservoir has cooled to a temperature of at most 20° C. above the condensation temperature of at least one fluid in the hydrocarbon reservoir, with the at least one fluid preferably containing water or consists of.
Das Mittel zur Gewinnung von Wasserstoff aus Wasserstoff-haltigem Gas kann dazu geeignet sein, gefördertes Wasserstoff-haltiges Gas in einem katalytischen oder nicht-katalytischen Prozess des Steam-Reforming und der Wasser-gas-Shift-Reaktionen zu reagieren, wobei die Anlage bevorzugt konfiguriert ist, hierbei entstehendes CO2 in das mindestens eine erste Bohrloch des Kohlenwasserstoffreservoirs und/oder in mindestens ein zweites Bohrloch des Kohlenwasserstoffreservoirs zu injizieren.The means for recovering hydrogen from hydrogen-containing gas may be adapted to react produced hydrogen-containing gas in a catalytic or non-catalytic process of steam reforming and water-gas shift reactions, the plant being preferably configured is to inject the resulting CO 2 into the at least one first well of the hydrocarbon reservoir and/or into at least one second well of the hydrocarbon reservoir.
Ferner kann das Mittel zur Gewinnung von Wasserstoff aus Wasserstoff-haltigem Gas mindestens einen Wasserstofffilter enthalten oder daraus bestehen, wobei der mindestens eine Wasserstofffilter bevorzugt in dem mindestens einen ersten und/oder in dem mindestens einen zweiten Bohrloch angeordnet ist, insbesondere an einem Kohlenwasserstoffreservoir-seitigen Ende davon. Furthermore, the means for obtaining hydrogen from hydrogen-containing gas can contain or consist of at least one hydrogen filter, the at least one hydrogen filter preferably being arranged in the at least one first and/or in the at least one second borehole, in particular on a hydrocarbon reservoir-side end of it.
Die Anlage kann dazu geeignet sein, nach dem Injizieren der Flüssigkeit und des Fluids eine Mischung aus Wasserdampf und Kohlenmonoxid in das mindestens eine erste und/oder in das mindestens eine Bohrloch zu injizieren.The system can be suitable for injecting a mixture of water vapor and carbon monoxide into the at least one first well and/or into the at least one well after injecting the liquid and the fluid.
Die Anlage kann dazu geeignet sein, bevorzugt die Steuereinheit der Anlage kann dazu konfiguriert sein, das mindestens eine erste Bohrloch und/oder das mindestens eine zweite Bohrloch für eine selektive Injektion und/oder eine selektive Produktion anzusteuern.The system can be suitable, preferably the control unit of the system can be configured to control the at least one first well and/or the at least one second well for a selective injection and/or a selective production.
Die Anlage kann dazu geeignet sein, mindestens einen Anteil des geförderten Wasserstoff-haltigen Gases für eine Methanolsynthese zu nutzen. Dadurch kann die notwenige Reinjektionsmenge reduziert werden.The plant can be suitable for using at least a portion of the hydrogen-containing gas produced for a methanol synthesis. As a result, the amount of reinjection required can be reduced.
Zudem kann die Anlage dazu geeignet sein, bei der Wasserstoffgewinnung anfallende Stoffe zur Wärmegewinnung und/oder Stromgewinnung zu nutzen.In addition, the plant can be suitable for using substances occurring during hydrogen production for heat production and/or electricity production.
Abgesehen davon kann die Anlage dazu geeignet sein, Abgase von Kraftwerken und/oder anderen Oberflächenprozessen in das mindestens eine erste Bohrloch und/oder das mindestens eine zweite Bohrloch zu injizieren. Nach der Vergasung weist das Kohlenwasserstoffreservoir gute fließtechnische Eigenschaften für künftige Injektionen auf. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Ausbeute an Wasserstoff (und auch Methan) gesteigert werden kann und unerwünschte Abgase von Kraftwerken und/oder anderen Oberflächenprozessen im Kohlenwasserstoffreservoir gespeichert werden können.Apart from that, the system can be suitable for injecting exhaust gases from power plants and/or other surface processes into the at least one first borehole and/or the at least one second borehole. After gasification, the hydrocarbon reservoir has good flow properties for future injections. Another advantage is that the yield of hydrogen (and also methane) can be increased and unwanted exhaust gases from power plants and/or other surface processes can be stored in the hydrocarbon reservoir.
