用于加热含烃岩床的方法与系统的制作方法

用于加热含烃岩床的方法与系统的制作方法
【专利摘要】含烃岩石(例如，开采的油页岩)被引导进入挖掘的封闭体(例如，矿井或蓄液池)以在那里形成岩床。一个或多个加热器(例如熔盐加热器)是被操作为热解所述岩石的油母或沥青。一个或多个加热器(例如，熔盐加热器)是被操作为热解所述岩石的油母或沥青。在一些具体实施例中，烃类回流循环被维持在所述封闭体内，以对流地加热含烃岩石，通过使来自所述封闭体的底部的蓄液池的烃类流体沸腾，以致蒸汽穿入所述封闭体的顶部，凝结，再回落流入所述岩床。可选择地或附加地，所述岩石可由嵌入所述封闭体的壁和/或底板的加热器来加热。一些具体实施例涉及用于升级所开采的煤以回收烃类热解流体和升级的煤(例如，无烟煤)。
【专利说明】用于加热含烃岩床的方法与系统

【技术领域】
[0001]本发明的【具体实施方式】涉及用于加热含油母或含浙青的岩床的方法与装置，例如，以从那里生产热解流体。

【背景技术】
[0002]从地下地层获得的烃类通常被用作能源、原料以及作为消费产品。对于可用的烃类资源的消耗的关注，以及对于所产生的烃类的整体质量的下降的关注，已经导致人们开发更方便的回收、处理方法和/或对可用的烃类资源的利用。原位处理方法可被用于从地下地层中移除烃类物质，这些烃类物质之前是很难得到的，和/或采用现有方法需高昂代价才能提取得到。在地下地层中的烃类物质的化学和/或物理特性需要进行改变以使得烃类物质可被更容易地从地下地层中移除和/或增加烃类物质的价值。化学和物理改变可包括以下的原位反应:生产可移除的流体，以及在地层中的烃类物质的成分改变、溶解度改变、密度改变、相位改变和/或粘度改变。
[0003]已经在北美洲、南美洲、非洲和亚洲发现包含在相对可渗透的地层中的重的烃类(重油和/或焦油)的大量沉积。焦油可从地表开采，并升级为较轻的烃类，例如原油、石脑油、煤油和/或汽油。表面开采方法可进一步从沙中分离浙青。所分离的浙青可采用传统的精炼方法而转化为轻的烃类。开采和提升焦油沙的方法通常比从传统的油藏中产生轻的烃类更昂贵。
[0004]对于油页岩的干馏方法可被总体上分为两个主要类型:地上(地表)和地下(原位)。油页岩的地上干馏通常涉及开采与能耐高温的金属管的架构。从这样的干馏中产生的油的质量通常是差的，因而需要代价昂贵的升级。地上干馏还不利地影响环境和水资源，因为开采、运输、处理和/或干馏物质的沉积。许多美国专利已经提出，它们涉及油页岩的地上干馏。目前可用的地上干馏方法包括:例如直接的加热方法、间接的加热方法和/或它们的组合。


【发明内容】

[0005]本发明的【具体实施方式】涉及用于加热在封闭体(例如，矿井或蓄液池或容器)内的含烃物质(例如，浙青砂或含油母的岩，如煤块或油页岩块)的方法和装置。含烃岩石被引导进入该封闭体内以在那里形成岩床(例如，填充床)。氧气可被抽空(例如，在真空下或者通过惰性残气)以便在该封闭体内产生基本缺氧的环境。在不同的实施例中，封闭体可以是矿井，或者蓄液池或者容器。该封闭体可以是完全低于或部分低于地面水平，以及部分高于或完全高于地面水平。
[0006]与含烃岩石热连接的加热器的操作可足够地加热该岩石以将油母或浙青转变为热解地层流体，包括烃类热解流体。地层流体可通过生产管道被回收，或通过定位在封闭体的底部或接近于底部的液体出口被回收，和/或通过定位在封闭体的顶部附近的蒸汽出口而被回收，或者以任意其他方式来回收。
[0007]在从矿井中获取它们后，可将例如丙烷和丁烷的NGL (天然气液体)与甲烷和乙烷气体相分离，因为NGL具有高的经济价值。也可从所产生的气体中分离氢气，用于所产生的岩油或煤油的升级。
[0008]—些具体实施例涉及以一定方式加热含烃岩石(例如，煤块或油页岩块，或浙青砂)的床，该方式具有改善的效率和/或使资产花费最小化和/或加速该加热过程，以致使烃类热解流体快速回收。为此，这里公开了这样的技术，其中，热能是从熔盐加热器被传输到含烃岩石，和/或从浸没式加热器被传输到含烃岩石，和/或在主要热传输机制为对流的系统中被传输到含烃岩石。
[0009]一些具体实施例涉及用于使热处理含烃岩石的经济价值和/或环境价值最大化的装置和方法，例如，通过以这里公开的方式升级煤。一些具体实施例涉及相对容易从容器中去除热处理的岩石(例如，升级的煤)所构造的装置——例如，以某种方式使去除成本最小化或便于容器的再生利用。
[0010]在一些具体实施例中，涉及热对流和足够的热传递，热能是主要由液体浸没式加热器来传输到含烃岩石，该加热器被设置在容器的底部或接近于容器的底部。特别地，加热器可被浸没在烃类流体的储液器内(例如，具有300至400度的熔点)，加热器被定位在容器的底部或接近于容器的底部。在加热器与直接接触加热器的液体之间的直接热偶联可显著增加(例如，增加一个或多个量级)来自这些加热器的热传输效率以加热浸没的储液器的烃类流体。
[0011]储液器内的热烃类流体(也就是，那里的沸腾的液体或蒸汽)向上升起到在岩床的上面或接近岩床的顶部一例如，通过一个或朵儿垂直的导管，这些导管垂直地穿过该岩床。垂直的导管的存在可有助于使来自加热器的热能部分最大化，这些热能直接迁移到岩床的顶部。
[0012]烃类流体的向上迁移对流地由浸没式加热器传递热能到在岩床的上面或接近于岩床的顶部的位置。当这个烃类流体随后向下回流穿过岩床，由该浸没式加热器供应的热能是对流地传输到岩床的内部。
[0013]在一些具体实施例中，垂直导管的壁是液密的和/或绝热的，以致在烃类流体的向上迁移过程中，储液器来源的烃类流体的大部分或全部热能保持在垂直的导管内。因为在烃类流体的向上迁移过程中只有相对小部分的热能被传输到岩床，可以说，从加热器到岩床的热能的主要热传输机制是向下热对流。特别依赖于热对流的一个优势是:它是由重力协助的，可以更为有效率。
