Подземная реакторная система
Группа изобретений относится к области биохимии. Предложен способ получения топлива из органического материала в подземном реакторе (варианты) и подземный реактор для применения в вышеуказанном способе (варианты). Подземный реактор включает первый трубопровод для нагнетания органического материала под землю и его преобразования в топливо, второй трубопровод для поднятия преобразованного органического материала и теплообменник для выделения тепла для снабжения энергией оборудования, где жидкий теплоноситель содержит пьезотепловые или пьезоэлектрические частицы. В другом варианте подземный реактор также содержит насос для удерживания зоны реакции при требуемой температуре. Способ включает отправление органического материала под землю через первый трубопровод, приложение к органическому материалу в зоне реакции давления и температуры для преобразования органического материала в топливо, подъем топлива через второй трубопровод и циркуляцию жидкого теплоносителя. В другом варианте способ также включает использование теплообменника для выделения тепла с целью применения для снабжения энергией оборудования. Изобретение обеспечивает получение топлива за счёт подземной температуры и давления. 4 н. и 91 з.п. ф-лы, 23 ил., 5 табл., 13 пр.
В настоящем документе заявляется приоритет предварительной заявки на патент США, серийный номер 61/481918, зарегистрированной 3 мая 2011 г., и предварительной заявки на патент США, серийный номер 61/602841, зарегистрированной 24 февраля 2012 г., причем обе указанные заявки включены в настоящий документ посредством отсылки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
По мере роста населения мира для того, чтобы обеспечить существование большего числа людей, должны использоваться более сбалансированные способы получения энергии. Множество нефтяных скважин было пробурено по всему земному шару для добычи нефти из недр земли, а затем заброшено после того, как скважины истощались.
В то же время, биотопливо положило начало совершенно отдельному пути развития, где преобразование биомассы в виды топлива на спиртовой основе является основной сферой деятельности.
Значительные исследования и разработки в отношении водорослей и диатомей начались в 1978 г., благодаря эмбарго на поставки нефти Организации стран - экспортеров нефти (ОПЕК). До 1978 г. Джек Майерс и Бессел Кок опубликовали книгу по разведению водорослей "From Laboratory to Pilot Plant", а Массачусетский технологический институт (MIT) создал проекты их массового разведения на крышах приблизительно в 1950 г. Исследования активизировались, когда бюро по разработке видов топлива Министерства энергетики США (DOE) профинансировало оригинальную программу водных биологических видов (ASP) в Национальной лаборатории по исследованиям в области возобновляемых источников энергии (NREL) на 16 лет, чтобы определить и оценить промышленную рентабельность морских водоросли для получения энергии. Заключительный отчет ASP за 1998 год идентифицирует зеленые водоросли и диатомы как наиболее примитивные формы растений, и, таким образом, наиболее эффективные при клеточном делении и росте, поскольку они не расходуют энергию на инфраструктуру, такую как корни, стебли и листья, как это делают наземные растения. Выводы ASP указывают, что, вследствие примитивной природы микроскопических водорослей, выход нефти на единицу площади земли был оценен как превышающий в 30 раз этот показатель для наземных масличных культур. Однако отчет ASP был сосредоточен главным образом на получении из липидов водорослей биодизельного топлива, а не синтетической сырой нефти.
Заключительный отчет ASP за 1998 год подчеркивает критическую проблему открытых водорослевых прудов, вытекающую из невозможности сохранять неизменно высокие скорости роста биомассы водорослей вследствие неконтролируемых изменений температуры за счет метеоусловий и смены времен года.
Кроме того, в нем указывалось на малую перспективность для альтернативного производства водорослей в промышленном масштабе без использования проектов открытых водорослевых прудов.
Также был рекомендован анализ затрат при производстве водорослей в связи с трудностью сохранения высокопродуктивных организмов. Скорость производства биомассы водорослей определяется доступностью питательных веществ, интенсивностью освещения, температурой и содержанием CO2. Воздействие света, питательных веществ и температуры является мультипликативным.
Были выполнены расчеты, указывающие температуры и давления, необходимые для осуществления реакции. При уменьшении относительной диэлектрической проницаемости вода действует в большей степени как растворитель, что частично обусловлено уменьшенной полярностью. С использованием уравнения Аррениуса была рассчитана константа диссоциации воды для переменной температуры и постоянного давления, или переменного давления и постоянной температуры.
Термическое растрескивание - это процесс, при котором на скальную породу воздействует значительный тепловой поток. Скоростное напряжение заставляет поверхностные зерна отрываться от породы в процессе, известном в рассматриваемой области техники как растрескивание, который использует перегретый флюид для разрушения породы.
В настоящую заявку посредством ссылки включены следующие документы:
Патент США №4003393 (который раскрывает разлагаемый трубопроводный скребок).
US 4467861; AU 2011200090 (A1); US 2011/092726; W02009149519 A1; US 3955317; US 5958761; FR 2564855; EP 1923460; EP 1382576; US 2005/064577; DE 102006045872; US 2004/033557; US 2007/295505; US 6468429; W02011086358; GB 2473865; DE 102006045872; US 2004/0033557; US 2007/0295505; US 4937052; US 4272383; US 7866385; US 7977282.
Modeling Algae Growth in an Open-Channel Raceway by Scott C. James and Varan Boriah. Advanced Organic Rankine Cycles in Binary Geothermal Power Plants by Uri Kaplan, World Energy Council, 2007.
Hydrothermal Liquifaction to Convert Biomass into Crude Oil by Yuanhui Zhang, ch.10, Biofuels from Agricultural Wastes and Byproducts, 2010.
Biomass gasification in near- and super-critical water: Status and Prospects by Yukihiko Matsumara et al., Biomass and Bioenergy, 2005.
Organic Rankine Cycle Configurations by Uri Kaplan, Proceedings European Geothermal Congress, 2007.
Utilizing Organic Rankine Cycle Turbine Systems to Efficiently Drive Field Injection Pumps by Nadav Amir, GRC2007 Annual Meeting, 2007.
ASME Steam Tables. Thermodynamic and Transport Properties of Steam, The 1967 WCformulation for industrial use. 6th Edition, ASME, 1993.
Benjamin, M. 2002. Water Chemistry, 1st edition. New York: McGraw Hill.
Aqueous Systems at Elevated Temperatures and Pressures: Physical Chemistry in Water, Steam and Hydrothermal Solutions, International Association for Properties of Water and Steam, 2004.
Piezoelectricity: History and New Thrusts, Ultrasonics Symposium, 1996. Adiabatic Processes http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/adiab.html. Университет штата Джорджия
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Некоторые варианты воплощения изобретения включают подземный гидрогеотермальный реактор, который преобразует возобновляемое сырье, содержащее нефть, в топливо за счет температуры и давления. Варианты воплощения реактора могут использовать произведенный кокс и отходящий газ для генерирования электроэнергии и тепла, а произведенный углекислый газ и нагретую насыщенную минералами воду - для увеличения роста биомассы.
Некоторые варианты воплощения изобретения используют водоросли в качестве биомассы. Другие варианты воплощения изобретения содержат открытые водорослевые пруды возле реактора, которые используются для получения сырья. Некоторые варианты воплощения изобретения используют сточные воды, чтобы обеспечить контроль температуры для водорослевых водоводных прудов за счет использования косвенных затрат геотермальной энергии. Другие варианты воплощения изобретения предусматривают возвратные потоки реактора для обеспечения азота, фосфора, калия, углекислого газа и повышенной температуры в открытых водорослевых прудах. Настоящее изобретение включает подземный реактор для использования в процессе получения топлива для получения топлива из органического материала, включающий первую трубу, которая вводит органический материал под землю; вторую трубу, которая собирает использованный органический материал, произведенный подземным реактором; теплообменник для выделения тепла с целью использования в служащем источником энергии оборудовании, используемом в процессе получения топлива.
Предпочтительно, настоящее изобретение дополнительно включает цикл Ренкина на органическом теплоносителе для преобразования тепла от теплообменника в энергию для питания оборудования, используемого в процессе получения топлива.
Предпочтительно, оборудование, используемое в процессе получения топлива, непосредственно приводится в действие устройством, которое извлекает энергию из теплообменника.
Предпочтительно, оборудование включает насос.
Предпочтительно, насос обеспечивает циркуляцию жидкого теплоносителя для удерживания зоны реакции при требуемой температуре.
Настоящее изобретение включает подземный реактор для использования в процессе получения топлива из органического материала, включающий первую трубу, которая вводит органический материал под землю; вторую трубу, которая собирает использованный органический материал, произведенный подземным реактором; и насос, который обеспечивает циркуляцию жидкого теплоносителя в замкнутом контуре для удерживания зоны реакции при требуемой температуре.
Предпочтительно, настоящее изобретение дополнительно включает теплообменник для выделения тепла с целью использования в оборудовании которое служит источником энергии и используется в процессе получения топлива.
Предпочтительно, настоящее изобретение дополнительно включает цикл Ренкина на органическом теплоносителе для преобразования тепла от теплообменника в энергию для питания оборудования, используемого в процессе получения топлива.
Предпочтительно, оборудование включает насос.
Предпочтительно, оборудование, используемое в процессе получения топлива, непосредственно приводится в действие устройством, которое извлекает энергию из теплообменника.
Необязательно, органический материал является биомассой.
Предпочтительно, биомассой являются водоросли.
Необязательно, органическим материалом является полимер. Необязательно, органическим материалом являются твердые отходы. Необязательно, органический материал вступает в реакцию за счет ожижения. Необязательно, органический материал вступает в реакцию за счет термохимической реакции.
Необязательно, органический материал вступает в реакцию за счет гидротермальных процессов.
Предпочтительно, вторая труба находится внутри первой трубы. Предпочтительно, первая труба замкнута в нижней части, а вторая труба разомкнута в нижней части.
Предпочтительно, первая труба располагается глубже под землей, чем вторая труба.
Предпочтительно, настоящее изобретение дополнительно включает обсадную трубу, которая охватывает первую трубу и вторую трубу.
Необязательно, обсадная труба пролегает, по меньшей мере, так же глубоко, как и первая труба.
Необязательно, обсадная труба не пролегает так же глубоко, как и первая труба. Предпочтительно, настоящее изобретение дополнительно включает фильтр, который располагается в направлении вниз до глубины размещения первой трубы. Предпочтительно, обсадная труба - это изолятор. Предпочтительно, изолятор - это цемент.
Предпочтительно, настоящее изобретение дополнительно включает, по меньшей мере, третью трубу, через которую может прокачиваться теплоноситель.
Предпочтительно, теплопередающим материалом является вода.
Предпочтительно, настоящее изобретение дополнительно включает сепаратор нефти, газа и воды, который разделяет вытекающий поток продуктов из реактора.
Необязательно, сепаратор находится над землей.
Необязательно, сепаратор находится под землей.
Необязательно, часть продуктов сохраняется.
Необязательно, часть продуктов используется как пища для роста биомассы. Необязательно, часть продуктов используется для генерирования электроэнергии. Предпочтительно, электроэнергия генерируется за счет теплообмена. Необязательно по меньшей мере первая труба изогнута. Необязательно по меньшей мере первая труба наклонена. Необязательно по меньшей мере первая труба разветвляется.
Настоящее изобретение включает способ осуществления реакции при высоком давлении и высокой температуре, включающий отправление органического материала через первый трубопровод под землю, где на органический материал в зоне реакции воздействуют давление и температура, достаточные для превращения органического материала в топливо, углеводород или химические продукты; подъем топлива, углеводорода или химических продуктов наверх через второй трубопровод; и циркуляцию жидкого теплоносителя в замкнутом контуре с целью удерживания зоны реакции при требуемой температуре.
Предпочтительно, настоящее изобретение дополнительно включает использование теплообменника для выделения тепла с целью использования для снабжения энергией оборудования, используемого в процессе преобразования.
Предпочтительно, оборудование, используемое в процессе получения топлива, непосредственно приводится в действие устройством, которое извлекает энергию из теплообменника.
Предпочтительно, настоящее изобретение дополнительно включает использование цикла Ренкина на органическом теплоносителе для преобразования тепла из теплообменника в энергию для питания оборудования, используемого в процессе преобразования.
Предпочтительно, оборудование включает насос.
