Verfahren zum untertägigen Verschwelen bituminöser Lagerstätten ohne
Verwendung von Fremdenergien Im vergangenen Jahrzehnt ist man verschiedentlich dazu
übergegangen, das Ausschwelen des Ölschiefers oder anderer bituminöser Gesteine
nicht mehr in der Retorte oder im Schwelofen durchzuführen, sondern den Schwelprozeß
in die Lagerstätte selbst zu verlegen. Neben dem Ausschwelen großer unterirdischer
Zerrüttungszonen entwickelten sich Verfahren, welche die für die Schwelfähigkeit
erforderliche mechanische Zerkleinerung des Schwelgutes durch eine thermische Auflockerung
ersetzen. Durch die Einführung von Fremdenergien in die Lagerstätte wird diese pfeilerweise
zuerst ausgetrocknet, dadurch künstlich verwittert und anschließend ausgeschwelt.
Das Aufheizen des Gebirges erfolgt dabei teils durch in Bohrlöcher eingeführte elektrische
Heizkörper, .teils durch Spülen mit heißen inerten Gasen.Process for underground smoldering of bituminous deposits without
Use of external energies In the past decade, people have been involved in this on various occasions
passed over, the smoldering of the oil shale or other bituminous rocks
no longer to be carried out in the retort or in the smoldering furnace, but rather the smoldering process
to be relocated to the depository itself. In addition to the fading of large underground
Zones of disruption developed procedures which are necessary for the smoldering ability
required mechanical crushing of the carbonized material through thermal loosening
substitute. Through the introduction of external energies into the deposit, this becomes arrow-like
first dried out, thereby artificially weathered and then faded.
The mountain is partly heated by electrical energy inserted into the boreholes
Radiators, partly by purging with hot inert gases.
In beiden Fällen ist aber der Verbrauch an Fremdenergien im Verhältnis
zu den in Form von 01 und Gas wiedergewonnenen Energien so groß, daß eine wirtschaftliche
Ausbeute nichtgewährleistet ist, vor allem dann nicht, wenn es sich um Lagerstätten
mit einem nur geringen Gehalt an Iiohlenwasserstoffen, handelt. Denn, abgesehen
davon, daß der-Heizwert des Schiefers für den Schwelprozeß, selbst gar nicht ausgenutzt
wird, sondern zum Teil im Rückstand verbleibt, bleibt auch der überwiegend größte
Teil der eingeführten Wärme im ausgeschwelten Pfeiler zurück. Ein weiterer Teil
geht mit dem, verdampfenden Gebirgswasser verloren, während die Überführung der
'Kohlenwasserstoffe in Öl und Gas nur einen verschwindend kleinen Teil der Energien
beansprucht. Mit anderen Worten: Ein solches Verfahren hat einen überaus schlechten
Wirkungsgrad.In both cases, however, the consumption of external energy is in proportion
to the energies recovered in the form of oil and gas so great that an economic
Yield is not guaranteed, especially when it comes to deposits
with only a low content of Iiohlenwasserstoffen acts. Because apart from that
from the fact that the calorific value of the slate for the smoldering process itself is not used at all
remains, but remains in the arrears, also remains the predominantly largest
Part of the heat introduced back in the melted pillar. Another part
is lost with the evaporating mountain water, during the transfer of the
'Hydrocarbons in oil and gas are only a tiny fraction of the energies
claimed. In other words, such a procedure has a very bad one
Efficiency.
Das Ziel der Erfindung ist nun, jegliche Zufuhr von Fremdenergien
zu ersparen und statt dessen alle für die Untertageschwelung erforderlichen Energien
dem
Schiefer selbst zu entnehmen, zu diesem Zweck sowohl die mit dem Wasserdampf flüchtigen
als auch die nach Ausschwelung im Gebirge verbleibenden Wärmemengen wieder in den
Schwelprozeß wirksam einzuschalten und dabei schließlich eine Vermischung der inerten
Verbrennungsgase mit den Schwelgasen zu vermeiden, um letztere in ihrer Wertigkeit
zu erhalten.The aim of the invention is now to prevent any supply of external energies
to spare and instead all the energies required for underground smoldering
to the
Slate itself can be extracted for this purpose, both those volatile with the water vapor
as well as the amounts of heat remaining after subsidence in the mountains back into the
To effectively switch on the smoldering process and ultimately a mixing of the inert
Avoid combustion gases with the smoldering gases to reduce the value of the latter
to obtain.