[0014]本发明的一些具体实施例提供了两个关于效率的特征:(i)热能传输到来自浸没式加热器的烃类流体；以及(ii)重力协助的向下热对流到岩床。
[0015]本发明的一些具体实施例涉及对流的再沸腾回路。在这些具体实施例中，来自浸没式加热器的热能可使储液器的液体沸腾为可凝结的烃类蒸汽——例如，该液体可在进入垂直导管或在垂直的导管内时形成蒸汽相。因为热烃类蒸汽的较低密度，重力可驱使这些烃类蒸汽向下迁移。该烃类蒸汽可凝结在(i)岩床的上面，和/或(ii)岩床内——例如，在它的上半部或者蒸汽向下移动进入岩床内。在后面的例子中，在岩床内凝结的烃类蒸汽传输相变热焓到烃类岩石，进一步增加加热过程的热效率。
[0016]作为再沸腾回路的一个替代例子，浮力驱动加热的气相烃类流体从储液器向上迁移，可能利用气体升高或其他泵系统来驱动气相烃类流体从储液器向上迁移，从容器的底部升高到在岩床的上面或接近于岩床的顶部的位置。在这些具体实施例中，烃类流体是穿过垂直的导管来发送的，然后回落穿过岩床。在再沸腾的具体实施例(也即是，蒸汽穿过垂直的导管向上迁移)与液体实施例(也即是，烃类流体或多相流动，主要包括穿过垂直的导管向上的液流)中，岩床可被这样加热以致岩床的上部位置的油母或浙青是在岩床的下部位置之前被热解的。因此，在一些具体实施例中，可观察到前面的向下移动的热解。
[0017]在一个优选的具体实施例中，虽然不必要，浸没式加热器是熔盐加热器。熔盐加热器是优选的，因为它们具有高的热效率和均匀的温度。
[0018]而且，需要注意的是，熔盐可被应用为在加热器中的热传输流体，这些加热器不必然是浸没式加热器。例如，正如下面所讨论的，熔盐加热器可被设置在封闭体的壁上或在它的壁内。
[0019]在一些具体实施例中，在油母或浙青被热解且回收烃类热解流体之后，可密封所述封闭体。可选择地，热解后的岩石可从容器内回收，该容器可被再利用。例如，在容器内可以足够地热解烟煤，以致升级烟煤为更有价值的和更环保的良性无烟煤。
[0020]在一些具体实施例中，用于热解含烃岩石的装置可缺少平行方向的加热器，这些加热器是被设置在显著高于封闭体的底板的位置，或者便于从封闭体中去除升级的煤。例如，嵌入在封闭体的壁或底板的水平对流加热器或者在封闭体的壁或底板外面的水平对流加热器可被用于加热含烃岩石至热解温度。
[0021]在一些具体实施例中，采用平行加热器，它们可在较长的长度上维持恒定的预先选择的温度。加热器可以是电加热器，例如Curie加热器或SECT加热器。这些加热器可以是通过热传输介质来加热的管，热传输介质例如熔盐、加热的油，以及诸如C02、氮气或蒸汽或燃烧空气。
[0022]加热的熔盐可通过管道进行循环以使在较低部分的油沸腾，以便热解在矿井内的油页岩或煤。熔盐加热的优势是极高的热能效率和熔盐的高的热传输效率。仅需要小直径的管道，在长的长度上可获得均匀的温度。因此，矿井表面的长度是非常长的，例如至少30米或至少100米或至少200米或至少500米或更长。该管道也可在矿井内循环，以致外部管道歧管更少连接，使泄漏的机会更少。
[0023]在煤的例子中，矿井或堆的顶部密封在后加热被打开，以移去不挥发的煤。这种煤比初始煤更有价值，因为它具有更高碳含量、更高发热值、超低湿度和挥发性，以及更低含硫量。在去除后处理的煤之后，可以新鲜煤填充矿井以进行下一步热解。热解后的煤也可以在矿井中用蒸汽清洗，该蒸汽仍然足够温暖以去除煤的灰，并进一步将该煤升级为最高冶金级的煤。循环蒸汽可用于煤的冷却和清洗。
[0024]矿井可采用移土设备在等级水平之下进行构造。该矿井可以布满黏土，例如膨润土，以使得壁和底部可渗透液体和蒸汽。选择一个位置，该位置的表面地质是天然形成的黏土以致不需要布满矿井，这也是可取的。

【专利附图】

【附图说明】
[0025]为了有助于本发明的理解和图解式讨论的目的，这里仅通过实施例结合所附的附图和图像的方式来进行描述。在这个方面，参考附图的说明可使本领域技术人员清楚了解本发明的【具体实施方式】可以怎样实施。在这些图中显示的部件的尺寸和特征是便于选择和简明的表示，而不是表明实际的尺度。这些附图不应被视为蓝图设计规范。
[0026]图1A-1B、图5-12和图17显示了基于回流的系统，其中，储液器的烃类流体的重复沸腾可对流地将在储液器内浸没的加热器的热能传输到岩床的多个不同位置。
[0027]图2和图13-18涉及用于含烃岩石(例如，开采的油页岩或开采的煤或浙青砂)的热解的系统，这些含烃岩石被布置在岩床内，在由壁嵌入式加热器的挖掘的封闭体的内部。
[0028]图4A-4B涉及用于再利用挖掘的封闭体的内部的方法。图4B和图19_22涉及用于升级在挖掘的封闭体内开采的煤的技术。
[0029]图3和图23-24涉及这样的系统，其中，含烃岩石的岩床是由穿过岩床的水平的熔盐加热器来加热的。

【具体实施方式】
[0030]概述
[0031]本发明的【具体实施方式】涉及用于在封闭体(例如，矿井或蓄液池或容器)内加热含烃物质(例如，浙青砂或含烃岩石，例如煤块或油页岩块)的装置与方法。含烃岩石被引导进入该封闭体内以在那里形成岩床(例如，填充床)。氧气可被抽空(例如，在真空下或者通过)以便在该封闭体内产生基本缺氧的环境。在不同的实施例中，封闭体可以是矿井，或者蓄液池或者容器。该封闭体可以是完全低于或部分低于地面水平，以及部分高于或完全高于地面水平。
[0032]与含烃岩石热连接的加热器的操作可足够地加热该岩石以将油母或浙青转变为热解地层流体，包括烃类热解流体。地层流体可通过生产管道被回收，或通过定位在封闭体的底部或接近于底部的液体出口被回收，和/或通过定位在封闭体的顶部附近的蒸汽出口而被回收，或者以任意其他方式来回收。
[0033]含烃岩石的例子是含油母的岩石(例如，开采的油页岩或开采的煤)以及含浙青的岩石(例如浙青砂)。