Настоящее изобретение представляет способ осуществления реакции при высоком давлении и высокой температуре, включающий: отправление органического материала через первый трубопровод под землю, при этом на органический материал в зоне реакции воздействуют давление и температура, достаточные для превращения органического материала в топливо, углеводород или химические продукты; подъем топлива, углеводорода или химических продуктов через второй трубопровод; и использование теплообменника для выделения тепла с целью использования в снабжении энергией оборудования, используемого в процессе преобразования.
Предпочтительно, настоящее изобретение дополнительно включает циркуляцию жидкого теплоносителя в замкнутом контуре с целью удерживания зоны реакции при требуемой температуре.
Предпочтительно, настоящее изобретение дополнительно включает использование цикла Ренкина на органическом теплоносителе с целью преобразования тепла из теплообменника в энергию для питания оборудования, используемого в процессе преобразования.
Предпочтительно, оборудование включает насос.
Предпочтительно, оборудование, используемое в процессе получения топлива, непосредственно приводится в действие устройством, которое извлекает энергию из теплообменника.
Предпочтительно, давление может регулироваться за счет увеличения или уменьшения глубины размещения трубчатого реактора.
Предпочтительно, настоящее изобретение дополнительно включает отправление теплоносителя под землю.
Необязательно, настоящее изобретение дополнительно включает регулирование температуры теплоносителя за счет регулирования скорости циркуляции.
Необязательно, настоящее изобретение дополнительно включает регулирование температуры теплопередающего материала за счет увеличения или уменьшения температуры органического материала.
Предпочтительно, настоящее изобретение дополнительно включает гидравлический разрыв горной породы до отправления теплопередающего материала под землю.
Необязательно, настоящее изобретение дополнительно включает отправление теплопередающего материала из-под земли в теплообменник.
Необязательно, настоящее изобретение дополнительно включает отправление теплопередающего материала из-под земли в цикл Ренкина на органическом теплоносителе.
Предпочтительно, настоящее изобретение дополнительно включает разделение продуктов на нефть, газ и раствор на водной основе.
Предпочтительно, настоящее изобретение дополнительно включает отправление раствора на водной основе для роста биомассы.
Необязательно, настоящее изобретение дополнительно включает сожжение продуктов отходящего газа и использование энергии для теплообмена при осушении.
Необязательно, настоящее изобретение дополнительно включает сожжение продуктов отходящего газа и использование энергии для получения электроэнергии.
Необязательно, настоящее изобретение дополнительно включает сожжение продуктов отходящего газа и использование энергии для получения механической энергии.
Необязательно, настоящее изобретение дополнительно включает сожжение продуктов отходящего газа и использование энергии для получения тепла.
Предпочтительно, настоящее изобретение дополнительно включает отправление части выходящих продуктов второй трубы для питания биомассы. Предпочтительно, биомассой являются водоросли.
Предпочтительно, часть выходящих продуктов включает углекислый газ. Необязательно, часть продуктов используется как сырье для процесса дистилляции. Необязательно, часть продуктов используется как сырье для процесса пиролиза. Предпочтительно, настоящее изобретение дополнительно включает растрескивание породы.
Настоящее изобретение включает последующую обработку бионефти/сырой нефти, предоставляемую ООО ReactWell, для разделения до отгрузки на легкую, дистиллятную и тяжелую фракции. Стабилизация нефти должна осуществляться за счет использования подземной геотермальной установки разделения по плотности и по ионному составу, которая использует геотермальное тепло для приведения в действие разделения по плотности и по ионному составу посредством геотермального мостового соединения с пьезоэлектрическими стержнями, которое генерирует перепад напряжения поперек жидкости при разделении за счет температурного градиента внутри подземной разделительной колонны. Таким образом, колонна использует геотермальную энергию для получения тепла и для процессов ионного разделения. Использование только одного разделения по плотности не является «экономически эффективным» за счет временных ограничений (современная практика в котлах для желтого жира осуществляется медленнее в течение зимы и быстрее - в течение лета), однако ионное разделение также используется для увеличения скорости процессов разделения, которые, в типичном случае, приводятся в действие за счет приложенного электрического напряжения. Колонны для ионного разделения используют дифференциал напряжения для разделения полярных/ионных смесей (это изучено при получении биодизельного топлива). Обратимые пьезоэлектрические материалы генерируют перепад температур, когда приводятся в действие счет приложенного напряжения (это обратимый процесс: также может использоваться для генерирования дифференциала напряжения, когда стороны элемента подвергаются воздействию перепада температур «дельта Т»):
Использование жидкой щелочи, щелочных, переходных, других металлов, воды, соленой воды и различных других соединений как жидкого теплоносителя.
Установка деминерализации (DMIN) с целью удаления минералов для последующей продажи за счет охлаждения или магнитных b-полей (вспомогательный источник дохода).
Отделение технологического флюида в трубчатом реакторе от флюида геотермального пласта за счет использования рабочего жидкого теплоносителя. Цель состоит в уменьшении технического обслуживания за счет ограничения геотермального флюида до внутреннего диаметра трубы с целью внутренней очистки трубопровода скребком, чтобы минимизировать время простоя
Использование объекта для прочистки труб, такого как скребок, выражаясь на нефтегазовом сленге, который растворяется (за счет гидротермальных процессов, которые его деполимеризуют) в нефти и газе при введении в трубчатый реактор и никогда не возвращается, но очищает внутренний и наружный диаметр трубы.
Некоторые полезные свойства изобретения включают следующее:
Удобную для применения конструкцию скребка для легкого удаления твердого осадка на стороне жидкого теплоносителя в контакте с пластовыми флюидами (геотермального пласта)
а. Основное отличие между удобной для применения конструкцией скребка и предыдущей конструкцией состоит в том, что жидкий теплоноситель протекает в пределах внутреннего диаметра труб. Скребки лучше всего работают, когда они обслуживают внутренний, а не наружный диаметр трубы.
Установка деминерализации (DMIN) для удаления минералов для последующей продажи за счет охлаждения или магнитных b-полей (вспомогательный источник дохода).
Ребра на теплопередающей трубе передают тепло в рабочий флюид, содержащийся внутри обсадной трубы, и действуют как отражатели для разрушения вихрей, генерируемых от системы мешалки (19), что усиливает конвективную теплопередачу на трубчатый реактор. Ребра также могут размещаться на трубчатом реакторе.
Мешалку/лопасти/винты, которые перемешивают рабочий флюид обсадной трубы для получения конвективной теплопередачи на трубчатый реактор;
Коробку передач, которая приводит в действие подземную мешалку - с приведением в движение от установки цикла Ренкина на органическом теплоносителе;
Изоляцию флюида геотермального пласта от наружного диаметра трубы - твердый осадок может быть счищен с внутреннего диаметра при минимальном времени простоя, поскольку в этой конфигурации не требуется разборка труб (отсутствие простоя вследствие спуско-подъемных операций и подземного технического обслуживания в течение недель, если не месяцев);
Конвективную теплопередачу, использующую скорость вращения мешалки (мешалок);
Стабилизацию бионефти: Обработка бионефти вниз по потоку будет происходить в установке отбензинивания сырья для отделения легких фракций, дистиллята и материала тяжелой нефти 6 с последующими, ниже по потоку, этапами обработки по насыщению кислородом и восстановлению питательных веществ до выхода из производственного объекта для переработки или отгрузки нефтехимического продукта. За счет внедрения в инфраструктуру ООО ReactWell маленькой установки отбензинивания сырья и восстановления питательных веществ, отделенные легкие фракции углеводорода могут быть конкретно адаптированы для установок каталитического крекинга с псевдоожиженным катализатором (FCC) и установок замедленного коксования для данного нефтеперерабатывающего или нефтехимического комплекса для оптимизации технических характеристик конечного продукта в соответствии с требованиями ASTM (Американского общества по испытаниям и материалам), при одновременном повышении до максимума восстановления ценных питательных веществ на производственном объекте ООО ReactWell. Основное отличие установки отбензинивания сырья ООО ReactWell состоит в том, что она разделяет использование органического топлива для сепарации органического топлива на избранные фракции из легких фракций, дистиллята и осадков тяжелой нефти 6. ООО ReactWell осуществляет фракционирование нефти, используя технологию геотермального ионного разделения, которая использует полученную геотермально тепловую трубу для приведения в действие разделения по плотности с капиллярным потоком скрытого тепла и пьезоэлектрическим материалом с целью получения электрического напряжения под действием геотермального температурного градиента и механического напряжения за счет гидравлического напора. Таким образом, разделение жидкой фазы происходит под землей за счет температуры, капиллярного действия, градиентов механического напряжения и электрического напряжения, создаваемых и поддерживаемых за счет геотермального тепла, выбора капиллярного материала, выбора пьезоэлектрического материала и силы тяжести.
В некоторых примерах геотермальное тепло и соответствующий градиент могут оказаться недостаточными для удовлетворения условий в реакторе за счет уменьшенной пропускной способности, связанной с твердым осадком и закупоркой за весь срок эксплуатации системы подземного реактора. Кроме того, может потребоваться использовать трубчатый реактор при более высоких температурах. Поэтому, предварительный нагрев впуска в трубчатый реактор и рабочего жидкого теплоносителя за счет горения (с возвращением выходящего CO2 в водорослевый пруд), электрического нагревателя или концентрированной солнечной энергии (CSP) может оказаться эффективным решением в отсрочке повторного гидроразрыва и стимуляции пласта. Преимущества вариантов воплощения настоящего изобретения включают: Использование очищающего/скребкового устройства для удаления твердого осадка/загрязнения;
Использование рабочего жидкого теплоносителя для изоляции геотермального пластового флюида от загрязнения трубчатого реактора;
Использование подземного перемешивателя (перемешивателей) для принудительной конвективной теплопередачи;
Использование подземных пьезоэлектрических/тепловых частиц для преобразования напряжения в тепло;
Использование подземного катализатора; и
Использование сжатия подземного пара для генерирования скрытого тепла.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Приведенные ниже чертежи образуют часть настоящего описания изобретения и включены для того, чтобы дополнительно продемонстрировать некоторые аспекты настоящего изобретения. Изобретение может стать более понятным за счет ссылки на один или более из этих чертежей в сочетании с описанием конкретных вариантов воплощения изобретения, представленных в настоящей заявке.
Фигура 1. Иллюстративный геотермальный трубчатый реактор-деполимеризатор.
Фигура 2. Иллюстративная система подземного реактора.
Фигура 3. Иллюстративный поток флюида подземного реактора.
Фигура 4. Иллюстративная схема технологического процесса гидро-геотермального реактора.
Фигура 5. Иллюстративная схема технологического процесса гидро-геотермального реактора.
Фигура 6. Иллюстративный геотермальный трубчатый реактор.
Фигура 7. Иллюстративный геотермальный трубчатый реактор.
Фигура 8. Иллюстративный геотермальный трубчатый реактор.
Фигура 9. Иллюстративный геотермальный трубчатый реактор.
Фигура 10. Иллюстративный геотермальный трубчатый реактор.
Фигура 11. Иллюстративный геотермальный трубчатый реактор, где отсутствует циркуляционная труба, входы и выходы разделены, и отсутствует обсадная труба.
Фигура 12. Рабочая кривая температуры теплопереноса внутри обсадной трубы.
Фигура 13. Рабочий профиль температуры теплопереноса внутри обсадной трубы, подвергнутой принудительной конвекции.
Фигура 14. Профиль трубчатого реактора.
Фигура 15. Профиль трубчатого реактора, подвергнутого принудительной конвекции.
Фигура 16. Иллюстрация горячего геотермального пластового флюида, изолированного от горячего рабочего флюида и от технологического флюида реактора.
Фигура 17. Трубчатый реактор с нагнетанием геотермального пластового флюида в обсадную трубу.
Фигура 18. Трубчатый реактор с наружным нагнетанием геотермального пластового флюида.
Фигура 19. Трубчатый реактор с изолированным геотермальным пластовым флюидом.
Фигура 20. Трубчатый реактор с изолированным геотермальным пластовым флюидом и принудительной конвекцией.
Фигура 21. Трубчатый реактор, использующий пьезотепловые/электрические частицы и катализатор.
Фигура 22. Трубчатый реактор, использующий нагнетание газа изолированно от геотермального пластового флюида.