Wie in der Zeichnung schematisch dargestellt, wird durch in, gewissen
Abständen parallel verlaufende Strecken a die Lagerstätte in einzelne Gebirgsabschnitte
b aufgeteilt, die mit einer Anzahl Bohrlöcher e horizontal oder in Richtung des
Einfallens der Lagerstätte durchörtert werden. In ihnen werden von Strecke zu Strecke
Rohrleitungen d von kleinerem Durchmesser verlegt, so daß der Rohrquerschnitt noch
von einem ringförmigen Kanal umgeben ist. Die Rohrenden ragen beiderseits durch
eine in der- Längsrichtung der Strecken eingebaute Scheidewand e, die die Strecke
in zwei getrennte Räume f i und f 2 unterteilt, welche durch Dammtore
oder Quermauern g an den jeweiligen Grenzendes Schwelbereichs von den übrigen Grubenbauen
abgeschlossen sind.As shown schematically in the drawing, the deposit is divided into individual mountain sections b by sections a running parallel at certain intervals, which are penetrated with a number of boreholes e horizontally or in the direction of the incidence of the deposit. In them, pipelines d of smaller diameter are laid from route to route, so that the pipe cross-section is still surrounded by an annular channel. The pipe ends protrude on both sides through a partition e built in the longitudinal direction of the routes , which divides the route into two separate rooms f i and f 2 , which are closed off from the other pits by dam gates or transverse walls g at the respective borders of the smoldering area.
Zur Durchführung des Schwelprozesses .sind stets mehrere Pfeiler in
Betrieb, von denen sich jeder der Reihenfolge nach in einem entsprechend weiter
fortgeschrittenen Stadium des Schwelprozesses befindet. Ist der rückwärtige Pfeiler
gänzlich ausgeschwelt, so wird der ganze Schwelvorgang jeweils um einen Pfeiler
vorverlegt, so daß@er die Lagerstätte bzw. ein Abbaufeld derselben kontinuierlich
durchwandert. In der Abbildung ist die Situation des Schwelvorganges in einem gewissen
Stadium dargestellt. Die Schwelung erstreckt sich auf insgesamt fünf Gebirgspfeiler,
die stufenweise den einzelnen Prozessen der Schwelung unterworfen werden. So befindet
sich Pfeiler i in Vorwärmung, Pfeiler Z in Austrocknung, Pfeiler 3 in Schwelung,
Pfeiler q. in Verbrennung, Pfeiler 5 in Abkühlung. Pfeiler i Die aus Verbrennung
und Schwelung stammenden Dämpfe und Gase, die bereits eine Abkühlung erfahren haben,
durchströmen die Bohrlöcher des Pfeilers und geben an ihn den noch vorhandenen Rest
ihrer Wärme ab. Dabei werden gleichzeitig Öl- und Wasserdämpfe zum größten Teil
kondensiert. Das Kondensat fließt der jeweils vor dem Pfeiler befindlichen Strecke
zu, aus der es gemeinsam mit den Gasen oder auch gesondert abgeleitet und entsprechenden
Sammelbehältern außerhalb des Schwelbereiches zugeführt wird. Durch diese im Gebirge
selbst vor sich gehende Kondensation verbleibt in den Schwelgasen bei ihrem Austritt
aus dem Pfeiler ein nur noch sehr kleiner Anteil an kondensierbaren Dämpfen; für
deren Niederschlag eine nur kleine oberirdische Kondensation ausreichend ist.There are always several pillars in
Operation, each of which progresses in a corresponding order
is at an advanced stage of the smoldering process. Is the rear pillar
completely evacuated, so the whole smoldering process is around one pillar at a time
moved forward so that @ he the deposit or a mining field of the same continuously
wandered through. In the picture the situation of the smoldering process is in a certain way
Stage shown. The swelling extends to a total of five mountain piers,
which are gradually subjected to the individual processes of smoldering. So is located
pillar i is preheating, pillar Z is drying out, pillar 3 is swelling,
Pillar q. in combustion, pillar 5 in cooling. Pillar i Die from incineration
and smoldering vapors and gases that have already been cooled,
flow through the drill holes of the pillar and give it the remaining remainder
their warmth. At the same time, oil and water vapors are for the most part produced
condensed. The condensate flows down the line in front of the pillar
to, from which it is derived together with the gases or separately and corresponding
Collection containers outside of the smoldering area is supplied. Through this in the mountains
Even condensation that is taking place remains in the carbonization gases when they emerge
only a very small proportion of condensable vapors from the pillar; for
whose precipitation only a small surface condensation is sufficient.