[0034]图1A-1B、图5-12和图17显示了基于回流的系统，其中，储液器的烃类流体的重复沸腾可对流地将在储液器内浸没的加热器的热能传输到岩床的多个不同位置。图2和图13-18涉及用于含烃岩石(例如，开采的油页岩或开采的煤或浙青砂)的热解的系统，这些含烃岩石被布置在岩床内，在由壁嵌入式加热器的挖掘的封闭体的内部。图4A-4B涉及用于再利用挖掘的封闭体的内部的方法。图4B和图19-22涉及用于升级在挖掘的封闭体内开采的煤的技术。图3和图23-24涉及这样的系统，其中，含烃岩石的岩床是由穿过岩床的水平的熔盐加热器来加热的。
[0035]图1A-1B是用于热解布置在岩床110内的含烃岩石的床体的基于回流的表面矿井系统的水平的横截面示意图——例如，根据任意填充(例如随机填充)方式布置的岩床。在图1A-1B所示的例子中，布置在矿井的底部的多个加热器134加热矿井的内部以致加热岩床110的含烃岩石。正如下面所讨论的，对于图1A-1B所示的例子，热对流是从岩床110的加热器134传输热能的显著机制。
[0036]正如在图1A-1C中所示，加热器134被浸没在矿井底部的烃类流体的储液器114内。通过浸没式加热器118对储液器114的液相烃类流体的加热，可驱动烃类流体向上移动，例如，通过蒸发这些流体，或者通过减少烃类流体的密度。被向上驱动的加热的烃类流体⑴通过下开口 144进入垂直的烟囱126 ;(ii)穿过垂直的烟囱126向上迁移到基本垂直穿越的岩床110 (参见向上迁移的可凝结的烃类蒸汽(UMCHCV));以及(iii)通过上开口148排出垂直的烟囱。
[0037]加热的烃类流体可在进入烟囱126或在烟囱内时蒸发。因此，正如图1A-1B所示，由沸腾的储液器114的液体产生的烃类蒸汽穿过垂直的烟囱126向上迁移——这些向上迁移的蒸汽被标记为“向上迁移的可凝结的烃类蒸汽(UMCHCV)”。因为在烟囱126中的液流阻力是显著低于在岩床110中的阻力，烟囱126的存在可显著增加热能对流迁移和向上迁移到岩床110的顶部的速率。
[0038]一旦排出垂直的烟囱126，当在此压力下接触到温度低于沸点温度的表面时，烃类蒸汽可凝结为液相。作为向下回流穿过岩床110的凝结的烃类流体(也即是，标记为“向下迁移的烃类流体(DMHCL) ”)，它们对流地加热岩床110的岩石——例如，足够地热解其中的浙青或油母。
[0039]因此，图1A-1B涉及回流或再沸腾的回路，烃类流体是重复沸腾以便足够和对流地从浸没式加热器传输热能(例如，在相对“大的距离”)到岩床110的多种位置，包括在相对“高”的高度的那些位置。在图1A-1B所示的例子中，大多数向上蒸汽迁移发生在垂直的烟囱内，其中，对于液流的阻力是在岩床110内可观察到的平均液流阻力的至少10倍或至少100倍或至少1000倍一因此，烟囱126的存在可显著增加热能从浸没式加热器对流到岩床110的效率。
[0040]因此，图1A-1B所示的系统的一个优势是:需要热解岩床的油母或浙青的时间量更短。
[0041]图2显示了用于在挖掘的封闭体(例如，矿井或蓄液池)的内部热处理含烃岩石的岩床110的表面矿井系统的一个例子，它是由熔盐加热器来加热的。在图2所示的特殊例子中，垂直的熔盐加热器(VMSH) 178是被安排在高而细的烟囱184内——也就是，烟囱184的高度与它的至少一个水平尺寸(例如，更小的水平尺寸)之间的比率可以是至少5或至少10。岩床110的岩石是被安排在封闭体(例如矿井)的室的内部。
[0042]包括岩床110的挖掘的封闭体的至少一个壁是由垂直的熔盐加热器178来加热。在图2所示的例子中，岩床110的主要加热机制是通过从封闭体的壁传输热能到岩床110来实现(也即是，由“嵌入的加热器”来加热)。
[0043]正如下面将要讨论的，图2所示的装置的一个优势是:由于采用了熔盐(一种极有效的热传输流体)而具有效率。图3是包括熔盐加热器的表面矿井系统的另一个例子——在图3所示的实施例中，熔盐加热器包括水平的导管，这些导管穿过含烃岩床。虽然上面未明确指出，图1A-1B中的浸没式加热器1343可以是熔盐加热器。
[0044]再次参见图2。主要取决于壁嵌入的加热器，而不是定位在岩床110内的加热器(例如，穿过岩床110的平行导管加热器)，可显著容易地去除热解后的岩石，以再利用该矿井来热解另一批含烃岩石。正如下面将要详细讨论的，在一些具体实施例中，这些热解后岩石可以是有价值的和/或环保的固体烃类资源。
[0045]图4A是用于再利用封闭体的程序的流程图，在该封闭体已经用于热解岩床的含油母或浙青的岩石之后。图4B涉及以下的特殊例子:(i)从在封闭体内的岩床开采的烟煤块；以及(ii)烟煤是在封闭体内被升级为无烟煤一例如，加热器被操作为提供必需的时间-温度加热历史记录。正如下面所讨论的，⑴无烟煤是非常环保的和潜在地比烟煤更有价值；以及(ii)在一些具体实施例中，图4B所述的技术可需要使烟煤经历更严格的时间/温度历史，相比于人们仅感兴趣于获得烃类热解流体的情形所需要的历史。
[0046]对于本发明，当目标或位置的温度是“显著增加”时，需要增加至少25摄氏度或至少50摄氏度。
[0047]对于本发明，“挖掘的封闭体”是指人工挖的矿井或天然矿井(也就是，以某些方式改造的)或者是指通过挖掘形成的或改造的一堆土或泥土——例如，形成一个至少部分高于地面的蓄液池。
[0048]对于本发明，“基本大多数”是指至少75%。
[0049]对于本发明，当流体(例如熔盐或任意其他流体)是“热”的，它的温度是至少200摄氏度或至少300摄氏度。
[0050]基于回流的系统
[0051]对于本发明，“烃类回流循环”是指:(i)使烃类流体沸腾成为可凝结的烃类蒸汽；