Фигура 23. Модель вычислительной гидродинамики обсадной трубы, трубчатых реакторов и горячих геотермальных перекачивающих труб.
Расчеты. Листы, включенные после фигур в Предварительной заявке на патент США, серийный номер 61/602841, представляют расчеты, иллюстрирующие реализуемость вариантов воплощения настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЙ ГЕОТЕРМАЛЬНЫЙ ТРУБЧАТЫЙ РЕАКТОР (ГИДРОЛИЗ, ДЕПОЛИМЕРИЗАЦИЯ, ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЕ И ТЕРМИЧЕСКАЯ ДЕСТРУКЦИЯ)
Подземные температуры и давления существуют для того, чтобы создавать и поддерживать гидро-геотермальные реакции и термическую деполимеризацию с учетом доступной геотермальной энергии внутри земли. Температура коренной породы как функция глубины будет использоваться как движущая сила опорной температуры. Секция трубчатого реактора-деполимеризатора будет смоделирована с обсадной трубой, наполненной водой, которая не подвергается принудительной циркуляции.
Гидро-геотермальный реактор
Вода, загруженная водорослями из наземного водовода, открытого пруда или системы резервуара-отстойника, нагнетается в забой скважины в гидро-геотермальный реактор с замкнутым контуром. Когда давление и температура водорослей в воде под землей превышает атмосферное давление и температуру окружающей среды, водоросли и другой органический материал подвергается гидролизу и частичной термической деструкции для образования углерода, CO2, отходящего газа, углеводорода и горячей насыщенной минералами воды, содержащей аминокислоты. Трубчатый реактор, преимущественно, размещается внутри обсадной трубы, но может простираться наружу из обсадной трубы в область открытого конца. Обсадная труба содержит горячую воду, которая является статичной или циркулирует по циркуляционной системе за счет естественного гидравлического напора или подвергаясь геологическому давлению от горной породы, при одновременном уравновешивании с усилием, действующим с поверхности. Иллюстративный вариант воплощения изобретения показан на Фигуре 1.
В одном варианте воплощения изобретения трубчатый реактор может быть изогнутым, по мере того, как труба проникает глубже, чтобы позволить биомассе достигать более горячей геотермальной породы на увеличенной площади поверхности.
Геотермальный источник может находиться или не находиться под геологическим давлением.
В некоторых вариантах воплощения изобретения глубина размещения подземного реактора может находиться в диапазоне от 33 футов до 40502 футов (от 10 м до 12345 м). В некоторых вариантах воплощения изобретения наружная труба трубчатого реактора может иметь диаметр от 1 дюйма до 100 футов (от 25 мм до 30 м), внутренняя труба трубчатого реактора может иметь диаметр от 1 дюйма до 100 футов (от 25 мм до 30 м), а обсадная труба может иметь диаметр от 1 дюйма до 100 футов (от 25 мм до 30 м). Некоторые варианты воплощения изобретения могут иметь изогнутую или наклонную трубу для получения большего периода времени пребывания в реакторе. Наклонная труба может иметь последовательность наклонов, постепенно становящихся все более горизонтальными, по мере ее пролегания в глубину. Поскольку в настоящем изобретении могут использоваться буровые скважины для разведки, производства обезвоженной нефти и газа, и геотермальные буровые скважины, трубы, используемые в таких объектах, должны иметь соответствующие им размеры. Например, в буровой скважине длиной приблизительно 5000+ футов (1524+ м) диаметры труб, вероятно, будут составлять приблизительно от 12 до 120 дюймов (30-305 см).
В некоторых вариантах воплощения изобретения может быть более, чем один трубчатый реактор.
В некоторых вариантах воплощения изобретения температуры, необходимые для эффективной реакции, могут превышать 100°C и составлять до 2000°C, а давления, необходимые для эффективной реакции, могут составлять от 14,7 фунтов на кв. дюйм (203 КПа) до 40000 фунтов на кв. дюйм (275892 КПа).
Исходя из диапазонов температуры и давления внутри реактора, в некоторых диапазонах Т и Р в воде внутри реактора могут происходить термохимические или гидротермальные процессы ожижения:
при температуре от 100°C до 374°C (докритическая вода) и давлении от 14,7 фунтов на кв. дюйм (203 КПа) до 30000 фунтов на кв. дюйм (206944 КПа)
при температуре от 374° до 500+°C (сверхкритическая вода) и давлении от 14,7 фунтов на кв. дюйм (203 КПа) до 30000 фунтов на кв. дюйм (206944 КПа)
Некоторые варианты воплощения изобретения могут использовать любой тип органического материала для получения продуктов внутри реактора при соответствующих условиях по температуре и давлению. В некоторых вариантах воплощения изобретения для реакции внутри растворителя (например: воды) в подземном реакторе как органический материал могут использоваться полимеры.
Некоторые варианты воплощения изобретения могут использовать органический материал для получения химических продуктов, топлива или углеводородов в зависимости от используемого органического вещества.
В некоторых вариантах воплощения изобретения может использоваться специализированная геотермальная труба с несколькими трубопроводами и опцией гибкой насосно-компрессорной трубы для увеличенной принудительной конвекционной теплопередачи в одном или более пластов геотермального тепла. Выходящий поток геотермального флюида может выходить в цикл Ренкина на органическом теплоносителе (ORC). Цикл Ренкина на органическом теплоносителе включает испаритель или подогреватель, который использует тепло от выходящего геотермального флюида циркуляционного контура для нагрева и испарения рабочего органического флюида. Пары рабочего органического флюида (например: n-бутана) приводят в действие турбину, а отходящие пары турбины могут быть принудительно охлаждены горячим воздухом для использования в процессах осушения и, позднее, охлаждаться водой с целью обеспечения дополнительного тепла для водорослевых прудов. Сконденсированный рабочий органический флюид может затем возвращаться назад в испаритель для повторного нагрева. Для получения электроэнергии турбина может быть соединена с нагнетательным насосом и генератором.
Варианты воплощения изобретения с геотермальной циркуляцией в трубе могут обеспечить перестраиваемое регулирование температуры для гидро- геотермального реактора и реактора-деполимеризатора за счет регулировки скорости циркуляционного потока горячей воды и числа вставок гибких насосно-компрессорных труб. Иллюстративный вариант воплощения этого признака показан на Фигуре 3. Некоторые варианты воплощения изобретения могут использовать для протекания через реактор и настройки температуры любой жидкий теплоноситель.
В некоторых вариантах воплощения изобретения температура реактора может быть отрегулирована за счет увеличения или уменьшения скорости циркуляционного потока, увеличения или уменьшения скорости потока в трубчатом реакторе, увеличения или уменьшения температуры на впуске трубчатого реактора, или увеличения или уменьшения температуры повторного нагнетания в циркуляционном контуре.
Если циркуляция приносит достаточно тепла посредством вынужденной конвекции, тогда для реактора, чтобы достичь требуемых температур, может быть достаточно и меньшей глубины размещения. Без циркуляции в трубах для данного геотермального ресурса потребовались бы большие глубины бурения за счет ограничений на теплопередачу в трубчатой циркуляции, обсадной трубе и области открытого конца забоя скважины.
В некоторых вариантах воплощения изобретения труба циркуляционного контура может иметь диаметр от 1 дюйма доя 100 футов (от 25 мм до 30 м).
Некоторые варианты воплощения изобретения могут использовать теплообменник для извлечения энергии из нагретого жидкого теплоносителя. Примеры теплообменных устройств, которые могут использоваться, включают цикл Ренкина, цикл Карно, установку Стирлинга, циклонную установку с регенерацией тепла, термоэлектрическую установку (с применением эффекта Пельтье-Зеебека), мезоскопическое устройство, разработки Бартона, Стоддарда, Скудери, Белла-Колемана и Брайтона.. В других последующих вариантах воплощения изобретения продукты отходящего газа могут сжигаться для нагрева жидкого теплоносителя с целью использования в теплообменнике. Жидкий теплоноситель может использоваться для осушения, производства электроэнергии, нагревательных аспектов работы реактора, или для производства механической энергии.
В других последующих вариантах воплощения изобретения может использоваться цикл Ренкина на органическом теплоносителе для непосредственного приведения в действие насоса с целью подачи жидкого теплоносителя в систему геотермальной циркуляции, подачи энергии на внутрискважинный насос в трубчатом реакторе и производства электроэнергии. Также, секция конденсации цикла Ренкина на органическом теплоносителе может использоваться для того, чтобы содействовать осушению биомассы водорослей или других органических материалов в сочетании с принудительной вентиляцией за счет электроэнергии или непосредственного привода. Также, органический рабочий флюид в секции конденсации может служить для нагрева водорослевых прудов.
ГОРЯЧАЯ ВЫХОДЯЩАЯ ВОДА, СОДЕРЖАЩАЯ МИНЕРАЛЫ, АМИНОКИСЛОТЫ И УГЛЕРОД
Выходящие продукты трубчатого реактора могут содержать стерилизованную насыщенную минералами воду, углерод и смесь углеводорода/газа. Процессы деполимеризации, гидролиза, декарбоксилирования и термической деструкции приводят к образованию смеси нефтяного масла/газа/углерода/углекислого газа. Твердый углерод и углеводород формируются за счет сочетания деполимеризации, гидролиза, декарбоксилирования и термической деструкции под землей. Некоторые варианты воплощения изобретения могут включать стандартное оборудование для разделения нефти/воды/газа с целью разделения углеводорода и газа.
Выходящая после разделения горячая вода, насыщенная минералами, без нефти может возвращаться назад в систему каналов открытых водорослевых ферм или в другую систему с биомассой. В некоторых вариантах воплощения изобретения общий объем возврата горячей воды может составлять 1/3 объема воды в каналах, так что каждые сутки 1/3 воды в каналах может возвращаться обратно и подвергаться обработке.
В некоторых вариантах воплощения изобретения отделенная смесь газа и углекислого газа может сжигаться для генерирования электроэнергии, тепла и углекислого газа. Углекислый газ может нагнетаться в забой, в вытекающий поток трубчатого реактора, чтобы содействовать перекачке насосом, а также нагнетаться в выходящий поток до или после возврата назад в водорослевый пруд или в буферную емкость.
В некоторых вариантах воплощения изобретения максимальный размер реактора представляет собой функцию скорости выходящего потока гидротермального реактора деполимеризации, температуры, содержания минералов, содержания аминокислот и насыщения углекислым газом, которые зависят от геотермального ресурса, глубины размещения трубчатого реактора, скорости и направления циркуляции.
Факторы окружающей среды, которые влияют на реактор, могут включать температуру окружающей среды, скорость ветра, облачность, скорость испарения, выпадение осадков, относительную влажность и атмосферное давление. Ключевые переменные процесса включают скорость выходящего потока реактора и температуру в дополнение к размерам водорослевого пруда, таким как глубина, ширина, длина и циркуляция.
ПРОИЗВОДСТВО УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА ПОД ЗЕМЛЕЙ ИЗ ВОДОРОСЛЕЙ В ВОДЕ, БИОМАССЕ, ОТХОДАХ И ПОЛИМЕРАХ
Углекислый газ может производиться на этапе декарбоксилирования в присутствии воды, тепла, давления, водорослей, биомассы, отходов и полимеров под землей в трубопроводе. В некоторых вариантах воплощения изобретения углекислый газ может повторно использоваться в пределах технологического процесса.
ПРОИЗВОДСТВО УГЛЕВОДОРОДНОЙ СМЕСИ ЖИДКОСТИ/ГАЗА ПОД ЗЕМЛЕЙ ИЗ ВОДОРОСЛЕЙ В ВОДЕ, БИОМАССЕ, ОТХОДАХ И ПОЛИМЕРЕ, ПОЛУЧЕННЫХ ЗА СЧЕТ ГЕОТЕРМАЛЬНО ЗАПУСКАЕМОГО ГИДРОЛИЗА И ТЕРМИЧЕСКОЙ ДЕСТРУКЦИИ
Когда водоросли в воде, биомассе, сточных водах, отходах и полимере подвергаются воздействию давлений и температур выше окружающих (300+°F (149+°C) и 300+ фунтов на кв. дюйм (2170+ КПа)) под землей, материал подвергается гидролизу, декарбоксилированию и разрушению с образованием нефти и газа, наряду с твердым углеродом, углекислый газом и горячей насыщенной минералами водой. В некоторых вариантах воплощения изобретения смесь нефти/газа/воды затем разделяется, причем вода возвращается в водорослевый пруд, а нефть и газ отправляются на обрабатывающие установки ниже по ходу потока для производства электроэнергии, тепла, химического производства, производства топлива для транспорта и производства кокса. Иллюстративные блок-схемы, показывающие этот процесс, приведены на Фигурах 4 и 5.