. Man kann Abkühlung und Kondensation im Gebirge dadurch noch erhöhen;
daß-man die Gase und Dämpfe noch durch einen weiteren bereits vorgerichteten Pfeiler
strömen läßt, ehe man sie ableitet. Pfeiler 2 Die aus dem in Schwelung begriffenen
Pfeiler austretenden heißen Verbrennungs= und Schwelgase sowie Öl- und Wasserdämpfe
durchströmen den Pfeiler und geben dabei so viel ihrer Wärme an das Gebirge ab,
daß dieses in langsam steigender Temperaturerhöhung so weit erhitzt wird, daß das
in ihm enthaltene Gebirgswasser verdampft. Es erfolgt also hier die Austrocknung,
die einer Verwitterung des Gesteins gleichkommt, d. h. der Schiefer löst sich in
seinen Schichtungsflächen ab und wird dadurch schwelfähig. Auch hier wird, insbesondere
zu Beginn der Durchflutung- mit heißen Gasen, ein Teil der Dämpfe, bereits kondensiert,
die in gleicher Weise wie bei Pfeiler = über die zugehörige Strecke zum Sammelbehälter
gelangen. Pfeiler 3 Das durch die Aufblätterung der Schichten zur Schwelung vorbereitete
Gebirge wird durch die aus dem nachfolgenden Pfeiler ausströmenden Wärmeenergien
bis zur Schweltemperatur nach Art der indirekten Beheizung erhitzt, wobei die heißen
Verbrennungsgase durch das im Bohrloch verlegte, in dieser Phase als Heizung dienende
Rohr geleitet werden, während der ringförmige Teil des Bohrloches von überhitztem
Wasserdampf als Spülgas durchströmt, dadurch eine schonende Schwelung erzielt und
ein Krak-'ken und Polymerisieren der austretenden Öldämpfe verhindert wird. Hierbei
wird die Aufblätterung des Gesteins besonders wirksam, da vom Bohrloch ausgehend
neben der Wärmeleitung eine. starke Konvektion die Hitze tief in das Gebirge einführt
und gleichzeitig das Austreten der sich entwickelnden Oldämpfe und Gase aus dem
Gestein in das Bohrloch erleichtert. Wie ersichtlich, vermischen sich bei diesem
Vorgang die wertvollen Dämpfe und Gase nicht mit den getrennt geführten Verbrennungsgasen.
Diese Trennung wird auch in den Pfeilern 2 und i beibehalten, wenngleich von Pfeiler
zu Pfeiler der Rohrquerschnitt und der ringförmige Querschnitt des Bohrloches miteinander
vertauscht werden. Pfeiler q. Nachdem im Pfeiler 3 die Temperatur von etwa 6oo°
erreicht und dadurch die Ausschwelung mittels indirekter Beheizung beendet ist,
wird er nun als Pfeiler 4. dadurch zur Energiequelle, daß ihm jetzt Frischluft zugeführt
wird, durch welche die restlichen brennbaren Bestandteile in Wärmeenergie umgesetzt
werden, die um so ausgiebiger ist, da sich der Pfeiler bereits unter einer hohen
Temperatur befindet. Hier dienen die in den Bohrlöchern vorhandenen Rohrleitungen
als Überhitzer für den Wasserdampf, der über die zwischen Pfeiler 4. und Pfeiler
5 gelegene Strecke eingeleitet wird und nach seiner Überhitzung die Schwelüng nach
Art des Spülgasverfahrens vervollkommnet. Dieser Dampf ist nur scheinbar Fremdenergie,
- da er bei der übertägigen Ofenschwelung des Streckenausbruchmaterials nach besonders
angemeldeten Verfahren als Überschußenergie ausreichend anfällt. Pfeiler 5 Die zum
Schluß im Schieferrückstand aufgespeicherte Wärme wird dadurch dem Schwelprozeß
nutzbringend wieder zugeführt, daß man durch den noch,
heißen Pfeiler
die für die Verbrennung notwendige Frischluft strömen läßt und sie dadurch vorwärmt.
