[发明专利]从地下碳氢化合物储层生产氢气的原位工艺

说明书

用热处理碳氢化合物储层以引起气化、水煤气变换和/或水热裂解反应以产生包含氢气的气体。通过在生产井中使用仅氢气可渗透的膜，将氢气单独地生产至地表。

技术领域

本发明涉及从地表下来源生产氢气。

背景技术

碳氢化合物储层在全球是丰富的，并且已知许多技术用于从这些储层将碳氢化合物生产至地表，所述技术包含初级过程(primary process)以及次级回收过程(如水驱和化学驱)以生产附加的碳氢化合物。

对于重油和超重油(沥青)，碳氢化合物在原始储层条件下通常太粘稠而无法使用常规方法生产至地表，并且因此重油和沥青通常被热处理以减低粘度，以便资源更容易地在储层中流动，并且可以被生产至地表。

在提取重油和沥青之后，其必须被改良成合成原油，所述合成原油转而被精炼成用于石油化学工业的运输燃料和原料。

然而，已知由于资源或其产品通常被燃烧以收获其能量，因此碳氢化合物资源的生产导致最终生成二氧化碳。

因此，存在对于生产燃料(如氢气)的持续的期望，所述燃料是更加二氧化碳中性的，其也可以用作用于工业(如精炼厂和化肥生产)的化学原料。然而，还已知生成氢气的常规手段(例如，蒸汽甲烷重整或电解)是碳排放密集型的或是实施上不期望地昂贵的。

发明内容

因此，本发明试图提供用于从碳氢化合物储层生成氢气(可能地二氧化碳中性的能源和工业原料)的方法和系统。

根据本发明的实施例，原位气化、水煤气变换和/或水热裂解被采用以在地表下储层中生产合成气体，这样的合成气体包括蒸汽、一氧化碳、二氧化碳和氢气，其中碳氧化物借助于井筒中的仅氢气可渗透的膜被拒绝生产至地表。然后工艺将主要包括氢气的气体产物生产至地表。

所生产的氢气是替代能量载体，其可以从碳氢化合物储层生产至地表。然后，所生产的氢气可以在地表上燃烧以产生电或热，或在燃料电池装置中消耗以用于发电或作为工业原料。

在本发明的第一主要方面中，提供一种用于从碳氢化合物储层生产氢气的方法，所述方法包括：

a.提供从地表至储层的井；

b.在井中安置至少一个氢气可渗透膜；

c.加热储层以促进在储层内的碳氢化合物和水之间发生气化、水煤气变换和水热裂解反应中的至少一种，以生成包括氢气的气体流；以及

d.使气体流和至少一个氢气可渗透膜接合，使得至少一个氢气可渗透膜仅容许气体流中的氢气通过到地表。

在第一方面的一些示例性实施例中，加热储层的步骤包括：将氧化剂注入储层中以氧化储层内的碳氢化合物中的至少一些；用置于储层内的电磁天线或射频天线生成电磁波或射频波；将热材料注入储层；或通过使用被安置在储层内的基于电阻的(欧姆)加热系统产生热。本领域技术人员将清楚，其他加热手段可以适用于本发明的应用。

在一些示例性实施例中，至少一个氢气可渗透膜可以包括下列中的至少一种：钯(Pd)、钒(V)、钽(Ta)或铌(Nb)。至少一个氢气可渗透膜还可以包括钯-铜合金，或可能的钯-银合金。至少一个氢气可渗透膜可以包括陶瓷层，并且最优选在钯-铜合金的内侧或外侧上的陶瓷层。至少一个氢气可渗透膜可以包括陶瓷层和选自由钯、钒、钽、铌、铜、这些材料的合金及其组合组成的组的非陶瓷层，并且非陶瓷层可以包括钯-铜合金。

至少一个氢气可渗透膜优选地被安置在储层内的井中，但是其也可以被定位在靠近储层的井中，或井中的其他点处。

在一些示例性实施例中，多孔材料被安置在井中以支撑井内的至少一个氢气可渗透膜。多孔材料优选是但不一定是多孔钢。