(ii)烃类蒸汽向上迁移；(iii)在比液体沸腾之处更高的位置(例如，在岩床的上面或在岩床的顶部)，所述烃类蒸汽凝结回液体；(iv)重力驱使热的烃类流体向下迁移，流经岩床以对流地将热能从烃类流体传输到岩床的岩石。需要凝结的烃类流体的“回流循环”以便再次沸腾称为烃类蒸汽以重复向上迁移、凝结，以及向下迁移以对流地传输热能到岩石。
[0052]正如上所述，图1A-1B、图5-12和图17显示了基于回流的系统，其中，储液器的烃类流体重复沸腾对流地将热能从浸没在储液器内的加热器传输到岩床的多个不同位置。
[0053]为了在封闭体内(例如，在“矿井”内)产生缺氧环境，该矿井可被密封。在图1A所示的例子中，矿井是从顶部通过液密的覆盖层138(例如，包括泥土)来密封的。而且，黏土衬垫152的存在可将流体保持在挖掘的封闭体的内部。诸如混凝土衬垫156等绝热体的存在可将热能保持在挖掘的封闭体的内部。作为黏土衬垫152和/或混凝土衬垫156(也即是，在不同的图中所显示的)的一种替代，可以(例如参见图10B)选择一个位置，该处地表下的岩石具有低的渗透性以将流体保持在封闭体内部，和/或是一种好的绝热体以将热能保持在封闭体内。在另一个实施例中，可以采用冰冻的壁和/或黏土密封壁和/或硫壁来保持流体——这可被设置在接近挖掘的封闭体或远离之处。例如，冰冻的壁和/或黏土密封壁和/或硫壁的结构可包封多个挖掘的封闭体。
[0054]正如图5所示，岩床110是由格栅(例如，钢格栅120)来支持，它不是液密封的，但它具有比岩床110的岩石的特征尺寸更小的孔尺寸。格栅的特征孔尺寸是小的(例如，最大1cm)以致阻止岩床110的岩石落入和堵塞储液器114。而且，在一些具体实施例中，不可热解的岩石的第二岩床(例如，致密砾石过滤器122)也可实现这个目标。
[0055]正如在图5中所示，储液器114的上部水平118可被保持为高于加热器134，以致加热器134保持浸没在储液器114内。在一些具体实施例中，上部水平118是保持为低于整个岩床110。
[0056]正如上所述，一旦可凝结的烃类蒸汽从烟囱126的顶部的上开口 148排出，它们可在高于岩床110的位置或岩床110的顶部凝结，但在密封的挖掘的封闭体内，例如，由于在封闭体的顶部的较低温度处凝结。在一些具体实施例中，为了水平地分布液相的凝结的烃类流体到在岩床110内的不同位置，可以有用地在岩床110上面提供液体分配系统，以致将凝结的液体分布在岩床110的多个水平的位置上。
[0057]在图6至图8所示的例子中，一组扩展器托盘220是被安排为高于岩床110。在扩展器托盘上凝结的烃类蒸汽导致烃类流体(例如，在它的沸点或接近沸点处)积聚在扩展器托盘220上的“上储液器”214。因为上储液器214是由烃类蒸汽的凝结来供应的，蒸汽通过烟囱126的上开口 148排出，它可被称为:上储液器214是由下储液器114来供应的。虽然在图6-7中显示了多种扩展器托盘220，这并不是一种限制，而在一些具体实施例中，单独的扩展器托盘220 (例如，内部具有多个空隙224)也可被安排在封闭体内。
[0058]烃类流体回落经过在扩展器托盘内或者之间的一个或多个空隙224，然后回落经过岩床110。正如图7所示，扩展器托盘组件(例如，包括空隙224)是有用于平行分布烃类流体(也就是，来自在岩床110上的凝结)贯穿岩床110。
[0059]在图8所示的实施例中，每个空隙是连接有一个唇缘228。为了上储液器214的烃类流体能向下流经给出的空隙，上储液器214的水平将会超过在扩展器托盘220上的唇缘228的高度。围绕每个空隙220的唇缘228的存在有助于临时地平滑凝结的液体向下流经空隙220进入岩床104的速率。唇缘228的存在有助于调节在上储液器内的烃类流体的量。
[0060]由本发明的【具体实施方式】所提供的一个显著特征是:在岩床的上半部向下热传送是由在岩床110下面的加热器(例如，浸没式加热器)来驱动的。因此，不管这样的事实，即大多数或基本大多数传输到岩床110的热能来自低于岩床110的加热器,可以在岩床110的上半部产生向下热传送(也就是，通过垂直的烟囱126)。
[0061]在一些具体实施例中，作为向下热传送的结果(例如，由浸没在下储液器114的烃类流体内的加热器134所供应的热能的驱动)，在岩床110的非常高的顶部的含烃岩石的油母或浙青被加热至热解温度，在岩床120顶半部内的较低水平的岩石的油母或浙青被加热之前。因此，在一些具体实施例中，正如在图9A-9C中所示，可在岩床110的上半部观察到向下移动的热解前部。
[0062]正如参见上述的图4A，在一些具体实施例中，再利用挖掘的封闭体(例如矿井或蓄液池)是可取的。在图1OA中显示了这样的再利用的一个特征。基本垂直的烟囱126可以一定方式被安装到支撑格栅120，以致垂直的烟囱是可分离的。在图1OA所示的例子中，烟囱126可被安装在格栅上，以致烟囱126的低末端的盖被安装入管口。在一个实施例中，在安装烟? 126之后，岩床110是通过将含烃岩石引导进入挖掘的封闭体来形成的。接着，可加热该岩床一例如，热解其中的油母或浙青。在热解之后，可以在去除大多数岩床110之前，(i)解开烟囱126的远端到安装在格栅上的安装口 ；(ii)从挖掘的封闭体拉出垂直的烟囱126 ;以及(iii) 一旦烟囱已经被移出，且在岩床110的内部缺乏加热器和其它设备，从岩床110挖出岩石。在参见图2和图13-18另外讨论的壁嵌入式加热器的实施例中，图1OA的技术可便于矿井再利用和/或岩床110的后加热的岩石的经济波动。
[0063]现在参见图10B。在图1OB所示的实施例中，不需要黏土衬垫。
[0064]图11是本发明的另一个具体实施例的示意图。在图11所示的实施例中，烟囱是定位在挖掘的封闭体的壁上。相比于图1A-1B和图5所示的例子，这里的烟囱是被岩床102环绕的。
