Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОТОПЛИВА

Изобретение относится к области получения биотоплива из растительного или животного сырья, из продуктов жизнедеятельности организмов или органических промышленных отходов, включая отходы нефтяной и газовой промышленности, с использованием подземного реактора.

Известен традиционный способ получения биотоплива за счет сверхкритической экстракции, в котором используются баллоны с растворителем и сорастворителем, насосы для создания давления, экстрактор в виде сосуда высокого давления, сепаратор, где накапливается и разделяется экстракт биотоплива (https://www.equilibar.com/application/supercritical-extraction-batch-pressure-control/).

Известен способ получения биодизельного топлива путем переэтерификации растительного масла спиртом, разделения полученных продуктов экстракцией в сверхкритических условиях диоксидом углерода, где используют рапсовое масло и этиловый спирт, причем, рапсовое масло и этиловый спирт смешивают в объемном соотношении 0,5-1,0:10-15 до гомогенного состояния, полученную смесь подвергают переэтерификации при температуре 250-280°С, давлении 15-20 МПа, в течение 5-10 мин, охлаждают смесь и подают в экстрактор, где проводят экстракцию диоксидом углерода при расходе диоксида углерода 20-35 л/ч, температуре 250-280°С, давлении 15-20 МПа, полученную гомогенную смесь подают в первый сепаратор для отделения глицерина при давлении 0,2-0,3 МПа и температуре 5-10°С, затем во второй сепаратор для отделения целевого продукта от диоксида углерода при давлении 0,1-0,15 МПа и температуре 15-20°С (Патент РФ №2412236 С2, дата приоритета 15.12.2008, дата публикации 20.02.2011, авторы: Винокуров В.А. и др., RU).

К недостаткам известных аналогов относятся: во-первых, небольшие объемы получения биотоплива; во-вторых, потребление большого количества электроэнергии для создания высоких давлений и температур.

Известен подземный химический реактор с замкнутым контуром, который включает в себя, по крайней мере, входную трубу компонента реакции, выходную трубу продукта реакции и обсадную трубу, которая состоит из двойной или тройной трубы и циркуляционной системы для компонента реакции, например сырьевого шлама. Для проведения прямой химической реакции с высокотемпературной подземной водой используется естественный источник горячей воды, полученный на глубине 1000 м в результате дробления породы, в результате в подземном химическом реакторе получают магнитомягкий феррит, магнитотвердый феррит, керамические и жаропрочные материалы (Патент США № US 4937052 А, дата приоритета 08.12.1987, дата публикации 26.06.1990).

Недостатком известного подземного химического реактора является невозможность получения биотоплива и управления тепловыми процессами в реакторе.

В качестве прототипа принят способ получения топлива из органического материала в подземном реакторе. Подземный реактор включает трубу для нагнетания органического материала под землю и его преобразования в топливо, вторую трубу для поднятия преобразованного органического материала на поверхность и теплообменник для выделения тепла с целью снабжения энергией оборудования, где жидкий теплоноситель содержит пьезотепловые или пьезоэлектрические частицы. В другом варианте данного способа подземный реактор содержит насос для циркуляции жидкого теплоносителя и поддержания требуемой температуры в зоне реакции. Изобретение обеспечивает получение топлива за счет подземной температуры и давления (Патент РФ №2627594 С2, дата приоритета 03.05.2012, дата публикации 09.08.2017, автор ИГЛЕСИАЛ Брэндон, US, прототип).

Недостатком прототипа является длительность процесса получения биотоплива, отсутствие управления давлением и температурой, из-за чего проведение реакции получения биотоплива в подземных коллекторах (резервуарах) может привести к неконтролируемым и непредсказуемым процессам и уменьшению выхода экстракта биотоплива, а также использование большого количества внутренних труб может привести к увеличению диаметра скважины, что приведет к удорожанию способа получения биотоплива и увеличению потребляемой энергии для закачки в пласт и вытеснения полученного сырья из подземного коллектора.

Технической проблемой, решаемой изобретением, является увеличение объемов получения биотоплива из органического материала при использовании выработанных нефтяных и газовых скважин.