Производство кокса может осуществляться за счет пиролиза.
Преимущества для существующих производственных мощностей и выращивания водорослей включают возобновляемое производство нефти, потребление промышленных сточных вод и многократный увеличение роста для крупномасштабной фермы по выращиванию водорослей за счет CO2 и горячей воды, насыщенной минералами.
Фигура 12 графически изображает профиль объемной температуры рабочего циркулирующего жидкого теплоносителя внутри обсадной трубы. Теплопередача осуществляется за счет теплопроводности, естественной конвекции и передачи тепла излучением. Рабочий жидкий теплоноситель в обсадной трубе (см. Фиг.19-3) показан на Фигуре 13.
Фигура 13 графически изображает профиль объемной температуры рабочего циркулирующего жидкого теплоносителя внутри обсадной трубы. Теплопередача осуществляется за счет теплопроводности, естественной конвекции и передачи тепла излучением. Рабочий жидкий теплоноситель в обсадной трубе (см. Фиг.20-3) показан на Фигуре 13.
Фигура 14 графически изображает температурный профиль в трубчатом реакторе для технологического флюида циркуляционного контура внутри пространства кольцевого потока реактора с возвратом по центральной трубе без принудительной конвекции. Трубчатый реактор (см. Фиг.19-19) погружен в рабочий жидкий теплоноситель (см. Фиг.19-3). Реагенты технологического процесса поступают в реактор (см. Фиг.19-15), и также показаны в левой нижней части графика. Технологический флюид протекает под землей через кольцевое пространство (см. Фиг.19-4), затем возвращается через центральную трубу (см. Фиг.19-5). Температурный профиль реактора может регулироваться за счет регулировки температуры и скорости нагнетаемого потока (Фиг.19-14), скорости потока деминерализации (Фиг.19-13), скорости потока цикла Ренкина на органическом теплоносителе (Фиг.19- 16), концентрации и распределения пьезочастиц в рабочем жидком теплоносителе (см. Фиг.22-21) или в трубчатом реакторе (см. Фиг.22-22), концентрации и распределения катализатора в трубчатом реакторе (см. Фиг.22-23), скорости потока газа на впускной линии трубчатого реактора (см. Фиг.22-15), температуры на впуске технологического флюида (Фиг.19-15) и скорости потока технологического флюида (Фиг.19-15).
Фигура 15 графически изображает температурный профиль в трубчатом реакторе для технологического флюида циркуляционного контура внутри пространства кольцевого потока реактора с возвратом по центральной трубе с принудительной конвекцией. Трубчатый реактор (см. Фиг.19-19) погружен в рабочий жидкий теплоноситель (см. Фиг.19-3). Реагенты технологического процесса поступают в реактор (см. Фиг.19-15), и также показаны в левой нижней части графика. Технологический флюид протекает под землей через кольцевое пространство (см. Фиг.19-4), затем возвращается через центральную трубу (см. Фиг.19-5). Температурный профиль реактора может регулироваться за счет регулировки температуры и скорости нагнетаемого потока (Фиг.19-14), скорости потока деминерализации (Фиг.19-13), скорости потока цикла Ренкина на органическом теплоносителе (Фиг.19- 16), концентрации и распределения пьезочастиц в рабочем жидком теплоносителе (см. Фиг.22-21) или в трубчатом реакторе (см. Фиг.22-22), концентрации и распределения катализатора в трубчатом реакторе (см. Фиг.22-23), скорости потока газа на впускной линии трубчатого реактора (см. Фиг.22-15), температуры на впуске технологического флюида (Фиг.19-15), скорости потока технологического флюида (Фиг.19-15) и скорости вращения вала мешалки (Фиг.22-18b), и геометрии крыльчатки, винта или лопасти вала мешалки (Фиг.22-18b).
Фигура 16 показывает механизм теплопередачи и жидкости, используемые для ограничения выпадения осадка геотермального пластового флюида, коррозии и наслоений на внутреннем диаметре горячей геотермальной передающей трубы (см. Фиг.19-7). Цель изоляции горячих геотермальных пластовых флюидов (нагнетаемых или ранее существовавших) от трубчатого реактора состоит в уменьшении времени простоя на техническое обслуживание за счет обеспечения очистки скребком внутреннего диаметра трубы. Очистка скребком - это процесс, посредством которого пластиковый/резиновый объект с абразивными краями/резцами приводится в действие давлением через трубу для типовой очистки внутреннего диаметра трубы от твердого осадка и других окислов/наслоений, которые ограничивают теплопередачу и поток флюида. Если бы очистка трубопровода скребком не могла быть выполнена, необходимо было бы извлекать весь трубчатый реактор для удаления твердого осадка. Поэтому, за счет изоляции геотермального рабочего флюида внутри трубы и использования рабочего жидкого теплоносителя (воды, соленой воды, ртути и т.д.) для передачи тепла от изолированного геотермального флюида в трубчатый реактор, практически целесообразная работа подземного реактора достигается за счет существенного уменьшения времени простоя на техническое обслуживание и затрат.
Фигура 17 показывает содержащую обсадную трубу конфигурацию нагнетания и реактора. Устройства с непрерывно перемешивающими валами (Фиг.17-4) поддерживают высокую скорость потока вдоль наружного диаметра трубчатого реактора с целью минимизировать выпадение осадка и загрязнения за счет непрерывного очищения поверхности, и дают вклад в конвективную теплопередачу. Геотермальный пластовый флюид нагнетается (Фиг.17-3) и протекает в забой и в пласт (Фиг.17-9) через породу с гидроразрывом (Фиг.17-10), и протекает назад через возвратную трубу (Фиг.17-8) в установку цикла Ренкина на органическом теплоносителе (Фиг.17-2), которая непосредственно приводит в движение насосы и вспомогательное оборудование. Геотермальный пластовый флюид непосредственно контактирует с наружным диаметром трубчатого реактора и может отводиться через (Фиг.17-5 и 17-2) водостоки для восстановления минерализации через установку деминерализации (DMIN). Температура на забое может превышать 200°C, а давления превышают 500 фунтов на кв. дюйм (3549 КПа).
Фигура 18 показывает содержащую обсадную трубу конфигурацию реактора с внешней линией нагнетания. Устройства с непрерывно перемешивающими валами (Фиг.18-5) поддерживают высокую скорость потока вдоль наружного диаметра трубчатого реактора с целью минимизировать за счет непрерывного очищения поверхности выпадение осадка и загрязнение, и дают вклад в конвективную теплопередачу. Геотермальный пластовый флюид нагнетается (Фиг.18-14) и протекает в забой и в пласт (Фиг.18-10) через породу с гидроразрывом (Фиг.18-9), и протекает назад через возвратную трубу (Фиг.18-11) в установку цикла Ренкина на органическом теплоносителе (Фиг.18-16), которая непосредственно приводит в движение насосы и вспомогательное оборудование. Геотермальный пластовый флюид непосредственно контактирует с наружным диаметром трубчатого реактора и может отводиться через (Фиг.18-15 и 18-16) водостоки для восстановления минерализации через установку деминерализации (DMIN). Температура на забое может превышать 200°C, а давления превышают 500 фунтов на кв. дюйм (3549 КПа).
Фигура 19 показывает содержащую обсадную трубу конфигурацию реактора с внешней линией нагнетания (Фиг.19-14), содержащую обсадную трубу/внутреннюю изоляцию геотермального пластового флюида и линию теплопередачи (Фиг.19-13), содержащий обсадную трубу/внутренний трубчатый реактор (Фиг.19-19) и внешнюю возвратную линию геотермального пластового флюида (Фиг.19-16). Геотермальный пластовый флюид нагнетается (Фиг.19-14) и протекает в забой и в пласт (Фиг.19-10) через породу с гидроразрывом (Фиг.19-9), и протекает назад через возвратную трубу (Фиг.19-11) в установку цикла Ренкина на органическом теплоносителе (Фиг.19-16), которая непосредственно приводит в движение насосы и вспомогательное оборудование. Геотермальный пластовый флюид не контактирует непосредственно с наружным диаметром трубчатого реактора, а изолирован относительно внутреннего диаметра нескольких горячих теплопередающих труб, которые возвращаются на поверхность для отвода через (Фиг.19-13 и 19-16) водостоки для восстановления минерализации через установку деминерализации (DMIN).. Основным отличием между Фигурой 19 и предшествующими Фигурами 17 и 18 является использование горячей теплопередающей трубы (Фиг.19-7) для изоляции горячих геотермальных пластовых флюидов от реактора, чтобы предотвратить выпадение осадка/загрязнения на стенке реактора. Первое обеспечивающее перспективы преимущество (Фиг.19-7) состоит в том, чтобы обеспечить легкость технического обслуживания /очистки трубопровода скребком через внутренний диаметр для удаления твердого осадка и увеличения теплопередачи. Рабочий жидкий теплоноситель (Фиг.19-3) передает тепло в трубчатый реактор за счет увлажнения трубчатого реактора и горячей теплопередающей геотермальной трубы. Температура на забое может превышать 200°C а давления превышают 500 фунтов на кв. дюйм (3549 КПа).
Фигура 20 показывает содержащую обсадную трубу конфигурацию реактора с внешней линией нагнетания (Фиг.20-14), содержащую обсадную трубу/внутреннюю изоляцию геотермального пластового флюида и линию теплопередачи (Фиг.20-13), содержащий обсадную трубу/внутренний трубчатый реактор (Фиг.20-19) и внешнюю возвратную линию геотермального пластового флюида (Фиг.20-16). Геотермальный пластовый флюид нагнетается (Фиг.20-14) и протекает в забой и в пласт (Фиг.20-10) через породу с гидроразрывом (Фиг.20-9), и протекает назад через возвратную трубу (Фиг.20-11) в установку цикла Ренкина на органическом теплоносителе (Фиг.20-16), которая непосредственно приводит в движение насосы и вспомогательное оборудование. Геотермальный пластовый флюид не контактирует непосредственно с наружным диаметром трубчатого реактора, а изолирован относительно внутреннего диаметра нескольких горячих теплопередающих труб, которые возвращаются на поверхность для отвода через (Фиг.20-13 и 20-16) водостоки для восстановления минерализации через установку деминерализации (DMIN). Основным отличием между Фигурой 20 и предшествующими Фигурами 17 и 18 является использование горячей теплопередающей трубы (Фиг.20-7) для изоляции горячих геотермальных пластовых флюидов от реактора, чтобы предотвратить выпадение осадка/загрязнения на стенке реактора. Первое обеспечивающее перспективы преимущество (Фиг.20-7) состоит в том, чтобы обеспечить легкость технического обслуживания /очистки трубопровода скребком через внутренний диаметр для удаления твердого осадка и увеличения теплопередачи. Рабочий жидкий теплоноситель (Фиг.20-3) передает тепло в трубчатый реактор за счет увлажнения трубчатого реактора и горячей теплопередающей геотермальной трубы. Второе основное отличие между Фигурой 20 и Фигурой 19 состоит в использовании непрерывно перемешивающего комплекта валов, чтобы усилить конвекцию в забое для увеличения скорости теплопередачи. Температура на забое может превышать 200°C, а давления превышают 500 фунтов на кв. дюйм (3549 КПа).