[0065]在图11可见，可应用于所有基于回流的实施例是用于调节液体水平118的装置。流体水平传感器和自动控制阀保持沸腾的油的水平高于加热器。当发生热解时，在这个水平上附加的煤或页岩油的烃类流体是通过自动控制阀流经生产管来生产的。
[0066]在矿井外面，从该矿井生产的液体烃类进入分馏塔。具有预先选择的沸点的煤油或页岩油被去除，并排入该矿井的底部，仅在沸腾的烃类流体之上。从分馏塔的这个循环不断更新在矿井底部的沸腾的烃类，并将沸腾的烃类的成分保持在期望的沸点范围。
[0067]对于本发明，当岩床被定位在封闭体内，“外部加热器”是指定位在岩床所位于的室或区域之外的加热器。这不同于在岩床内的加热器——例如，穿过岩床的导管。
[0068]在加热过程中，储液器的水平118覆盖加热器管道。在这些管道之间的空间是被计算为提供连续沸腾的油。典型的加热器空间可以是例如5英尺、10英尺或更大。从浸没在油中的加热器管传输的热可以是1000瓦/英尺、5000瓦/英尺、10000瓦/英尺或更高。理想的间距可以是由数值模拟或通过实验室中的尺寸模型实验来确定的。
[0069]将煤或页岩油加热至热解温度是通过回流法来获得的，其中，沸腾的烃类蒸汽凝结在矿井的较冷区域，给予蒸发的热量。液体烃类回到油槽，由于重力和毛细力而经过煤或油页岩矩阵。这个回流法可通过增加开槽的管而得以增强，以便提供蒸汽流到较冷区域的优先通道，正如在图2中所示。这些开槽管可沿着矿井的侧面和中间来定位，并可沿着该矿井的长度来延伸。可增加多行管道以进一步增强该回流过程。凝结可首先发生在矿井的底部或接近矿井的底部，并在加热过程中向上发展。将矿井加热到热解温度的时间将会由在该矿井内填充的煤的热容量除以从所有加热器输入的总热量减去任何周围环境的热损失来大致确定。
[0070]储液器114的烃类流体可被用于启动加热，该烃类流体可以是沸点高于300°C的柴油。加热器管将被加热至这样的温度，即加热器管皮温度是高于柴油的沸点，但不高于375°C，柴油在375°C会发生焦化。理想的温度可以是在300 - 375°C >325 - 370°C或340 -360°C的范围。当在更高温度范围内操作时，加热器管道可被涂布结焦抑制剂(例如硅酸盐)以避免形成水垢。
[0071]当热解进行时，凝结的烃类热解流体将与柴油在矿井的底部混合。沸点分布将会逐渐改变为页岩油或煤油的沸点。如果该沸点分布导致太高的温度提升，循环添加柴油进入底部区域是可取的，以便维持上述的沸点范围。
[0072]正如在图11中所示，流体水平传感器和自动控制阀保持沸腾油的水平在加热器之上。当发生热解时，在这个水平之上的附加的页岩油的液体烃类是通过自动控制阀经过生产管而被生产的。
[0073]在矿井外面，从该矿井生产的液体烃类进入分馏塔。具有预先选择的沸点的页岩油被去除，并排入该矿井的底部，仅在沸腾的烃类流体之上。从分馏塔的这个循环不断更新在矿井底部的沸腾的烃类，并将沸腾的烃类的成分保持在期望的沸点范围。
[0074]在矿井内的压力可被维持在大气压力或在升高的压力(例如，I至3大气压)。在热解过程中压力越高，产生的油和气的质量越高。可被保持的压力是由矿井的深度和在密封盖上加入的泥土量来确定的。更高的压力改善了油的质量，但增加了从矿井泄漏气体的可能性。
[0075]也可采用不可凝结的气体保持压力，以便控制回流法的高度，因而控制在给定时间内被加热的煤或油页岩的体积。这样使需要用于回流法的柴油的起始量最小化。当在矿井的较低区域发生热解时，压力被降低，产生的煤油或页岩油加入到回流供应中，并在该矿井内建立递增更高的回流点。
[0076]回流油的沸点分布也可通过调节在矿井内的压力来改变，以获得期望的不同的加热温度。沸点温度可通过提高压力而被增加。理想的压力可以是在1-3大气压的范围。例如，十六烷在I大气压的沸点为约300°C。在2大气压时，沸点增加到约350°C。通过在升高的压力和温度操作矿井，在热解的末段，通过降低矿井的压力，保留在矿井内的烃类流体可被变为蒸汽。
[0077]在一些具体实施例中，生产管可被定位在矿井或土堆内。从在矿井或土堆底部的生产管产生液体，从在矿井或土堆顶部的生产管产生气体。
[0078]密封盖的顶部可覆盖有耐火陶瓷或黏土或两者的结合的绝热层，以致限制损失到环境中的热量。可在邻近于现有矿井的地方构建附加的矿井(图12)。诸如处理设备和加热系统的表面设施可在多个矿井之间共享，因而降低了总表面足迹和资本花费。
[0079]可以Grayloc拟合方式来构建这些管道，以致它们可被容易地移除。这些管道是倾斜0.1-20的角度(参见图24)以致熔盐可从这些管道自排出，而其他熔盐装置进入较低的熔盐容器，它可被放置在低于在下流侧的等级。
[0080]具有嵌入墙内的熔盐加热器的坑或堆的热传导加热
[0081]图2和图13-18涉及用于含烃岩石(例如，开采的油页岩或开采的煤或浙青砂)的热解的系统，这些岩石被安排在由壁嵌入式加热器的挖掘的封闭体的内部的岩床内。
[0082]正如在图2中所示，矿井首先被挖掘。该矿井可被填充黏土，例如膨润土，以使得底部可渗透液体和蒸汽。选择一个位置，该位置的表面地质是天然形成的黏土以致不需要布满矿井，这也是可取的。矿井可被构造为低于等级水平，采用在开放矿井开采领域所熟知的移土设备。然后，可将诸如低密度耐火陶瓷(防火砖)的硬绝热层放置在黏土屏障的内部，以减少对于环境的热损失。矿井的壁是由密封的金属结构来构建，加热器管是嵌入在该结构的壁内。加热器壁的底部延伸进入黏土层，在它们的交叉处产生密封。然后，该矿井被填充油页岩、煤块、浙青砂或其他含烃原料。