Die erfindungsgemäße Anlage ist bevorzugt dazu ausgestaltet, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Die Steuereinheit der Anlage kann konfiguriert sein, eine Durchführung der hierfür erforderlichen Schritte zu veranlassen.The system according to the invention is preferably designed to carry out the method according to the invention. The control unit of the system can be configured to cause the steps required for this to be carried out.
Es wird die Verwendung der erfindungsgemäßen Anlage zur Gewinnung von Wasserstoff aus einem Kohlenwasserstoffreservoir vorgeschlagen.The use of the plant according to the invention for the production of hydrogen from a hydrocarbon reservoir is proposed.
Anhand der nachfolgenden Figuren und des nachfolgenden Beispiels soll der erfindungsgemäße Gegenstand näher erläutert werden, ohne diesen auf die hier gezeigten, spezifischen Ausgestaltungsformen einschränken zu wollen. The subject according to the invention is to be explained in more detail on the basis of the following figures and the following example, without wishing to restrict it to the specific configurations shown here.
Beispiel - Verfahren zur Gewinnung von Wasserstoff aus einem KohlenwasserstoffreservoirExample - Process for the recovery of hydrogen from a hydrocarbon reservoir
Im Folgenden wird ein Anwendungsbeispiel zu einer ausgeförderten Erdöllagerstätte gegeben. Dabei wird eine Bohrungskomplettierung der in
Die folgenden Schritte wären dann erforderlich:
- 1. Injizieren einer Flüssigkeit, die Wasser und mindestens einen Katalysator enthält oder daraus besteht, in mindestens ein erstes Bohrloch und/oder mindestens ein zweites Bohrloch eines Kohlenwasserstoffreservoirs. Die optimale Flüssigkeitsmenge (d.h. Wassermenge) für die Reaktionen sowie der örtlichen Verteilung der Wärmemenge kann vorher berechnet werden. Hierfür ist ein Aufbau eines digitalen Abbilds („Zwillings“) des Kohlenwasserstoffreservoirs vorteilhaft. Notwendig ist ein Wasservolumen, das ca. 5-10% der Porosität des Kohlenwasserstoffreservoirs (d.h. des Gasvolumens des Kohlenwasserstoffreservoirs) entspricht. Je nach Reaktionsregime kann auch eine Justierung des Katalysatortyps (Körnungsgröße, chemische Zusammensetzung) notwendig sein.
- 2. Injizieren eines Fluids (z.B. eines Gases), das Sauerstoff enthält oder daraus besteht, in das mindestens eine erste Bohrloch und/oder das mindestens eine zweite Bohrloch des Kohlenwasserstoffreservoirs. Die nötige Fluidmenge (d.h. Sauerstoffmenge), um eine bestimmte Wärmemenge (über Oxidationswärme) zu erzeugen, kann vorher berechnet werden. Notwendig ist ein Erreichen von mind. 250°C, allerdings besser 300-400°C. Die nötige Fluidmenge kann anhand der Molmenge des Öls und der Molekülgröße des Öls in dem Kohlenwasserstoffreservoir abgeschätzt werden. Hierfür ist vorteilhaft, falls bekannt ist, in welcher Menge das Kohlenwasserstoffreservoir Schweröl und Leichtöl enthält. Bei Schwerölen sind dabei ca. 50-100 Mol Sauerstoff je Mol Schweröl sinnvoll, bei leichteren Ölen sind auch 20-50 Mol Sauerstoff je Mol zu verbrennendem Leichtöl möglich.