Для решения технической проблемы и достижения технического результата предложен способ получения биотоплива из органического материала в подземном коллекторе, включающий нагнетание органического материала в подземный коллектор, в качестве которого используют скважину, состоящую из колонны насосно-компрессорных труб и обсадной колонны, преобразование органического материала в биотопливо за счет подземной температуры и давления в зоне реакции с возможностью их поддержания и поднятие преобразованного органического материала на поверхность с помощью насоса для последующего разделения на продукты. Новым является то, что в способе используют дополнительное наземное оборудование, предназначенное для предварительной обработки исходного сырья из органического материала, представляющего собой растительное или животное сырье, продукты жизнедеятельности организмов или органических промышленных отходов, путем его измельчения и доведения до жидкого или газообразного состояния. Кроме того, используют дополнительное оборудование для получения диоксида углерода, предназначенного для осуществления преобразования указанного органического материала в биотопливо, причем, для нагнетания указанного органического материала и преобразования его в биотопливо используют колонну насосно-компрессорных труб с клапаном, установленным в нижней части с возможностью срабатывания, обсадную колонну используют с установленной внизу заглушкой, предназначенной для предотвращения попадания преобразованного органического материала в горный пласт, а для поднятия преобразованного органического материала используют межтрубное пространство между обсадной колонной и колонной насосно-компрессорных труб. При этом для осуществления способа указанное обработанное сырье закачивают через фонтанную арматуру в колонну насосно-компрессорных труб, снабженную в нижней части указанным клапаном и представляющую собой экстрактор для преобразования органического материала в биотопливо. Также при использовании наземного оборудования на поверхности предварительно осуществляют процесс получения диоксида углерода. При этом с факельной установки улавливают посредством газоперекачивающей установки факельный газ, подают факельный газ параллельно на установки электрогенерации и когенерации для преобразования потока факельных газов в электроэнергию и тепловую энергию. Причем, полученные тепло и электроэнергию подают на установку, основанную на процессе Габера, на выходе из которой получают аммиак, диоксид углерода и воду. Полученный диоксид углерода компримируют и нагревают до критических параметров 31,4°С; 7,8 МПа. Через фонтанную арматуру закачивают диоксид углерода в колонну насосно-компрессорных труб, и под действием температуры пласта и породы, а также давления нагнетания доводят диоксид углерода до сверхкритического состояния. Органический материал смешивается в колонне насосно-компрессорных труб с диоксидом углерода, и образуется преобразованный органический материал в виде экстракта для получения биотоплива. Полученный экстракт поднимают на поверхность через межтрубное пространство обсадной колонны и колонны насосно-компрессорных труб при срабатывании в ней упомянутого клапана. Экстракт для получения биотоплива подают в расположенную на поверхности разделительную установку, в которой отделяют экстракт от диоксида углерода.

В частном случае, согласно изобретению, экстракт от диоксида углерода отделяют посредством сепарации.

В частном случае, согласно изобретению, экстракт от диоксида углерода отделяют посредством термической деструкции.

В частном случае, согласно изобретению, в полученный экстракт добавляют катализаторы.

В частном случае, согласно изобретению, на насосно-компрессорных трубах дополнительно устанавливают нагревательные элементы, предназначенные для нагревания экстракта.

В частном случае, согласно изобретению, в качестве экстрактора используют отработанные нефтяные и газовые скважины.

В частном случае, согласно изобретению, диоксид углерода, отделенный из экстракта, возвращают в технологический процесс.

В частном случае, согласно изобретению, в способе используют колонну насосно-компрессорных труб с клапаном в нижней части, с дополнительно установленной на конце заглушкой и с соединенными с колонной насосно-компрессорных труб под упомянутым клапаном дополнительными трубами, расположенными в межтрубном пространстве и предназначенными для поднятия экстракта на поверхность.

Сущность изобретения поясняется следующими чертежами.

На фиг. 1 представлена технологическая схема реализации способа получения биотоплива.

На фиг. 2а изображен выносной элемент А на фиг. 1, где показана установка заглушки на конце обсадной колонны.

На фиг. 2б изображен выносной элемент А на фиг. 1, где показана установка дополнительной заглушки на конце колонны насосно-компрессорных труб, соединенной с расположенными в межтрубном пространстве дополнительными трубами, предназначенными для понятия экстракта на поверхность,.

