[发明专利]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

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于深部非常规或常规资源清洁高效开采技术领域，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。

背景技术

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。

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。

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CN112727418 A，模拟了高温水蒸气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，高温水蒸气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。

发明内容

本发明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。

为了达到上述目的，本发明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：