Man kann diese Vorwärmung noch erhöhen, indem man die Frischluft durch zwei ausgebrannte
Pfeiler nacheinander strömen läßt, vorausgesetzt, daß der rückwärtige der beiden
bei Vorverlegung des Schwelprozesses nicht schon gänzlich abgekühlt ist.. You can thereby increase the cooling and condensation in the mountains;
that the gases and vapors can be passed through another pillar that has already been prepared
let flow before they are diverted. Pillar 2 The ones from the sweltering
Hot combustion and smoldering gases as well as oil and water vapors escaping from the pillars
flow through the pillar and give off so much of their heat to the mountains,
that this is heated in a slowly increasing temperature increase so far that the
The mountain water contained in it evaporates. So here the dehydration takes place,
which is equivalent to weathering the rock, d. H. the slate dissolves in
its stratification surfaces and is thus able to smolder. Again, it will, in particular
at the beginning of the flooding with hot gases, some of the vapors, already condensed,
in the same way as with pillar = via the associated route to the collecting tank
reach. Pillar 3 That prepared for smoldering by the exfoliation of the layers
Mountains are created by the thermal energies flowing out of the following pillar
heated up to the smoldering temperature in the manner of indirect heating, the hot
Combustion gases through the laid in the borehole, which in this phase serves as a heater
Pipe are passed while the annular part of the borehole from overheated
Water vapor flows through as flushing gas, thereby achieving a gentle smoldering and
a cracking and polymerisation of the escaping oil vapors is prevented. Here
the exfoliation of the rock is particularly effective because it starts from the borehole
next to the heat conduction one. strong convection that introduces heat deep into the mountains
and at the same time the escape of the developing oil vapors and gases from the
Rock eased into the borehole. As can be seen, mix in this
Do not process the valuable vapors and gases with the separately routed combustion gases.
This separation is also maintained in pillars 2 and i, albeit from pillars
to pillar the pipe cross-section and the annular cross-section of the borehole with each other
be swapped. Pillar q. After the temperature of about 6oo ° in pillar 3
reached and thereby the subsidence is ended by means of indirect heating,
it is now as a pillar 4. as a source of energy that it is now supplied with fresh air
through which the remaining combustible components are converted into thermal energy
which is all the more extensive since the pillar is already under a high one
Temperature. The pipes in the boreholes are used here
as a superheater for the water vapor that flows through the between pillars 4th and pillars
5 is initiated and after its overheating the Schwelüng after
Perfected type of purging gas process. This steam is only apparently external energy,
- as he especially after the surface furnace smoldering of the road excavated material
the notified process is sufficient as excess energy. Pillar 5 The to
Finally, the heat stored in the slate residue becomes the smoldering process
usefully supplied again that one through the still,
hot pillars
allows the fresh air necessary for the combustion to flow and thereby preheats it.
This preheating can be increased by burning out the fresh air through two
Pillars flow one after the other, provided that the rear of the two
when the smoldering process is brought forward has not already cooled down completely.
Wie ersichtlich, sind Bohrlöcher und Rohrleitungen im Schwelbereich
ohne Zwischenschaltung von Steuerungselementen, Absperrschiebern o3. dgl. so angeordnet,
daß sie die ihnen in den einzelnen Phasen der Schwelung zufallenden verschiedenartigen
Aufgaben ohne jede Umschaltung oder Änderung übernehmen. So werden z. B. die als
Heizrohre dienenden Rohre im Pfeiler 3 beim Vorverlegen des Schwelprozesses automatisch
zu Überhitzern im Pfeiler 4 oder die Überhitzer zu Luftvorwärmern im Pfeiler 5.As can be seen, the boreholes and pipelines are in the smoldering area
without the interposition of control elements, gate valves o3. the like arranged so
that they are of the various kinds that accrue to them in the individual phases of smoldering
Take over tasks without any switchover or change. So z. B. the as
The pipes in the pillar 3 are used for heating pipes when the smoldering process is advanced automatically
to superheaters in pillar 4 or the superheaters to air preheaters in pillar 5.