Фигура 21 показывает содержащую обсадную трубу конфигурацию реактора с внешней линией нагнетания потока (Фиг.21-14), содержащую обсадную трубу/внутреннюю изоляцию геотермального пластового флюида и линию теплопередачи (Фиг.21-13), содержащий обсадную трубу/внутренний трубчатый реактор (Фиг.21-19) и внешнюю возвратную линию геотермального пластового флюида (Фиг.21-16). Геотермальный пластовый флюид нагнетается (Фиг.21-14) и протекает в забой и в пласт (Фиг.21-10) через породу с гидроразрывом (Фиг.21-9), и протекает назад через возвратную трубу (Фиг.21-11) в установку цикла Ренкина на органическом теплоносителе (Фиг.21-16), которая непосредственно приводит в движение насосы и вспомогательное оборудование. Геотермальный пластовый флюид не контактирует непосредственно с наружным диаметром трубчатого реактора, а изолирован относительно внутреннего диаметра нескольких горячих теплопередающих труб, которые возвращаются на поверхность для отвода через (Фиг.21-13 и 21-16) водостоки для восстановления минерализации через установку деминерализации (DMIN). Основным отличием между Фигурой 21 и предшествующей Фигурой 20 является использование пьезочастиц для преобразования механического напряжения, генерируемого силой тяжести, действующей на внутрискважинную колонну циркулирующего жидкого теплоносителя, в электрический ток и тепло. Дополнительно, наряду с пьезочастицами, внутри трубчатого реактора может циркулировать катализатор. Температура на забое может превышать 200°C, а давления превышают 500 фунтов на кв. дюйм (3549 КПа).
Фигура 22 показывает содержащую обсадную трубу конфигурацию реактора с внешней линией нагнетания потока (Фиг.22-14), содержащую обсадную трубу/внутреннюю изоляцию геотермального пластового флюида и линию теплопередачи (Фиг.22-13), содержащий обсадную трубу/внутренний трубчатый реактор (Фиг.22-19) и внешнюю возвратную линию геотермального пластового флюида (Фиг.22-16). Геотермальный пластовый флюид нагнетается (Фигура 22-14) и протекает в забой и в пласт (Фиг.22-10) через породу с гидроразрывом (Фиг.22-9), и протекает назад через возвратную трубу (Фиг.22-11) в установку цикла Ренкина на органическом теплоносителе (Фиг.22-16), которая непосредственно приводит в движение насосы и вспомогательное оборудование. Геотермальный пластовый флюид не контактирует непосредственно с наружным диаметром трубчатого реактора, а изолирован относительно внутреннего диаметра нескольких горячих теплопередающих труб, которые возвращаются на поверхность для отвода через (Фиг.22-13 и 22-16) водостоки для восстановления минерализации через установку деминерализации (DMIN). Основным отличием между Фигурой 22 и предшествующей Фигурой 21 является использование газа, который дополнительно сжимается для высвобождения скрытой теплоты внутри трубчатого реактора и рабочего жидкого теплоносителя, изолированных от геотермального пласта. Температура на забое может превышать 200°C, а давления превышают 500 фунтов на кв. дюйм (3549 КПа).
Фигура 23 показывает использование одного или более трубчатых реакторов и горячих геотермальных труб внутри зацементированной обсадной трубы. Важно отметить, что полностью зацементированная обсадная труба за счет уменьшения тепловых потерь действует как огромный изолятор.
Горячая труба (трубы) теплопередачи, показанная(-ые) на Фиг.22-7, может(-гут) быть прочищена(-ы) скребком с помощью растворяющегося скребка, который никогда не возвращается. Пластик/резина будут деполимеризоваться внутри горячей трубы и растворять скребок со временем. Поэтому скребок никогда не возвращается, когда нагнетается в горячую геотермальную трубу ReactWell, поскольку он растворяется за счет высокой температуры и давления.
ПРИМЕРЫ
Примеры и способы использования описаны в настоящей заявке в качестве основы для того, чтобы обучить специалиста в рассматриваемой области техники использовать изобретение любым приемлемым способом. Эти примеры, раскрытые в настоящей заявке, не должны рассматриваться как ограничивающие объем изобретения.
Пример 1
Один из вариантов воплощения изобретения для испытания системы может включать версию реактора настольного масштаба, состоящую из трубы большего диаметра, содержащей один циркуляционный сепаратор нефти/газа/воды, один трубчатый реактор и вспомогательные приборы для измерения температуры и давления. Реактор будет установлен вертикально, а его днище (донное отверстие) находится внутри нагревателя. Нагреватель используется для моделирования источника геотермальной температуры. Выходящий циркуляционный поток будет охлаждаться посредством конденсатора и возвращаться назад на нагнетающий насос для повторного использования в контуре циркуляции. Резервуар - источник трубчатого реактора будет содержать выбранный тип органического материала в воде с опцией для добавления катализатора. Трубчатый реактор будет вводить в кольцевое пространство реактора воду, загруженную биомассой, реагирующую внизу и вытекающую в пробоотборную камеру с поточным анализатором. Выпуск циркуляционного контура будет управляться клапаном для регулирования противодавления. Выпуск трубчатого реактора будет управляться с помощью клапана для регулирования противодавления.
Пример 2
Один из вариантов воплощения изобретения для испытания системы будет на первом этапе описывать трубчатый реактор и циркуляционный контур с фиксированным количеством деионизованной воды (ДВ), с пуском циркуляции в циркуляционном контуре. Затем включается нагреватель и запускается поток охлаждающей жидкости конденсатора и выполняется соответствующая регулировка. Когда циркуляционные температуры и давление стабилизируются, что определяется с помощью контрольно-измерительных приборов/индикаторов температуры и давления, в трубчатом реакторе начнется нагнетание водного органического материала. Когда завершится нагнетание водного органического материала, трубчатый реактор будет промыт известным количеством ДВ. Затем, после промывки, ДВ, выходящая из трубчатого реактора, начнет снова возвращаться на вход. Затем будет выключен нагреватель. Когда температура жидкого теплоносителя в циркуляционной системе достигнет температуры окружающей среды, нагнетательный насос трубчатого реактора будет выключен. Затем будут отключены циркуляционный нагнетательный насос и охлаждающая жидкость конденсатора. Настольное оборудование должно быть разгерметизировано до условий окружающей среды до открывания каких-либо камер, сосудов, реакторов, труб или трубопроводов.
Пример 3
Один из вариантов воплощения изобретения для испытания системы будет на первом этапе описывать трубчатый реактор и циркуляционный контур с фиксированным количеством деионизованной воды (ДВ), начинающий циркуляцию в циркуляционном контуре. Затем включается нагреватель и запускается поток охлаждающей жидкости конденсатора, и они соответствующим образом регулируются. Когда циркуляционные температуры и давление стабилизируются, что определяется с помощью контрольно-измерительных приборов/индикаторов температуры и давления, в трубчатом реакторе начнется нагнетание водного органического материала. Выходящие продукты трубчатого реактора будут направлены на сепаратор нефти/газа/воды. Вода будет повторно использована и смешана с новым органическим сырьем и водой. Нефть и газ будут проанализированы. После определения завершения испытания в установившемся режиме трубчатый реактор будет промыт известным количеством ДВ. Затем, после промывки, ДВ, выходящая из трубчатого реактора, начнет снова возвращаться на вход. Затем будет выключен нагреватель. Когда температура жидкого теплоносителя в циркуляционной системе достигнет температуры окружающей среды, будет выключен нагнетательный насос трубчатого реактора. Затем будут отключены циркуляционный нагнетательный насос и охлаждающая жидкость конденсатора. Настольное оборудование должно быть разгерметизировано до условий окружающей среды до открывания каких-либо камер, сосудов, реакторов, труб или трубопроводов.
Пример 4
Один из вариантов воплощения изобретения для испытания системы включает нагреватель, способный выдавать температуры свыше 400°C, конденсационную установку, реактор в соответствии с описанием в настоящей заявке, сепаратор нефти/газа/воды, нагнетательный насос для циркуляционного контура и забойный насос для выпускного потока трубчатого реактора вместе с соответствующими вспомогательными контрольно-измерительными приборами и датчиками температуры, давления и потока. Реактор состоит из трубы большего диаметра, содержащей один циркуляционный контур и один трубчатый реактор. Реактор будет установлен вертикально, а его днище (донное отверстие) находится внутри нагревателя. Нагреватель используется для моделирования источника геотермальной температуры. Циркуляционный поток на выпуске будет охлаждаться посредством конденсатора и возвращаться назад на нагнетающий насос для повторного использования в контуре циркуляции. Резервуар-источник трубчатого реактора будет содержать выбранный тип органического материала в воде с опцией для добавления катализатора. Трубчатый реактор будет вводить в кольцевое пространство реактора воду, загруженную биомассой, реагирующую внизу и вытекающую в сепаратор нефти/воды/газа. Отделенная вода будет возвращаться в резервуар для хранения воды. Нефть будет направляться в резервуар для хранения нефти. Газ будет сохраняться, сжигаться или удаляться в атмосферу. Выпускной поток циркуляционного контура будет управляться клапаном для регулирования противодавления. Выпускной поток трубчатого реактора будет управляться с помощью клапана для регулирования противодавления.
Пример 5
Один из вариантов воплощения изобретения для испытания системы будет на первом этапе описывать трубчатый реактор и циркуляционный контур с фиксированным количеством очищенной воды, с пуском циркуляции в циркуляционном контуре. Затем включается нагреватель и запускается поток охлаждающей жидкости конденсатора и выполняется соответствующая регулировка. Когда циркуляционные температуры и давление стабилизируются, что определяется с помощью контрольно-измерительных приборов/индикаторов температуры и давления, в трубчатом реакторе начнется нагнетание водного органического материала. Выходящие продукты трубчатого реактора будут направлены на сепаратор нефти/газа/воды. Вода будет повторно использована и смешана с новым органическим сырьем и водой. Отделенная нефть будет направлена в емкость для хранения, а газ будет сохранен, проанализирован и удален. В зависимости от природоохранного законодательства, газ перед анализом может потребовать сгорания или сжигания. После завершения испытания в устойчивом состоянии трубчатый реактор будет промыт очищенной водой. Затем выключают нагреватель. Когда температура жидкого теплоносителя в циркуляционной системе достигнет окружающей среды, будет выключен нагнетательный насос трубчатого реактора. Затем будут отключены циркуляционный нагнетательный насос и охлаждающая жидкость конденсатора. Оборудование должно быть разгерметизировано до условий окружающей среды до открывания каких-либо камер, сосудов, реакторов, труб или трубопроводов.
Пример 6
Один из вариантов воплощения изобретения включает завершенное исследование на буровой площадке, бурение под землей соответствующих разведочных скважин, бурение под землей трубчатого реактора, монтаж обсадной трубы, цементирование, гидроразрыв породы в забое, гидротермическое растрескивание породы для увеличения площади, проницаемости и пористости, трубчатый циркуляционный контур (контуры), пакеры для стабилизации труб в забое, трубчатого реактора (реакторов) и соответствующих забойных контрольно-измерительных инструментов, насосов и датчиков. Затем над землей должна быть смонтирована установка цикл Ренкина на органическом теплоносителе (ORC), соединена трубами с трубопроводом (трубопроводами) контура циркуляции ReactWell и состыкована с циркуляционным нагнетательным насосом (насосами) и соответствующим силовым оборудованием. Затем впуск (впуски) трубчатого реактора (реакторов) должен быть присоединен к органическому сырью в прилегающей ферме по выращиванию водорослей и к другим потенциальным потокам органических отходов. Выпускные потоки трубчатого реактора (реакторов) должны быть соединены трубами с оборудованием для разделения нефти/газа/воды и с емкостями.
Пример 7
Один из вариантов воплощения изобретения будет на первом этапе описывать трубчатый реактор и циркуляционный контур с фиксированным количеством очищенной воды, начинающий циркуляцию в циркуляционном контуре с использованием отдельного пускового насоса, и резким запуском и герметизацией циркуляционной системы. Когда температуры достигнут заданных значений для цикла Ренкина на органическом теплоносителе (ORC), происходит переключение на нагнетательный насос с непосредственным приводом для питания циркуляционного контура и присоединения для генерирования электроэнергии. Адекватный поток охлаждающей жидкости конденсатора может поддерживаться и регулироваться соответствующим образом. Источником охлаждающих жидкостей может быть водорослевый пруд (пруды) для обеспечения геотермального нагрева. Когда циркуляционные температуры и давление стабилизируются, что определяется с помощью контрольно-измерительных приборов/индикаторов температуры и давления, в трубчатом реакторе (реакторах) начнется нагнетание водного органического материала. Выходящие продукты трубчатого реактора (реакторов) будут направляться на сепаратор нефти/газа/воды. Горячая выпускаемая вода, богатая минералами, будет повторно использована и смешана с существующей водой с водорослями в прудах или емкостях для многократного увеличения роста водорослей. Отделенная нефть будет направлена в емкость для хранения. Газ, в основном состоящий из углекислого газа, будет насыщать углекислотой выпускаемую воду, повторно возвращающуюся в водорослевый пруд. Когда один из трубчатых реакторов требует обслуживания, он вначале промывается очищенной водой, а затем обслуживается. Когда контур циркуляции требует обслуживания, трубчатый реактор будет промыт очищенной водой и будет оставаться включенным. Должно быть выполнено отключение и обслуживание цикла Ренкина на органическом теплоносителе (ORC). Выходящий поток трубчатого реактора должен быть присоединен к охлаждающим устройствам для сохранения низких температур внутри реактора, чтобы предотвратить тепловые напряжения за счет быстрого изменения в температуре. В случае общего ремонта реактора, трубчатый реактор (реакторы) должен быть промыт очищенной водой, а цикл Ренкина на органическом теплоносителе (ORC) должен быть отключен и разгерметизирован. Когда температуры стабилизируются, циркуляционный контур должен быть отключен и разгерметизирован. Установка должна быть разгерметизирована до условий окружающей среды и проверена до открывания каких-либо камер, емкостей, реакторов, труб или гибких насосно-компрессорных труб.