[0083]绝热层可被放置在矿井的顶部以减少热损失。然后，以不可渗透的层覆盖该矿井，它是在壁的顶部被密封的，以避免流体或蒸汽逸出。这个层可以是黏土、不锈钢衬垫、硅橡胶或其他不可渗透的材料。在矿井的顶部的绝热层可被定位在不可渗透层的上面或下面。如果该绝热层是定位在不可渗透层的下面，它优选地包括闭合的绝热室以避免液体聚集在绝热层内。优选地，绝热层和不可渗透的密封可由柔性材料制成，以致它可随着矿井的填充在合适位置滚动，以及在完成热解过程后不再滚动。
[0084]正如在图14中所示，多个矿井可被并排地安置，每个矿井与它的相邻矿井共享共同的加热器壁。在这个布置中，对于环境的热损失可被最小化。
[0085]在水平的加热器壁之间的间距是被计算以提供在约数月的时间段内的烃类物质的热对流加热。典型的加热器壁间距是例如10英尺、20英尺、30英尺或更大间距。加热器壁可沿着矿井的长轴或短轴来定向。
[0086]图13显示了在间距为16.4英尺(5米)的两个加热器之间的温度升高的例子，温度维持在500°C的恒定温度。填充床的热扩散性假设为0.004cm2/sec。当中平面的温度升至约325°C时，含烃原料的热解是在约3个月内完成的。除了通过热传导来传输热量之外，在填充床内的热流体的天然对流也会是有效的，能缩短加热时间，并使得在填充床内能够更均匀地加热。
[0087]矿井的组可以是非常长的，例如100英尺、300英尺、1000英尺、3000英尺或更长。矿井的宽度可以是50英尺、100英尺、200英尺、300英尺或更宽。矿井的深度可以是10英尺、30英尺、50英尺或更深。正如在图14中所示，支持两轴起重机的提升的结构可被安装在矿井之上。连接到起重机的机械爪或罩以运输到矿井的含经材料填充该矿井。后加热，斗式升运机清空该矿井称为容器，以便从安装地点中运走。该地点可定位为接近于铁路线或马路，以便于通过火车或卡车材料的运输到矿井的该位点或从该位点运走。还可在用于传送物质到矿井以及从该矿井传送物质的地点提供传送带。
[0088]对于矿井，宽度是相当长，例如100英尺或更长，支撑用于双周起重机的升高的轨道的柱子可被定位在图15中所示的矿井。用于柱子的地基可由绝热体(例如耐火陶瓷)来环绕，当环绕的矿井被加热的同时，可保持凉快。大量的柱子可被定位在矿井内，它们是足以机械地支撑所述起重机的升高的轨道。
[0089]加热器管是被嵌入在加热器壁内，辐射地加热这些壁至近似均匀的温度。加热器壁可由具有覆盖框架的金属薄片的金属框架来构造的。该金属薄片可沿着接合处而被焊接，以致从任何产生的蒸汽的出口起密封壁。金属框架可被设计和按尺寸制造，以便从矿井内的材料中处理负载物，无需大变形。壁的宽度是足够大的以增加加热器管的外直径，也是足够小的以致维持从加热器管传输到壁的大的立体角，因而增加辐射热传输的有效性。管的表面和壁的表面也可被变粗糙和变黑，以增加表面的热扩散性，然后辐射热传输。环绕加热器管的壁的内部可有效地作用为黑体，并维持基本恒定的壁温度。
[0090]具有好的热传导的低分子量气体，例如氢气或氦气可被加入到壁的内部空间，以进一步增强从加热器管到加热器壁的热传输。
[0091]在加热器壁内的空间也可填充具有高热传导性的固体颗粒材料，例如铜球、铝球或铁球，以增强从加热器管到加热器壁的热传输。
[0092]在加热器壁的金属框架内是支撑加热器管的结构。钢支撑框架可被石墨或其他高温润滑剂来润滑，以避免在加热器管的起始热扩散过程中发生粘连。加热器管可沿着壁的长轴而循环，并可在壁内具有多重通道，正如在图16中所示。在壁内的管道循环自然地产生了延展的回路以容纳热扩张。
[0093]在一些具体实施例中，安置在壁内的水平的加热器管沿着长的长度维持基本恒定的预先选择的温度，正如在图16中所示。加热器管也可在壁内被垂直地定向，正如在图2中所示。水平的加热器管的优势是长的长度，因而减少了个别加热器的数量和管连接的数量。垂直的加热器管的优势是:在加热过程中遇到故障时，它们能够容易地置换。
[0094]加热器可以是通过诸如熔盐、加热的油(例如Therminol VP_1 (Solutia)或DowTherm A (Dow Chemical))的热传输流体来加热的管道,它们是联苯(C12H10)和苯醚(C12H100)的共熔混合物，操作温度达到400°C，以及加热的其他，例如C02、氮气、过饱和蒸汽或燃烧气体。加热器也可以是电加热器，例如Curie加热器或SECT加热器。
[0095]根据一些具体实施例，熔盐是优选的热传输流体。熔盐具有高的热容量、低粘度，可在高温下操作，例如45(rc、55(rc、60(rc、70(rc或更高温度，取决于特定的熔盐。这样允许从循环的熔盐到加热器壁的高的热传输，采用合理的管直径和流速。管直径可以是例如3”、5”或更高。流速可以是例如lkg/s、5kg/s、15kg/s或更高。其他热传输流体(例如油或气体)也可被用于预加热这些管道，在熔盐的熔点之上用于本发明。
[0096]熔盐可包括硝酸或硝酸盐，例如HiTec盐、HiTec XL、太阳盐等。该熔盐也可包括碳酸盐、氯化物或氟化物盐类。该熔盐可以是化合物的单体、双体、三体、四体或其他混合物。该熔盐可被选择为具有375°C或更高的最大使用温度。
[0097]正如在图16中所示，热的熔盐是从熔盐传送系统被送入加热器管内。熔盐容器和在它们之间的外部管道是绝热的和伴热的，以避免热损失和熔盐的冷冻。有一个泵定位在熔盐容器内，将熔盐泵到加热熔盐的熔炉，并通过在壁内加热器管使熔盐循环。熔炉的加热可采用处理过的气体、天然气体、煤或油来实现。加热的气体可以是从这样的过程中产生的气体，即已经处理以去除不想要的成分，例如硫化氢、一氧化碳和二氧化碳，并将有价值的天然气液体与氢气分开。氢气可被用于氢处理设施以升级所生产的油品。硫化氢可在Claus厂被处理以制成元素硫，硫可被用于生产化肥。
[0098]在相同壁内的相邻加热器管之间的反向流有助于对矿井提供均匀的加热。加热器管可以在矿井内循环以致外部管道歧管具有更少连接和更少泄漏的机会。
