專利名稱：用于碳氫化合物回收的二氧化碳富集煙氣注入的制作方法
溫室氣體已經成為環境中升級的關注點，并且被認為對不典型的天氣模式和溫度波動起作用。
二氧化碳的來源基本上來自工業和汽車使用。按照工業來源，發電廠是加重的因素。典型地，北美洲使用煤、天然氣、燃油和其他的工廠產生高壓蒸汽，然后高壓蒸汽用來驅動汽輪機或者用來在內燃機車和燃氣輪機引擎的使用用于電力直接生產。這樣當然產生二氧化碳排放，惡化了排放問題。
增強的碳氫化合物開采過程使用易混合的和不能混合的氣體例如天然氣、液態天然氣、二氧化碳、氮或者燃燒煙氣保持壓力，在油藏中通過再增壓或者膨脹把另外的石油或者天然氣推到鉆井中，或使用同樣的或者其它氣體溶解在石油中來降低它的濃度和增加它的流動速度。
為了將排放的二氧化碳與工業過程和燒煤的發電廠隔離，在地質巖層中得到和永久存儲二氧化碳已經成為越來越受歡迎的選擇。為了長期的二氧化碳排放減少，美國政府正在發展政策來促進地質隔離。
相應地，本發明的一個目的是提供一種使用富集CO2的煙氣改進第三紀的油和/或氣開采方法，本方法是遵守溫室氣體所關注的。本發明的一個進一步重要目的是提供一種二氧化碳隔離機制。
方便起見，關于本工藝燃料的使用方面，此方法能使用任何經濟的燃料來源，例如天然氣、含硫天然氣(sour gas)、溶解氣、柴油燃料、重油、瀝青、減壓渣油、瀝青烯、煤、焦炭、生物質能(biomass)或任何適合易燃的廢棄物。由于經濟原因，最好用于燃料的原料為低成本來源，例如來自瀝青或者重油，例如大氣或者減壓渣油，瀝青質或者減粘裂化殘渣。這些原料被用來生產在水乳化燃料中的多相超細霧化殘渣(MSARTM)油。這種替代燃料在10至大于35％的連續水相中被乳化，產生一種容易管理液體燃料，其與有天然氣相似的燃燒特征。重油隨著表面化學活性劑在水中被分散，生產大小始終如一的小滴。馬上取得的好處就是，在火焰長度和輻射熱流方面，燃料達到大于99.99％的碳燃燒，和天然氣擁有相似的燃燒特征。純粹的好處是原料中最不寶貴部分被變成有用燃料，能直接適應天然氣鍋爐或爐子作為經濟上可行的燃料替代昂貴的天然氣。
本發明這些和其他特征、方面和優點，根據以下描述和附圖，將變得更好理解。
圖1是本發明第一個實施例整個系統的示意圖；圖2是本發明第二個實施例整個系統的示意圖；圖3是在干燥的基礎上實現二氧化碳燃料氣體濃縮時的氧氣需要量的圖表；和圖4是在潮濕的基礎上實現二氧化碳燃料氣體濃縮時的氧氣需要量的圖表。
為了本發明的用途，定義下列的條款。
GHG指溫室氣體；FGT指煙氣處理；FGR指煙氣再循環；HP指高壓；BFW指鍋爐給水；OTSG指直流蒸汽發生器；和ECU指能源轉換單元。
參照圖1，展示了使用此方法的裝置的一個可能實施例的圖表的說明，數字10總體上表示這些元素。
圖1中的空氣分離裝置(沒有顯示)在此工藝中，將空氣流中的氧氣和氮氣分離產生90％或者更純的氧氣12。這個是例子，根據情況可改變。燃料14，可能選自選自天然氣、含硫天然氣、溶解氣、燃料油、柴油、乳化燃料、渣油、生物質能、煤炭、焦，與氧氣12和16的混和在一起形成一種混合燃料用于輸入一種能源轉換單元，一般由數字18表示。該能源轉換單元可以包括任何適宜的裝置，例如一個簡單循環裝置，傳統的或帶有適用的蒸汽渦輪發電機的超臨界蒸汽發生器或蒸汽渦輪驅動的壓縮機。其它適宜裝置，合并一種簡單或者帶一個熱回收蒸汽發電機(HRSG)組合裝置的改進的燃氣輪機。另一種可能是柴油低速發動機驅動發電機和/或氣體壓縮機。特殊單元和單元的組合將取決于設計參數。