Следует отметить, что такие термины как "предпочтительно," "обычно" и "типично" не используются в настоящей заявке для того, чтобы ограничить объем заявляемого изобретения или дать понять, что определенные отличительные признаки являются критическими, существенными или хотя бы важными для структуры или функции заявляемого изобретения. Напротив, эти термины всего лишь предназначены для освещения альтернативных или дополнительных отличительных признаков, которые могут использоваться или могут не использоваться в конкретном варианте воплощения настоящего изобретения.
В настоящей заявке представлены подробные описания одного или более вариантов воплощения изобретения. Однако понятно, что настоящее изобретение может быть осуществлено в различных формах. Поэтому раскрытые в настоящей заявке конкретные подробности (даже если они указаны как предпочтительные или преимущественные), не должны интерпретироваться как ограничивающие, а должны использоваться как основа для формулы изобретения и как представительная основа для того, чтобы научить специалиста в рассматриваемой области техники использовать настоящее изобретение любым приемлемым способом.
Было описано несколько вариантов воплощения изобретения. Тем не менее, должно быть понятно, что могут быть выполнены различные модификации без отхода от сущности и объема изобретения. Соответственно, другие варианты воплощения изобретения включены как часть данного изобретения и могут охватываться прилагаемой формулой изобретения. Кроме того, приведенное выше описание различных вариантов воплощения изобретения не обязательно подразумевает исключение.
Например, "некоторые" варианты воплощения изобретения, "иллюстративные" варианты воплощения изобретения или "другие" варианты воплощения изобретения могут включать все или часть из «некоторых», «других» и "последующих" вариантов воплощения изобретения в пределах объема этого изобретения.
Пример 8
В одном из вариантов воплощения изобретения вначале геотермальный флюид будет нагнетаться в забой в нагнетательную линию внутри обсадной трубы, в сухую нагретую породу (HDR) с гидравлическим разрывом. Затем горячий геотермальный флюид будет протекать через продольную трещину породы с гидравлическим разрывом обратно в кольцевое пространство между нагнетательной линией, реактором и внутренним диаметром обсадной трубы, а затем на поверхность для очистки от минералов и последующего повторного нагнетания через исходную нагнетательную линию. Также здесь должны присутствовать вторая скважина и обсадная труба, которые будут обеспечивать выходящим горячим геотермальным пластовым флюидом цикл Ренкина на органическом теплоносителе (ORC) таким образом, что флюид остается горячим до поступления в цикл ORC. Трубчатая циркуляционная система реактора должна быть промыта фиксированным количеством очищенной воды, а циркуляция запускается с использованием отдельного пускового насоса. После запуска трубчатой циркуляционной системы запускается нагнетание геотермального флюида в забой. Когда температуры достигают заданных значений для цикла Ренкина на органическом теплоносителе (ORC), происходит переключение на нагнетательный насос с непосредственным приводом для питания циркуляционного контура и присоединения для генерирования электроэнергии. Генерируемая электроэнергия может поступать от турбины и пьезоэлектрических/тепловых устройств. Поток охлаждающей жидкости конденсатора ORC будет соответствующим образом отрегулирован. Источником охлаждающих жидкостей для обеспечения геотермального нагрева могут быть лопастные вентиляторы или водорослевый пруд (пруды). Когда циркуляционные температуры и давление стабилизируются, что определяется с помощью контрольно-измерительных приборов/индикаторов температуры и давления, в трубчатом реакторе (реакторах) начнется нагнетание водного органического материала. Выходящие продукты трубчатого реактора (реакторов) будут направляться на сепаратор нефти/газа/воды, а установка стабилизации бионефти, расположенная ниже по потоку и использующая ионное разделение, приводимая в действие прилагаемым дифференциалом напряжения за счет электроэнергии ORC или пьезоэлектрических/тепловых подземных (стержней), будет дополнительно отделять легкие фракции от тяжелых и обеспечивать возможность проведения катализа ниже по потоку. Горячая вода на выпуске, насыщенная минералами, должна быть повторно использована и смешана с существующей водой с водорослями в прудах или емкостях для многократного увеличения роста водорослей. Отделенная нефть должна быть направлена в емкость для хранения. Газ, в основном состоящий из углекислого газа и метана, будет сгорать с получением CO2, используемого для насыщения углекислотой сточных вод, повторно возвращаемых в водорослевый пруд. Когда один из трубчатых реакторов требует обслуживания, он вначале промывается очищенной водой, а затем обслуживается. Когда нагнетательная труба или выпускная труба геотермального пластового флюида требует обслуживания, трубчатый реактор должен быть промыт очищенной водой и оставаться подключенным, а цикл Ренкина на органическом теплоносителе (ORC) должен быть отключен и изолирован. Выходящий поток трубчатого реактора должен быть медленно присоединен к охлаждающим устройствам для сохранения низких температур внутри реактора с целью предотвращения тепловых нагрузок за счет быстрого изменения в температуре. В случае полного ремонта реактора, трубчатый реактор (реакторы) должен быть промыт очищенной водой, а цикл Ренкина на органическом теплоносителе (ORC) должен быть отключен, изолирован и разгерметизирован. Когда температуры стабилизируются, циркуляционный контур в трубчатом реакторе должен быть отключен и разгерметизирован. Установка должна быть разгерметизирована до условий окружающей среды и проверена до открывания каких-либо камер, извлечения труб, выполнения отключений, демонтажа емкостей, реакторов, труб или гибких насосно-компрессорных труб.
Пример 9
В одном из вариантов воплощения изобретения вначале геотермальный флюид будет нагнетаться в забой в нагнетательную линию внутри обсадной трубы, в сухую нагретую породу (HDR) с гидравлическим разрывом. Затем горячий геотермальный флюид будет протекать через продольную трещину породы с гидравлическим разрывом обратно в кольцевое пространство между нагнетательной линией, реактором и внутренним диаметром обсадной трубы, затем на поверхность для очистки от минералов и последующего повторного нагнетания через исходную нагнетательную линию. Также, здесь должны присутствовать вторая скважина и обсадная труба, которые будут обеспечивать выходящим горячим геотермальным пластовым флюидом цикл Ренкина на органическом теплоносителе (ORC), таким образом, что флюид остается горячим до поступления в цикл ORC. Трубчатая циркуляционная система реактора должна быть промыта фиксированным количеством очищенной воды, а циркуляция запускается с использованием отдельного пускового насоса. После пуска трубчатой циркуляционной системы запускается нагнетание геотермального флюида в забой. Когда температуры достигают заданных значений для цикла Ренкина на органическом теплоносителе (ORC), происходит переключение на нагнетательный насос с непосредственным приводом для питания циркуляционного контура и присоединения для генерирования электроэнергии. Генерируемая электроэнергия может поступать от турбины и пьезоэлектрических/тепловых устройств. Поток охлаждающей жидкости конденсатора ORC будет соответствующим образом отрегулирован. Источником охлаждающих жидкостей для обеспечения геотермального нагрева могут быть лопастные вентиляторы или водорослевый пруд (пруды). Когда циркуляционные температуры и давление стабилизируются, что определяется с помощью контрольно-измерительных приборов/индикаторов температуры и давления, в трубчатом реакторе (реакторах) начнется нагнетание водного органического материала. Выходящие продукты трубчатого реактора (реакторов) будут направляться на сепаратор нефти/газа/воды, а установка стабилизации бионефти, расположенная ниже по потоку и использующая ионное разделение, приводимая в действие прилагаемым дифференциалом напряжения за счет электроэнергии ORC или пьезоэлектрических/тепловых подземных (стержней), дополнительно будет отделять легкие фракции от тяжелых и обеспечивать возможность проведения катализа ниже по потоку. Горячая вода на выпуске, насыщенная минералами, должна быть повторно использована и смешана с существующей водой с водорослями в прудах или емкостях для многократного увеличения роста водорослей. Отделенная нефть должна быть направлена в емкость для хранения. Газ, в основном состоящий из углекислого газа и метана, будет сгорать с получением CO2, используемого для насыщения углекислотой сточных вод, повторно возвращаемых в водорослевый пруд. Когда один из трубчатых реакторов требует обслуживания, он вначале должен быть промыт очищенной водой, а затем обслуживаться. Когда нагнетательная труба или выпускная труба геотермального пластового флюида требует обслуживания, трубчатый реактор должен быть промыт очищенной водой и оставаться подключенным. Цикл Ренкина на органическом теплоносителе (ORC) должен быть отключен и изолирован. Выходящий поток трубчатого реактора должен быть замедленно присоединен к охлаждающим устройствам для сохранения низких температур внутри реактора с целью предотвращения тепловых нагрузок за счет быстрого изменения в температуре. В случае полного ремонта реактора, трубчатый реактор (реакторы) должен быть промыт очищенной водой, а цикл Ренкина на органическом теплоносителе (ORC) должен быть отключен, изолирован и разгерметизирован. Когда температуры стабилизируются, циркуляционный контур в трубчатом реакторе должен быть отключен и разгерметизирован. Установка должна быть разгерметизирована до условий окружающей среды и проверена до открывания каких-либо камер, извлечения труб, выполнения отключений, демонтажа емкостей, реакторов, труб или гибких насосно-компрессорных труб.
Пример 10
Один из вариантов воплощения изобретения будет на первом этапе описывать обсадную трубу с жидким теплоносителем, не подвергаемым воздействию сухой нагретой породы или технологического процесса. Затем вода будет нагнетаться в забой в нагнетательную линию снаружи относительно обсадной трубы, в сухую нагретую породу (HDR) с гидравлическим разрывом. Затем вода будет протекать через породу с гидравлическим разрывом в обсадную трубу, через внутренний диаметр тепловых труб и на поверхность для очистки от минералов и последующего повторного нагнетания через исходную нагнетательную линию. Дополнительно должна присутствовать третья скважина буровая скважина, которая будет обеспечивать энергией цикл Ренкина на органическом теплоносителе (ORC). Затем реактор и циркуляционный контур фиксированным количеством очищенной воды, запускается циркуляция на циркуляционном контуре с использованием отдельного пускового насоса, с резким запуском и герметизацией циркуляционной системы. Когда температуры достигают заданных значений для цикла Ренкина на органическом теплоносителе (ORC), происходит переключение на нагнетательный насос с непосредственным приводом для питания циркуляционного контура и присоединения для генерирования электроэнергии. Адекватный поток охлаждающей жидкости конденсатора может поддерживаться и регулироваться соответствующим образом. Источником охлаждающих жидкостей для обеспечения геотермального нагрева могут быть водорослевый пруд (пруды). Когда циркуляционные температуры и давление стабилизируются, что определяется с помощью контрольно-измерительных приборов/индикаторов температуры и давления, в трубчатом реакторе (реакторах) начнется нагнетание водного органического материала. Выходящие продукты трубчатого реактора (реакторов) будут направляться на сепаратор нефти/газа/воды. Горячая вода на выпуске, насыщенная минералами, должна быть повторно использована и смешана с существующей водой с водорослями в прудах или в емкостях для многократного увеличения роста водорослей. Отделенная нефть должна быть направлена в емкость для хранения. Газ, в основном состоящий из углекислого газа, насыщает углекислотой сточные воды, повторно возвращаемые в водорослевый пруд. Когда один из трубчатых реакторов требует обслуживания, он вначале должен быть промыт очищенной водой, а затем обслуживаться. Когда циркуляционный контур требует обслуживания, трубчатый реактор должен быть промыт очищенной водой и оставаться подключенным. Должно быть выполнено отключение и обслуживание цикла Ренкина на органическом теплоносителе (ORC). Выходящий поток трубчатого реактора должен быть присоединен к охлаждающим устройствам для сохранения низких температур внутри реактора с целью предотвращения тепловых нагрузок за счет быстрого изменения в температуре. В случае полного ремонта реактора трубчатый реактор (реакторы) должен быть промыт очищенной водой, а цикл Ренкина на органическом теплоносителе (ORC) должен быть отключен и разгерметизирован. Когда температуры стабилизируются, циркуляционный контур в трубчатом реакторе должен быть отключен и разгерметизирован. Установка должна быть разгерметизирована до условий окружающей среды и проверена до открывания каких-либо камер, емкостей, реакторов, труб или гибких насосно-компрессорных труб.