[0099]熔盐热传递系统可获得非常高的热效率，例如80-90%，如果熔炉是多通路的，且进入的气体是由排出的气体预加热的。在矿井内加热器管道的长度相比于矿井外的绝热部分越长，熔盐加热器的热效率越高。如果在矿井内加热器的长度是例如矿井外的绝热部分的长度的十倍，总体加热效率可达到熔炉效率。
[0100]用于熔盐熔炉的气体也可通过将气体通过在之前热解的矿井内管道来预加热，该矿井还没有冷却。
[0101]正如在图16中所示，单独的熔盐加热系统可在多个矿井之间被共享，因而减少总体表面足迹和资本支出。液体和气体处理设施也可由多个矿井进行共享。
[0102]来自未加热的矿井的管道可采用来自其中一个相邻土堆或矿井的热传输流体来预处理。可选择地，气体燃烧室可被用于将燃烧气体吹过管道用于预加热。也可采用以下的管道电加热方式=Joule加热、皮肤效应加热或诱导加热。
[0103]从壁进入矿井的热注入率可以是500W/m2、1000W/m2或更高。来自单独加热器管的热注入可以是500W/m2、1000W/m2或更高，取决于热传输流体的温度和加热器管的直径和间距。在加热器管之间的理想间距可以通过采用诸如STARS(CMG，Calgary)的计算机程序的数值模拟或通过先导试验来确定。加热器管道的间距可以是例如5英尺、10英尺或更大。壁的厚度可以是例如0.5英尺、1.0英尺、1.5英尺或更大。
[0104]加热器壁可以通过采用正如上述加热方法的沸腾、回流和凝结来被加热。正如在图17中所示，由循环的熔盐加热的水平的管可被定位在壁的较低区域——例如，浸没在储液器的工作流体中。具有接近于期望的操作温度(350-700°C)的沸点的工作流体填充在壁内的空间达到覆盖加热器管的水平。加热器管使工作流体沸腾，蒸汽在壁上凝结，因而给予蒸发的热并将壁加热至接近均匀的温度。
[0105]对于期望操作温度范围350-700°C的工作流体可以是例如合成油、熔盐或熔金属的流体。本发明优选地米用例如 Therminol VP-1 (Solutia)或 DowTherm A (Dow Chemical)的合成油作为工作流体。这些油具有接近400°C的沸点，当压力升高至150psi。当在较高温度范围内操作时，壁的内侧可被涂布例如硅酸盐的结焦抑制剂，以避免形成水垢。
[0106]在矿井内的气压可以被维持在大气压或稍微升高压力(例如I巴尺度)。在热解过程中气压越高，所生产的油的质量越高。可被维持在矿井中的气压可由不可渗透的盖的密封质量来确定。在矿井中的更高的气压可改善油质量，但也增加了气体泄漏的可能性和来自矿井的气味。可替代地，可通过气体产生管施加轻微真空来收集蒸汽。这样减少了从矿井的气味泄漏的机会，但会导致油品质量的一些下降。
[0107]在第二个具体实施例中，含烃原料不是直接被填充进入矿井中，而是被运输到特别设计的可再生利用的由铁路或卡车运输的容器中的设施。这些容器可具有8X 9.5X48英尺的尺寸或更大尺寸。这些容器是被降低进入矿井，并被布置为在壁之间的矩形阵列，正如在图18中所示。在每个加热器壁之间，这些容器可被安排为单独的行或多行。这些行可具有在宽度和高度上的量级。
[0108]在一排加热器被设置在矿井内之后，绝热覆盖层可以在容器的顶部上被滚动。然后，这排加热器可由两个相邻的加热器壁来加热，将在容器内的材料带到热解温度。导热材料可被放置在相邻容器之间以增强在容器之间的热传输。液体和气体是通过在容器的顶部的口来生产，并在原位位置被处理。当连续排的容器被装载进入矿井时，加热新排的容器。在约3-4个月完全热解一排容器之后，这些容器将允许冷却。然后，具有后加热材料的容器是从矿井中移出，并被运输到设施之外。
[0109]在矿井中采用的容器可用高强度合金来制造，该合金具有良好的高温耐腐蚀性，例如347H不锈钢。容器的角落是圆的以降低在容器的多次热循环过程中的应力集中度。
[0110]为了使成本最小化，用于加热矿井的这些容器也可不同于运输容器。在本例中，后加热材料可以从加热容器被传输到运输容器。然后，运输容器可以是由标准钢铁制造的。
[0111]升级的煤
[0112]用于本发明的煤的类型优选地是在镜质组反射率Ro为0.45至0.9的范围，更优选的是0.5至0.8的范围。这个范围的煤类型包括:亚烟煤A、高挥发分烟煤C、B和A，以及中度挥发烟煤。这些类型的煤具有高的挥发性和低的潮湿含量。在热解过程中，所产生的烃类流体包括API重力高于30oAPI的轻油和具有最大Cl - C4含量和最小C02的烃类气体。低硫和低灰煤是优选的。
[0113]生产口可被定位在矿井或土堆的顶部，并穿透不可渗透的密封和绝热层。以蒸汽相产生的流体穿过顶部的口，然后分开液体和气体。所生产的油的API重力可以是30oAPI或更高。例如丙烷和丁烷的NGL (天然气液体)可与甲烷和乙烷气体相分离，因为NGL具有高的经济价值。氢气也可从所产生的气体中分离出来，用于所产生的油的升级。
[0114]图4B是用于升级在封闭体(例如，挖掘的封闭体)中的开采的煤的方法的流程图。在步骤S241中，煤块被引导进入该封闭体。在步骤S245中，在矿井和/或容器中的煤被加热足够长的时间，以致:(i)煤的油母是被热解为烃类热解地层流体，它可从封闭体中回收(参见步骤S249);以及(ii)煤自身被升级以增加煤的镜质组反射率和/或减少挥发成分和/或增加碳成分和/或降低潮湿含量和/或增加热量密度，按重量计算。
[0115]在步骤S243，升级的煤是从封闭体中移出。