例如，對于特殊的碳氫化合物生產用地，需要一個典型的10至500兆瓦特規模的大中型發電設備或適于滿足電力需求規模并產生足夠二氧化碳注入體積用于改進碳氫化合物回收。上述的蒸汽驅動裝置還可包括直流蒸汽發生器(OTSG)、常規成套鍋爐、常規電站鍋爐和循環流化床鍋爐(CFB)以滿足電廠的蒸汽要求。
煙氣再循環回路20包含在二氧化碳富集系統中，眾所周知，FGR的好處是減少煙氣中的氮氣及因而形成的氮化合物NOx，隨之帶來增加煙氣中二氧化碳濃度的好處。圖3和4表示隨氧氣量的變化煙氣組成的改變。例如，圖3說明了二氧化碳量的明顯優勢歸功于通過能源轉換單元的循環過程而造成氧氣高度集中。圖4證實了在潮濕基礎上的相同數據。
對于固定的氧濃度增加的氧對燃燒空氣的比率是值得推薦的，溫度可以升高到超越鍋爐/加熱設備設計的參數。為了抵消這種限制，煙氣再循環電路再流回到熱氣流能源轉換單元18用于熱淬。最好是，再循環煙氣量將取決于對設備的運行參數。這一重大結果產生重要優點，即a)增強鍋爐效率和運作；b)對于設計師考慮不用大規模的重建或設備替換而改造現有工廠有很大好處；c)改進熱的燃燒效率；d)減少的NOx釋放；和e)提高安全性。
回到整體的工藝中，存在于交換單元18中的流22，現在為富集煙氣的流，可在任何數目的步驟中被加工，由代表數字24的煙氣調節單元總代表。通常，煙氣基于試驗燃料除了CO2可能有如CO、H2、氧過量氣、SO2、SO3、NOx、N2、煙塵、煤灰、水蒸氣金屬等這樣的主要成分。處理可以包括去顆粒化(departiculation)或者除飛塵、煙氣脫水、熱淬、煙氣脫硫、壓縮、脫NOx，副產品回收或者其組合。
此外，考慮經濟價值，對于本領域的技術人員常用的產業行為，額外的方法可用于回收有用和有價值的副產品由數字26表示，如CO、H2、SO2、水和重金屬等。為進一步凈化，能源轉換單元18可在亞化學計量下(sub-stoiciometric)，化學計量下(stoiciometric)或者超量氧模式中運行與燃料的燃燒。根據不同需要富集的煙氣中可以產生不同的副產品。通常，這種首選的模式是近化學計量下產生在富集煙氣中濃度最高的二氧化碳。在一些例子中，可能需要在煙氣設計中利用這些副產品。
例如，在煙氣調節單元24的操作中，能源轉換單元18產生的有用能源28，可以是電力或者直接驅動驅壓縮富集煙氣和/或燃燒空氣/氧氣。根據元件的設計平衡和注入富集煙氣需要的體積，可能產生超額能量30并作為過剩電力制造并出售給商業市場。
從煙氣調節單元24中釋放出的剩余水32可能在其他進程再使用。經調節的注入煙氣經過管線34傳輸到地下巖層36。注入煙氣中的二氧化碳體積可能超過30％；然而，根據圖2和圖3可知，這個變化取決于巖層36的組成。
巖層36可以含有任何一種或者全部的石油、瀝青、重油、天然氣、液態天然氣或者可以被純粹用于煙氣隔離的物質。
回收的碳氫化合物經過管線38離開巖層36并且可能由進一步工藝的處理。這是可選擇的步驟。
處理過的煙氣的成分是可變的，并且將取決于含量的特定本質和巖層的物理和化學性質。最好是隨著巖層隨時間改變，處理過的煙氣成分可以同樣地要求動態改變。例如組成可以是50％二氧化碳和50％氮至70％二氧化碳和30％氮氣直到100％二氧化碳。