Пример 11
Один из вариантов воплощения изобретения будет вначале описывать обсадную трубу с жидким теплоносителем, не подвергаемым воздействию сухой нагретой породы или технологического процесса. Затем вода будет нагнетаться в забой в нагнетательную линию снаружи относительно обсадной трубы, в сухую нагретую породу (HDR) с гидравлическим разрывом. Затем вода будет протекать через породу с гидравлическим разрывом в обсадную трубу и на поверхность для очистки от минералов и последующего повторного нагнетания через исходную нагнетательную линию. Также, должна присутствовать третья буровая скважина, которая будет обеспечивать энергией цикл Ренкина на органическом теплоносителе (ORC). Затем реактор и циркуляционный контур фиксированным количеством очищенной воды, запускается циркуляция на циркуляционном контуре с использованием отдельного пускового насоса, запускается активация перемешивающих валов, с резким запуском и герметизацией циркуляционной системы. Когда температуры достигают заданных значений для цикла Ренкина на органическом теплоносителе (ORC), происходит переключение на нагнетательный насос с непосредственным приводом для питания циркуляционного контура и присоединения для генерирования электроэнергии. Адекватный поток охлаждающей жидкости конденсатора может поддерживаться и регулироваться соответствующим образом. Источником охлаждающих жидкостей для обеспечения геотермального нагрева могут быть водорослевый пруд (пруды). Когда циркуляционные температуры и давление стабилизируются, что определяется с помощью контрольно-измерительных приборов/индикаторов температуры и давления, в трубчатом реакторе (реакторах) начнется нагнетание водного органического материала. Выходящие продукты трубчатого реактора (реакторов) будут направляться на сепаратор нефти/газа/воды. Горячая вода на выпуске, насыщенная минералами, должна быть повторно использована и смешана с имеющейся водой с водорослями в прудах или в емкостях для многократного увеличения роста водорослей. Отделенная нефть должна быть направлена в емкость для хранения. Газ, в основном состоящий из углекислого газа, будет насыщать углекислотой сточные воды, повторно возвращаемые в водорослевый пруд. Когда один из трубчатых реакторов требует обслуживания, он вначале должен быть промыт очищенной водой, а затем обслуживаться. Когда циркуляционный контур требует обслуживания, трубчатый реактор должен быть промыт очищенной водой и оставаться включенным. Должно быть выполнено отключение и обслуживание цикла Ренкина на органическом теплоносителе (ORC). Выходящий поток трубчатого реактора должен быть присоединен к охлаждающим устройствам для сохранения низких температур внутри реактора с целью предотвращения тепловых нагрузок за счет быстрого изменения в температуре. В случае полного ремонта реактора трубчатый реактор (реакторы) должен быть промыт очищенной водой, а цикл Ренкина на органическом теплоносителе (ORC) должен быть отключен и разгерметизирован. Когда температуры стабилизируются, циркуляционный контур в трубчатом реакторе должен быть отключен, с отключением перемешивающего вала и разгерметизизацией. Установка должна быть разгерметизирована до условий окружающей среды и проверена до открывания каких-либо камер, емкостей, реакторов, труб или гибких насосно-компрессорных труб.
Пример 12
Один из вариантов воплощения изобретения будет вначале описывать обсадную трубу с жидким теплоносителем, не подвергаемым воздействию сухой нагретой породы или технологического процесса и содержащим пьезотепловые / пьезоэлектрические частицы для генерирования тока и тепла при воздействии гидравлического усилия. Затем вода будет нагнетаться в забой через породу с гидравлическим разрывом в обсадную трубу и на поверхность для очистки от минералов с последующим повторным нагнетанием через исходную нагнетательную линию. Также, должна присутствовать третья буровая скважина, которая будет обеспечивать энергией цикл Ренкина на органическом теплоносителе (ORC). Затем реактор и циркуляционный контур фиксированным количеством очищенной воды, запускается циркуляция на циркуляционном контуре с использованием отдельного пускового насоса, запускается активация перемешивающих валов, с резким запуском и герметизацией циркуляционной системы. Когда температуры достигают заданных значений для цикла Ренкина на органическом теплоносителе (ORC), происходит переключение на нагнетательный насос с непосредственным приводом для питания циркуляционного контура и присоединения для генерирования электроэнергии. Адекватный поток охлаждающей жидкости конденсатора может поддерживаться и регулироваться соответствующим образом. Источником охлаждающих жидкостей для обеспечения геотермального нагрева может быть водорослевый пруд (пруды). Когда циркуляционные температуры и давление стабилизируются, что определяется с помощью контрольно-измерительных приборов/индикаторов температуры и давления, в трубчатом реакторе (реакторах) начнется нагнетание водного органического материала. Выходящие продукты трубчатого реактора (реакторов) будут направляться на сепаратор нефти/газа/воды. Горячая вода на выпуске, насыщенная минералами, должна быть повторно использована и смешана с имеющейся водой с водорослями в прудах или в емкостях для многократного увеличения роста водорослей. Отделенная нефть должна быть направлена в емкость для хранения. Последующая обработка бионефти / сырой нефти предоставляется ООО ReactWell для разделения до отгрузки на легкую, дистиллятную и тяжелую фракции. Стабилизация нефти должна сопровождаться использованием подземной геотермальной установки разделения по плотности и ионного разделения, которая использует геотермальное тепло для запуска разделения по плотности и ионного разделения посредством геотермального мостового соединения с пьезоэлектрическими стержнями, которые генерируют перепад напряжения поперек жидкости при разделении за счет температурного градиента внутри подземной разделительной колонны. Таким образом, колонна использует геотермальную энергию для получения тепла и для процессов ионного разделения. Использование только одного разделения по плотности не является «экономически эффективным» за счет временных ограничений (современная практика в котлах для желтого жира осуществляется медленнее в течение зимы и быстрее - в течение лета), однако ионное разделение также используется для увеличения скорости процессов разделения, которые, в типичном случае, приводятся в действие прилагаемым электрическим напряжением. Газ, в основном состоящий из углекислого газа, будет насыщать углекислотой сточные воды, повторно возвращаемые в водорослевый пруд. Когда один из трубчатых реакторов требует обслуживания, он вначале должен быть промыт очищенной водой, а затем обслуживаться. Когда циркуляционный контур требует обслуживания, трубчатый реактор должен быть промыт очищенной водой и оставаться включенным. Должно быть выполнено отключение и обслуживание цикла Ренкина на органическом теплоносителе (ORC). Выходящий поток трубчатого реактора должен быть присоединен к охлаждающим устройствам для сохранения низких температур внутри реактора с целью предотвращения тепловых нагрузок за счет быстрого изменения в температуре. В случае полного ремонта реактора трубчатый реактор (реакторы) должен быть промыт очищенной водой, а цикл Ренкина на органическом теплоносителе (ORC) должен быть отключен и разгерметизирован. Когда температуры стабилизируются, циркуляционный контур трубчатого реактора должен быть отключен, с отключением перемешивающих валов и разгерметизацией. Установка должна быть разгерметизирована до условий окружающей среды и проверена до открывания каких-либо камер, емкостей, реакторов, труб или гибких насосно-компрессорных труб.
Пример 13
Один из вариантов воплощения изобретения будет вначале описывать обсадную трубу с жидким теплоносителем, не подвергаемым воздействию сухой нагретой породы или технологического процесса и содержащим пьезотепловые / пьезоэлектрические частицы для генерирования тока и тепла при воздействии гидравлического усилия. 3атем вода будет протекать вниз в заабой ерез породу с гидравлическим разрывом в обсадную трубу и на поверхность для очистки от минералов и последующего повторного нагнетания через исходную нагнетательную линию. Также, должна присутствовать третья буровая скважина, которая будет обеспечивать энергией цикл Ренкина на органическом теплоносителе (ORC). Затем реактор и циркуляционный контур фиксированным количеством очищенной воды, запускается циркуляция на циркуляционном контуре с использованием отдельного пускового насоса, запускается активация перемешивающих валов, с резким запуском и герметизацией циркуляционной системы. Когда температуры достигают заданных значений для цикла Ренкина на органическом теплоносителе (ORC), происходит переключение на нагнетательный насос с непосредственным приводом для питания циркуляционного контура и присоединения для генерирования электроэнергии. Адекватный поток охлаждающей жидкости конденсатора может поддерживаться и регулироваться соответствующим образом. Источником охлаждающих жидкостей для обеспечения геотермального нагрева могут быть водорослевый пруд (пруды). Когда циркуляционные температуры и давление стабилизируются, что определяется с помощью контрольно-измерительных приборов/индикаторов температуры и давления, в трубчатом реакторе (реакторах) начнется нагнетание водного органического материала. Выходящие продукты трубчатого реактора (реакторов) будут направляться на сепаратор нефти/газа/воды. Горячая вода на выпуске, насыщенная минералами, должна быть повторно использована и смешана с имеющейся водой с водорослями в прудах или в емкостях для многократного увеличения роста водорослей. Отделенная нефть должна быть направлена в емкость для хранения. Газ, в основном состоящий из углекислого газа, будет насыщать углекислотой сточные воды, повторно возвращаемые в водорослевый пруд. Когда один из трубчатых реакторов требует обслуживания, он вначале должен быть промыт очищенной водой, а затем обслуживаться. Когда циркуляционный контур требует обслуживания, трубчатый реактор должен быть промыт очищенной водой и оставаться включенным. Должно быть выполнено отключение и обслуживание цикла Ренкина на органическом теплоносителе (ORC). Выходящий поток трубчатого реактора должен быть присоединен к охлаждающим устройствам для сохранения низких температур внутри реактора с целью предотвращения тепловых нагрузок за счет быстрого изменения в температуре. В случае полного ремонта реактора трубчатый реактор (реакторы) должен быть промыт очищенной водой, а цикл Ренкина на органическом теплоносителе (ORC) должен быть отключен и разгерметизирован. Когда температуры стабилизируются, циркуляционный контур трубчатого реактора должен быть отключен, с отключением перемешивающих валов и разгерметизацией. Установка должна быть разгерметизирована до условий окружающей среды и проверена до открывания каких-либо камер, емкостей, реакторов, труб или гибких насосно-компрессорных труб.
1. Подземный реактор для применения в способе получения топлива для получения топлива из органического материала, включающий:
первый трубопровод, нагнетающий органический материал под землю для преобразования органического материала в топливо;
второй трубопровод, поднимающий преобразованный органический материал;
теплообменник для выделения тепла с целью применения для снабжения энергией оборудования, используемого в способе получения топлива, где жидкий теплоноситель содержит пьезотепловые или пьезоэлектрические частицы.
2. Подземный реактор по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно включает устройство, осуществляющее цикл Ренкина на органическом теплоносителе для преобразования тепла из теплообменника в энергию для питания оборудования, используемого в процессе получения топлива.
3. Подземный реактор по п. 1, отличающийся тем, что оборудование, используемое в способе получения топлива, непосредственно приводится в действие устройством, которое извлекает энергию из теплообменника.
4. Подземный реактор по п. 1, отличающийся тем, что оборудование включает насос.
5. Подземный реактор по п. 4, отличающийся тем, что насос обеспечивает прокачивание по замкнутому контуру жидкого теплоносителя с целью удерживания зоны реакции при требуемой температуре.