- 3. Zünden des Kohlenwasserstoffreservoirs durch
- i) Warten bis zur Selbstzündung des Kohlenwasserstoffreservoirs; oder
- ii) Temperierung des Fluids auf eine Temperatur, die gleich oder größer einer Zündtemperatur des Kohlenwasserstoffreservoirs ist; oder
- iii) Zugabe eines Zünders in das mindestens eine erste Bohrloch und/oder in das mindestens eine zweite Bohrloch, wobei der Zünder ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus elektrischer Zünder, chemische Zünder, thermischer Zünder und Kombinationen hiervon .
- 4. Fördern von Wasserstoff-haltigem Gas über das mindestens eine erste und/oder mindestens eine zweite Bohrloch des Kohlenwasserstoffreservoirs und Gewinnung von Wasserstoff aus dem Wasserstoff-haltigen Gas. Um ideale Ergebnisse zu erreichen, kann es sinnvoll sein, die Gasphasenreaktionen zunächst in-situ ablaufen zu lassen und die Gewinnung von Wasserstoff zeitlich zu verzögern. Dafür muss die Produktionsbohrung zunächst verschlossen bleiben. Ein Öffnungszeitpunkt, d.h. der Zeitpunkt der Gewinnung von Wasserstoff, und die Fließmenge können beispielsweise anhand von Simulationen bestimmt werden.
- 1. Injecting a liquid containing or consisting of water and at least one catalyst into at least a first well and/or at least a second well of a hydrocarbon reservoir. The optimal amount of liquid (ie amount of water) for the reactions as well as the local distribution of the amount of heat can be calculated beforehand. For this purpose, the construction of a digital image (“twin”) of the hydrocarbon reservoir is advantageous. A water volume that corresponds to about 5-10% of the porosity of the hydrocarbon reservoir (ie the gas volume of the hydrocarbon reservoir) is necessary. Depending on the reaction regime, it may also be necessary to adjust the type of catalyst (particle size, chemical composition).
- 2. Injecting a fluid (eg a gas) containing or consisting of oxygen into the at least one first well and/or the at least one second well of the hydrocarbon reservoir. The amount of fluid (ie, amount of oxygen) needed to produce a given amount of heat (via heat of oxidation) can be calculated in advance. It is necessary to reach at least 250°C, but preferably 300-400°C. The amount of fluid needed can be estimated based on the mole amount of oil and the molecular size of the oil in the hydrocarbon reservoir. It is advantageous for this if it is known in what quantity the hydrocarbon reservoir contains heavy oil and light oil. In the case of heavy oils, around 50-100 moles of oxygen per mole of heavy oil make sense; with lighter oils, 20-50 moles of oxygen per mole of light oil to be burned are also possible.
- 3. Ignite the hydrocarbon reservoir
- i) waiting for the hydrocarbon reservoir to auto-ignite; or
- ii) temperature control of the fluid to a temperature which is equal to or greater than an ignition temperature of the hydrocarbon reservoir; or
- iii) adding an igniter to the at least one first borehole and/or to the at least one second borehole, the igniter being selected from the group consisting of electrical igniters, chemical igniters, thermal igniters and combinations thereof.
- 4. Producing hydrogen-containing gas via the at least one first and/or at least one second well of the hydrocarbon reservoir and obtaining hydrogen from the hydrogen-containing gas. In order to achieve ideal results, it can make sense to initially allow the gas-phase reactions to take place in situ and to delay the production of hydrogen. To do this, the production well must initially remain closed. An opening time, ie the time point of hydrogen production and the flow rate can be determined, for example, using simulations.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Kohlenwasserstoffreservoir;hydrocarbon reservoir;
- 22
- erstes Bohrloch;first borehole;
- 33
- zweites Bohrloch;second borehole;
- 44
- weiteres Bohrloch;another borehole;
- 55
- Ölzone;oil zone;
- 66
- Wasserzone; undwater zone; and
- 77
- Caprock bzw. abdichtendes Gestein des Kohlenwasserstoffreservoirs.Caprock or sealing rock of the hydrocarbon reservoir.
Claims (15)
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