參見圖2，顯示了在整個過程中的一種變化，熱量回收單元23放在能源轉換單元18和煙氣調節單元24之間的回路中。在這個變化中，用熱量回收單元23來平衡能量的產生并使聯合循環方法的熱效率最大化。這一安排提供使用最初動力，例如柴油發動機和燃氣輪機。熱量回收單元23可用于產生額外蒸汽用來發電或用來預熱水，燃燒空氣或氧氣來提高本方法的能源效率。
與現有技術相比，上述技術具有增進回收值的優點，最少5％；在回收經濟領域這代表著巨大的增長。這進一步由額外電力和/或流的生產增加。
綜上所述，通過統一在一個碳氫化合物巖層注入一種富集煙氣的合成概念，下列的附加優點被實現減少排放的微粒；ii)改善碳燃燒；iii)煙氣中N含量減少使得體積減少超過60％；iv)碳氫化合物生產的增加帶來的經濟效益；v)不用煙氣的管道和壓縮的裝置；vi)自給自足用于工藝控制的電力和/或流生產；vii)自行產生低成本燃料例如MSARTM乳化燃料瀝青烯，剩余物；和viii)利用超量O2增強能源轉換單元效率。
權利要求
1.一種從含有至少一種氣體和石油地下巖層中提高石油和氣體生產的方法，包含提供一個能源轉換單元；從上述能源轉換單元中回收煙氣；將所述煙氣送入上述能源轉換單元中再循環，形成富集二氧化碳的流；和把上述富集二氧化碳的流注入所述地下巖層，以回收至少一種上述氣體和石油。
2.如權利要求1所述的方法，其中再循環煙氣降低所述能源轉換單元的溫度。
3.如權利要求1所述的方法，其中富集二氧化碳的流至少在一個調節裝置中處理，以便在注入前調節所述富集二氧化碳的流。
4.如權利要求3所述的方法，其中所述調節包括一個單元操作，選自去顆粒化、煙氣脫硫、煙氣急冷、煙氣脫水、煙氣壓縮、脫NOx及其組合。
5.如權利要求1所述的方法，其中二氧化碳被與隔離在所述巖層。
6.如權利要求1所述的方法，還包括回收在能源轉換裝置中產生能源的步驟。
7.如權利要求1所述的方法，還包括從上述方法中有選擇地回收副產品的步驟。
8.如權利要求7所述的方法，還包括為增加煙氣，有選擇的使用副產品的步驟。
9.一種從含有至少一種氣體和石油的地下巖層中提高石油和氣體生產的方法，包含提供一個能源轉換單元；提供一個煙氣源；將所述煙氣送入上述能源轉換裝置中再循環，形成富集二氧化碳的流，和為了在上述巖層中隔離二氧化碳，把上述富集二氧化碳的流注入地下巖層。
10.如權利要求9所述的方法，還包括從上述巖層中有選擇地回收氣體和石油的措施。
11.如權利要求9所述的方法，其中所述煙氣再循環回路降低所述能源轉換單元的溫度。
12.如權利要求9所述的方法，其中所述二氧化碳富集流在至少一個調節單元中處理，以便在注入前調節所述二氧化碳富集流。
13.如權利要求12所述的方法，其中所述調節包括一個單元操作，選自去顆粒化、煙氣脫硫、煙氣急冷、煙氣脫水、煙氣壓縮、脫NOx及其組合。
14.如權利要求9所述的方法，還包括回收在能源轉換單元中產生能源的步驟。
15.如權利要求9所述的方法，還包括從上述方法中有選擇地回收副產品的步驟。
16.如權利要求15所述的方法，還包括為增加煙氣，有選擇的使用副產品的步驟。
全文摘要
一種增強石油和氣體回收的方法。利用工廠煙氣合成出一種富集的煙氣。這種富集的煙氣是為專門需要而定制的；然而這種氣體中含有高濃度的二氧化碳。用于一種注入物，用于提高來源于地下巖層的氣體和/或石油的釋放。當來自發電廠的二氧化碳隔離時注入物加快回收。
文檔編號E21B43/18GK101037937SQ20071000351
公開日2007年9月19日 申請日期2007年2月7日 優先權日2006年2月7日
發明者史蒂夫·克雷絲乃克, 加里·布尼歐 申請人:鉆石Qc技術公司