6. Подземный реактор по п. 1, отличающийся тем, что органическим материалом является биомасса.
7. Подземный реактор по п. 6, отличающийся тем, что биомассой являются водоросли.
8. Подземный реактор по п. 1, отличающийся тем, что органическим материалом является полимер.
9. Подземный реактор по п. 1, отличающийся тем, что органическим материалом являются твердые отходы.
10. Подземный реактор по п. 1, отличающийся тем, что органический материал вступает в реакцию за счет ожижения.
11. Подземный реактор по п. 1, отличающийся тем, что органический материал вступает в реакцию за счет термохимической реакции.
12. Подземный реактор по п. 1, отличающийся тем, что органический материал вступает в реакцию за счет гидротермальных процессов.
13. Подземный реактор по п. 1, отличающийся тем, что второй трубопровод находится внутри первого трубопровода.
14. Подземный реактор по п. 13, отличающийся тем, что первый трубопровод закрыт в нижней части, а второй трубопровод открыт в нижней части.
15. Подземный реактор по п. 13, отличающийся тем, что первый трубопровод находится глубже под землей, чем второй трубопровод.
16. Подземный реактор по п. 13, отличающийся тем, что дополнительно включает обсадную трубу, которая охватывает первый трубопровод и второй трубопровод.
17. Подземный реактор по п. 16, отличающийся тем, что обсадная труба пролегает, по меньшей мере, на одной глубине с первым трубопроводом.
18. Подземный реактор по п. 16, отличающийся тем, что обсадная труба не пролегает выше, чем первый трубопровод.
19. Подземный реактор по п. 18, отличающийся тем, что дополнительно включает фильтр, который доходит до глубины первого трубопровода.
20. Подземный реактор по п. 17, отличающийся тем, что обсадной трубой является изолятор.
21. Подземный реактор по п. 20, отличающийся тем, что изолятором является цемент.
22. Подземный реактор по п. 16, отличающийся тем, что дополнительно включает, по меньшей мере, третий трубопровод, через который можно прокачивать теплопередающий материал.
23. Подземный реактор по п. 22, отличающийся тем, что теплопередающим материалом является вода.
24. Подземный реактор по п. 23, отличающийся тем, что дополнительно включает сепаратор нефти, газа, воды, который разделяет продукты, выходящие из реактора.
25. Подземный реактор по п. 24, отличающийся тем, что сепаратор находится над землей.
26. Подземный реактор по п. 24, отличающийся тем, что сепаратор находится под землей.
27. Подземный реактор по п. 24, отличающийся тем, что часть продуктов сохраняется.
28. Подземный реактор по п. 24, отличающийся тем, что часть продуктов используется как пища для роста биомассы.
29. Подземный реактор по п. 24, отличающийся тем, что часть продуктов используется для генерирования электроэнергии.
30. Подземный реактор по п. 29, отличающийся тем, что электроэнергия генерируется за счет теплообмена.
31. Подземный реактор по п. 1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, первый трубопровод изогнут.
32. Подземный реактор по п. 1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, первый трубопровод наклонен.
33. Подземный реактор по п. 32, отличающийся тем, что, по меньшей мере, первый трубопровод разветвляется.
34. Подземный реактор для применения в способе получения топлива для получения топлива из органического материала, включающий:
первый трубопровод, нагнетающий органический материал под землю для преобразования органического материала в топливо;
второй трубопровод, поднимающий преобразованный органический материал; и
насос, который прокачивает жидкий теплоноситель по замкнутому контуру с целью удерживания зоны реакции при требуемой температуре,
при этом жидкий теплоноситель содержит пьезотепловые или пьезоэлектрические частицы.
35. Подземный реактор по п. 34, отличающийся тем, что дополнительно включает теплообменник для выделения тепла с целью использования для снабжения энергией оборудования, используемого в способе получения топлива.
36. Подземный реактор по п. 35, отличающийся тем, что дополнительно включает устройство, осуществляющее цикл Ренкина на органическом теплоносителе для преобразования тепла от теплообменника в энергию для питания оборудования, используемого в процессе получения топлива.
37. Подземный реактор по п. 35, отличающийся тем, что оборудование включает насос.
38. Подземный реактор по п. 35, отличающийся тем, что оборудование, используемое в способе получения топлива, непосредственно приводится в действие устройством, которое извлекает энергию из теплообменника.
39. Подземный реактор по п. 34, отличающийся тем, что органическим материалом является биомасса.
40. Подземный реактор по п. 39, отличающийся тем, что биомассой являются водоросли.
41. Подземный реактор по п. 34, отличающийся тем, что органическим материалом является полимер.
42. Подземный реактор по п. 34, отличающийся тем, что органическим материалом являются твердые отходы.
43. Подземный реактор по п. 34, отличающийся тем, что органический материал вступает в реакцию за счет ожижения.
44. Подземный реактор по п. 34, отличающийся тем, что органический материал вступает в реакцию за счет термохимической реакции.
45. Подземный реактор по п. 34, отличающийся тем, что органический материал вступает в реакцию за счет гидротермальных процессов.
46. Подземный реактор по п. 34, отличающийся тем, что второй трубопровод находится внутри первого трубопровода.
47. Подземный реактор по п. 46, отличающийся тем, что первый трубопровод закрыт в нижней части, а второй трубопровод открыт в нижней части.
48. Подземный реактор по п. 46, отличающийся тем, что первый трубопровод находится глубже под землей, чем второй трубопровод.
49. Подземный реактор по п. 46, отличающийся тем, что дополнительно включает обсадную трубу, которая охватывает первый трубопровод и второй трубопровод.
50. Подземный реактор по п. 49, отличающийся тем, что обсадная труба пролегает, по меньшей мере, на одной глубине с первым трубопроводом.
51. Подземный реактор по п. 49, отличающийся тем, что обсадная труба пролегает выше, чем первый трубопровод.
52. Подземный реактор по п. 51, отличающийся тем, что дополнительно включает фильтр, который доходит до глубины первого трубопровода.
53. Подземный реактор по п. 50, отличающийся тем, что обсадной трубой является изолятор.
54. Подземный реактор по п. 53, отличающийся тем, что изолятором является цемент.
55. Подземный реактор по п. 49, отличающийся тем, что дополнительно включает, по меньшей мере, третий трубопровод, через который можно прокачивать теплопередающий материал.
56. Подземный реактор по п. 55, отличающийся тем, что теплопередающий материалом является вода.
57. Подземный реактор по п. 56, отличающийся тем, что дополнительно включает сепаратор нефти, газа, воды, который разделяет продукты, выходящие из реактора.
58. Подземный реактор по п. 57, отличающийся тем, что сепаратор находится над землей.
59. Подземный реактор по п. 57, отличающийся тем, что сепаратор находится под землей.
60. Подземный реактор по п. 57, отличающийся тем, что часть продуктов сохраняется.
61. Подземный реактор по п. 57, отличающийся тем, что часть продуктов используется как пища для роста биомассы.
62. Подземный реактор по п. 57, отличающийся тем, что часть продуктов используется для генерирования электроэнергии.
63. Подземный реактор по п. 62, отличающийся тем, что электроэнергия генерируется за счет теплообмена.
64. Подземный реактор по п. 34, отличающийся тем, что, по меньшей мере, первый трубопровод изогнут.
65. Подземный реактор по п. 34, отличающийся тем, что, по меньшей мере, первый трубопровод наклонен.
66. Подземный реактор по п. 37, отличающийся тем, что, по меньшей мере, первый трубопровод разветвляется.
67. Способ получения топлива в подземном реакторе по пп. 1-33 или 34-66, включающий:
(а) отправление органического материала под землю через первый трубопровод, при этом к органическому материалу в зоне реакции прикладывают давление и температуру, достаточные для преобразования органического материала в топливо;
(б) подъем топлива через второй трубопровод; и
циркуляцию жидкого теплоносителя в замкнутом контуре с целью удерживания зоны реакции при требуемой температуре,
при этом жидкий теплоноситель содержит пьезотепловые или пьезоэлектрические частицы.
68. Способ по п. 67, отличающийся тем, что дополнительно включает использование теплообменника для выделения тепла с целью применения для снабжения энергией оборудования, используемого в способе преобразования.
69. Способ по п. 68, отличающийся тем, что оборудование, используемое в процессе получения топлива, непосредственно приводится в действие устройством, которое извлекает энергию из теплообменника.
70. Способ по п. 67, отличающийся тем, что дополнительно включает использование цикла Ренкина на органическом теплоносителе для преобразования тепла из теплообменника в энергию для снабжения энергией оборудования, используемого в способе преобразования.
71. Способ по п. 69, отличающийся тем, что оборудование включает насос.
72. Способ получения топлива в подземном реакторе по пп. 1-33 или 34-66, включающий:
(а) отправление органического материала под землю через первый трубопровод, при этом к органическому материалу в зоне реакции прикладывают давление и температуру, достаточные для преобразования органического материала в топливо;
(б) подъем топлива через второй трубопровод; и
(в) использование теплообменника для выделения тепла с целью применения для снабжения энергией оборудования, используемого в способе преобразования,
где жидкий теплоноситель содержит пьезотепловые или пьезоэлектрические частицы.
73. Способ по п. 72, отличающийся тем, что дополнительно включает циркуляцию жидкого теплоносителя в замкнутом контуре с целью удерживания зоны реакции при требуемой температуре.
74. Способ по п. 72, отличающийся тем, что дополнительно включает устройство, осуществляющее цикл Ренкина на органическом теплоносителе для преобразования тепла из теплообменника в энергию для питания оборудования, используемого в способе преобразования.
75. Способ по п. 72, отличающийся тем, что оборудование включает насос.
76. Способ по п. 72, отличающийся тем, что оборудование, используемое в способе получения топлива, непосредственно приводится в действие устройством, которое извлекает энергию из теплообменника.
77. Способ по п. 76, отличающийся тем, что давление может регулироваться за счет увеличения или уменьшения глубины размещения реактора.
78. Способ по п. 72, отличающийся тем, что дополнительно включает отправление теплопередающего материала под землю.
79. Способ по п. 78, отличающийся тем, что дополнительно включает регулирование температуры теплопередающего материала за счет регулирования его скорости циркуляции.
80. Способ по п. 78, отличающийся тем, что дополнительно включает регулирование температуры теплопередающего материала за счет увеличения или уменьшения температуры органического материала.
81. Способ по п. 78, отличающийся тем, что дополнительно включает гидроразрыв породы до отправления теплопередающего материала под землю.
82. Способ по п. 78, отличающийся тем, что дополнительно включает отправление теплопередающего материала из подземного местоположения в теплообменник.
83. Способ по п. 78, отличающийся тем, что дополнительно включает отправление теплопередающего материала из подземного местоположения в цикл Ренкина на органическом теплоносителе.
84. Способ по п. 72, отличающийся тем, что дополнительно включает разделение продуктов на нефть, газ и раствор на водной основе.
85. Способ по п. 84, отличающийся тем, что дополнительно включает отправление раствора на водной основе для роста биомассы.
86. Способ по п. 84, отличающийся тем, что дополнительно включает сжигание продуктов отходящего газа и использование энергии для теплообмена при осушении.
87. Способ по п. 84, отличающийся тем, что дополнительно включает сжигание продуктов отходящего газа и использование энергии для получения электроэнергии.
88. Способ по п. 84, отличающийся тем, что дополнительно включает сжигание продуктов отходящего газа и использование энергии для получения механической энергии.
89. Способ по п. 84, отличающийся тем, что дополнительно включает сжигание продуктов отходящего газа и использование энергии для получения тепла.
90. Способ по п. 72, отличающийся тем, что дополнительно включает отправление части выходящих продуктов второго трубопровода для питания биомассы.
91. Способ по п. 90, отличающийся тем, что биомасса представляет собой водоросли.
92. Способ по п. 90, отличающийся тем, что часть выходящих продуктов включает углекислый газ.
93. Способ по п. 72, отличающийся тем, что часть продуктов используют как сырье для процесса перегонки.
94. Способ по п. 72, отличающийся тем, что часть продуктов используют как сырье для процесса пиролиза.
95. Способ по п. 78, отличающийся тем, что дополнительно включает растрескивание породы.