На чертежах приведены следующие обозначения:

1 - емкость для хранения исходного сырья;

2 - наземное оборудование для получения жидкого или газообразного сырья;

3 - емкость для хранения обработанного сырья;

4 - фонтанная арматура;

5 - колонна насосно-компрессорных труб;

6 - клапан;

7 - обсадная колонна;

8 - заглушка в низу обсадной колонны;

9 - дополнительная заглушка на конце колонны насосно-компрессорных труб;

10 - дополнительные трубы для поднятия экстракта на поверхность;

11 - факельная установка;

12 - газоперекачивающая установка;

13 - установки электрогенерации и когенерации;

14 - установка призводства аммиака, основанная на процессе Габера;

15 - емкость для хранения диоксида углерода;

16 - емкость для хранения аммиака;

17 - емкость для хранения воды;

18 - нагревательные элементы;

19 - разделительная установка.

Заявляемый способ получения биотоплива реализуется следующим образом.

Исходное сырье, например растительное или животное сырье, продукты жизнедеятельности организмов или органических промышленных отходов, из емкости 1 за счет наземного оборудования 2 перерабатывают путем его измельчения и доведения до жидкого или газообразного состояния и перекачивают в емкость 3 для хранения обработанного сырья. Полученное сырье из емкости 3 закачивают через фонтанную арматуру 4 в скважину, состоящую из колонны насосно-компрессорных труб 5, снабженной в нижней части клапаном 6, например клапаном с термочувствительным элементом или с эффектом памяти формы, представляющей собой экстрактор, и обсадной колонны 7 с заглушкой 8 на конце для предотвращения попадания экстракта в горный пласт (фиг. 2а). В частном случае на конце колонны насосно-компрессорных труб устанавливают дополнительную заглушку 9 и трубы 10, которые могут состоять из нескольких металлических или неметаллических труб, предназначенных для понятия экстракта на поверхность (фиг. 2б).

Предварительно на поверхности осуществляют процесс получения диоксида углерода. При этом с факельной установки 11 улавливают посредством газоперекачивающей установки 12 факельный газ, подают факельный газ параллельно на установки электрогенерации и когенерации 13 для преобразования потока факельных газов в электроэнергию и тепловую энергию. Причем, полученные тепло и электроэнергию подают на установку производства аммиака 14, основанную на процессе Габера, на выходе из которой получают аммиак, диоксид углерода и воду, которые направляют в соответствующие емкости 15, 16 и 17. Полученный диоксид углерода компримируют и нагревают до критических параметров 31,4°С; 7,8 МПа, через фонтанную арматуру 4 закачивают диоксид углерода в экстрактор и под действием температуры пласта и породы, а также давления нагнетания доводят диоксид углерода до сверхкритического состояния. После достижения параметров сверхкритической экстракции клапан 6 открывается, и полученный экстракт через межтрубное пространство поднимают на поверхность или посредством труб 10, в случае установки заглушки 9 на конце колонны насосно-компрессорных труб 5.

В случае недостижения параметров сверхкритической экстракции, например температуры, включаются нагревательные элементы 18 или в межтрубное пространство обсадной и насосно-компрессорной колонн закачивают, например насосами, аммиак и воду через фонтанную арматуру. В результате абсорбции (поглощение) жидкого аммиака в воде выделяется тепло для нагрева колонны насосно-компрессорных труб. Образованный в межтрубном пространстве гидрат аммония поднимают на поверхность, например насосами, и возвращают обратно в установку производства аммиака 14. Полученный экстракт поднимают на поверхность, например насосами, и подают в расположенную на поверхности разделительную установку 19, например в сепаратор, где происходит отделение диоксида углерода в результате его превращения в газ в нормальных условиях, либо его отделяют посредством термической деструкции с добавлением катализаторов, которыми могут быть, например металлы, их оксиды и соли, керамические материалы и цеолиты, в результате получают биотопливо. Отделенный диоксид углерода возвращают обратно в технологический процесс. Также диоксид углерода может быть получен во время переработки исходного сырья и в установке производства аммиака, основанной на процессе Габера, что обеспечивает нулевой его выброс в атмосферу.

Данный способ получения биотоплива позволит утилизировать отходы жизнедеятельности человека, уменьшить выбросы парниковых газов, позволит вновь применять отработанные скважины, тем самым, улучшив экологическую обстановку.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в увеличении объемов получения биотоплива из органического материала при использовании выработанных нефтяных и газовых скважин за счет предотвращения попадания экстракта биотоплива в горный пласт.