[发明专利]利用能量和临界流体在开采烃燃料或污染物过程中或之后从大陆块捕获并隔离二氧化碳和能量提取物的方法和装置

说明书

技术领域

本发明通常涉及减少空气和陆地污染，该污染包括从在例如油页岩之类的 地下储层中的固定的矿物燃料主体中开采烃燃料而产生的热污染，本发明尤其 涉及从油页岩就地开采油气过程中和之后利用其任何开采工艺减少温室气体或 就地残留热的方法和装置。该发明也适用于重油、老化井、煤、褐煤、泥煤和 沥青砂并且也以批次或连续类型的工艺被应用到地面上。它也可以利用电能和 临界流体(CF)在从固定土地主体或容器开采污染物或残留物过程中和之后使 用。

背景技术

油页岩，也被熟知为有机丰富的泥灰石，包含主要由称作干酪根的不溶性 固体材料组成的有机物质。干酪根在高温分解中分解成干酪根油和烃气体(或 油和气)，这可以被用作发电机燃料或被进一步提炼成运输燃料、石油化工产品 或产品。页岩油和烃气体(典型地甲烷CH₄)可以通过高温分解过程由干酪根 产生，高温分解过程也就是典型地包括加热油页岩到提高的温度，典型地为300° 到500℃的处理。在高温分解之前，在室温下的干酪根产品具有高粘度非变形材 料的主要部分以致于它们在岩石/砂岩基质内不能被接近。在高温分解和移走后， 页岩油被提炼成可使用的适于销售的产品。通过例如使用RF能量、注入过热蒸 汽、热流体或其它材料或火烧油页岩储层来加热油页岩中的干酪根以就地处理 油页岩主体的早期尝试即使基本可行(有些不可行)在经济上也不可行。例如 通过采矿、压碎和在一炉或连续甑式炉中加热页岩来处理地上的油页岩主体以 获得油页岩内的油和气的早期和目前的尝试既环境上不可行又经济上不可行。

就地处理典型地在地下留下大量残余能量和残余烃，这对地貌和生态具有 未知的影响并被当作“废弃”能量。这些处理典型地也需要大量电能，而这通常 由或者本地或者远处的电厂提供。电厂由例如煤或油之类的矿物燃料供给燃料， 这产生温室气体。本发明目的在于在使得热、空气(包括“温室气体”)和地面 污染最小的同时优化能量使用。预见一种闭环或半封闭类型的处理。

使用二氧化碳用于提高或三次采油是众所周知的，这是通过把二氧化碳注 入现存的油藏以便给它们加压并使油气产量最大化而实现的。这个工艺取得有 限的成功并且不致力于捕集或隔离大量的油藏中的CO₂。

临界流体是处于接近或超过组合物的热力学临界点的温度和压力下的组合 物。这些流体的特性在于其性质处于气体和液体之间，例如扩散率大大高于液 体，但是不像气体的那么大，并且粘度低于典型液体的粘度。临界流体的密度 是压力的强变化函数。密度从气体到液体之间变化，同时临界流体的相应溶解 性质也随温度和压力变化，这可以在特定环境和特定方法中加以利用。

已经尝试或建议了许多技术以利用电阻、气体燃烧炉加热、注蒸汽和电磁 能就地加热大体积的地下储层(煤、褐煤、页岩、沥青砂)以获得油气。例如， 电阻类型的电元件已经通过电缆布置在井筒内以通过传导加热页岩。

1979年2月20日出版的Raymond Kasevich等的指定给Waltham，MA的 Raytheon公司的美国专利4,140,179公开了用于生成储层的地下加热的系统和方 法，其包括向下沿着井眼延伸到油页岩的多组间隔开的RF能量辐射器(偶极天 线)。天线元件必须与周围储层的电条件相匹配。

于1985年4月2日出版的Vernon L.Heeren的指定给Raytheon公司的美国 专利4,508,168通过参见包含在这里，该专利描述了沿着井筒布置的RF高频发 热电极，该电极通过轴向运输线路输送电磁能量，该线路的外部导体终结于包 括沿着外部导体向回延伸的扩大的同轴短截线的阻塞结构。但是，这种方法本 身需要更长的应用RF能量以及能量等级上随着时间更多的变化。临界流体(CF) 的注入将减少加热的依赖性，仅仅依赖RF能量，简化RF的产生并监测设备并 减少消耗的电能。如果使用更简单的电阻加热器替代RF，CF的同样优势也是 真实的。同样，不论加热温度或应用方法，由于其稀释和运载性质，临界流体 (CF)的注入增加了系统的总产量。