[0116]在一个非限制性例子中，(i)在步骤S241导入的“输入”煤主要是烟煤(例如，高挥发烟煤)和/或亚烟煤和/或镜质组反射率低于1.2或低于1.0或低于0.8或低于0.6或低于0.4的煤；以及(ii)升级的煤，具有无烟煤的一个或多个特性，和/或是无烟煤。为达到这个目的，在一些具体实施例中，可以加热这样的煤以获得特别的时间-温度历史记录。例如，可以加热这种“输入煤”“多个月”的时间(例如，至少2个月或至少2.5个月或至少3个月或至少3.5个月或至少4个月或至少5个月或至少6个月或至少7个月)，以致所加热的煤的温度超过最低温度(例如，至少350摄氏度或至少375摄氏度或至少400摄氏度或至少425摄氏度或至少450摄氏度或至少475摄氏度或至少500摄氏度或至少550摄氏度或至少600摄氏度)，加热时间为在“数周”或“数月”时间段内的大多数时间或基本所有时间。
[0117]在一些具体实施例中，在数月的时间段内，煤床的最大温度是最大800摄氏度或最大700摄氏度或最大600摄氏度。
[0118]在一些具体实施例中，在步骤S253中移出的“升级的煤”(i)具有镜质组反射率为至少2.5或至少2.75或至少3.0或至少3.25或至少3.5 ;和/或(ii)包括低于12%或低于10%或低于8%或低于6%的挥发物质(也即是，按总重量计算，或按基于无灰的重量计算)；和/或(iii)具有热量高于33，000kj/kg或高于33，500kJ/kg或高于34，000kj/kg或高于34，500kJ/kg或高于35，000kj/kg或高于35，500kJ/kg(也即是，按总重量计算，或按基于无灰的重量计算)；和/或(iv)包括低于8%或低于6%或低于4%或低于3%或低于2.5%的硫(也即是，按总重量计算，或按基于无灰的重量计算)；和/或(V)包括至少88%或至少89%或至少90%或至少91%的碳(也即是，按总重量计算，或按基于无灰的重量计算)；和/或(vi)具有与称为“无烟煤”相关的一个或多个特性。
[0119]在容器和/或矿井的特征(例如，物理结构或任意其他特征)上没有限制，其中，图1所示的升级煤的程序被执行。
[0120]需要注意的是，获得特别的镜质组反射率特性和/或涉及“升级的煤”或“升级一个等级的煤”的其他特性所需要的时间-温度历史记录可以至少部分取决于以下的类型和/或特性:(i) “输入”煤与经受煤升级工艺的煤；以及(ii)由该工艺最终得到的升级的煤。
[0121]本领域技术人员可参见名称为“INSITU UPGRADING OF COAL”的W0/2003/036035专利申请以及名称为“Upgrading and mining of coal”的美国专利第6，969，123号,它们在这里以它们的整体引入作为参考。这些专利文献描述了将烟煤原位升级为无烟煤。这里公开了类似的情形，可在封闭体内复制，以致经济地生产升级的煤。
[0122]正如在图19中所示，在一些具体实施例中，当在较低温度操作时，和/或当升级到“较高等级”的煤时，和/或当应用“较低等级”的起始材料或“输入”煤时，需要更长的处理时间(也就是，通过在图19中所示的“负”斜面得到证实)。
[0123]图19所示的实施例显示了线性曲线一这是简化的例子，这些曲线的形状可以不同。
[0124]在图19所示的例子中，煤等级“X2”高于煤等级“XI”，而煤等级“Y2”高于煤等级“Y1”。图19是假设的例子，除非另外指出，它不应视为任何方式的限制。例如，这些“曲线”不必然是线性的，和/或互相平行。
[0125]图20A显示了在一些具体实施例中，涉及这里所公开的任意煤升级程序的时间函数的多种可测量的时间依赖性特性的时间依赖性。图20B显示了液体烃类和气体烃类从煤中产生的速率。图20A和图20B都涉及假设的例子，除非另外指出，图20A和/或图20B的任何特征不应视为限制。图20A和/或图20B的任何特征不应视为“实际尺度”，除非另外指出。
[0126]在一些具体实施例中，岩床是由烟煤形成的，大多数岩床是保持(也即是，在缺氧条件下)在至少375摄氏度或至少380摄氏度或至少385摄氏度或至少390摄氏度持续至少I周或至少2周或至少I个月或至少2个月或至少3个月或至少6个月。
[0127]在图20A所示的实施例中，在涉及在封闭体(例如，挖掘的封闭体)内在缺氧条件下升级的开采的煤的一个实施例中显示了煤的镜质组反射率和整体温度以及加热器功率水平。在时间的早段(时间段I)，煤的大多数油母被热解为可凝结的烃类热解流体(非正式地称为“液体”)，而在时间的后段(也即是时间段2)，产生大多数不可凝结的烃类热解地层流体。在时间的再后段(时间段3)，不论这样的事实，如果大多数热解流体已经从煤的油母中产生，可以连续输送显著的能量到煤场的煤以致连续地升级该煤。从经济的热解流体回收的观点，在时间段3将热能传输到煤可以是不需要的。然而，这里公开了:该方法有用于升级开采的煤。
[0128]再次参见图20A。在煤升级过程的不同时间段，本地煤的物理特性和/或化学特性可在容器和/或矿井内的不同位置上改变。在不同时间段可被监控(例如，通过从矿井和/或容器内移除煤以采样煤，和/或通过应用光纤系统来监控在矿井和/或容器内的煤)的一个煤特性是镜质组反射率。正如在图20B中所示，在时间t0-t5，在特定位置的温度和/或整体-平均镜质组反射率和/或在矿井和/或容器内的最大温度可分别表示为R0-R5。在一些具体实施例中，当输入煤被称为高挥发烟煤，RO是最大1.2或最大1.0或最大0.8或最大0.6或最大0.4。在一些具体实施例中，R2是最大1.6或最大1.4或最大1.2。在一些具体实施例中，R4是最大2.5或最大2.0或最大1.8或最大1.6。在一些具体实施例中，R5是最大2.4或最大2.6或最大2.8或最大3.0或最大3.2或最大3.4或最大3.6或最大3.8或最大4.0。
[0129]煤的预处理
[0130]煤的预处理是可取的，可生产最好质量的后加热的煤。初始煤的预处理可包括水洗以去除灰和变精细。煤块可被预定尺寸以选择尺寸范围，这将容易地堆积在矿井内以获得高垂直渗透性的填充。
[0131]在一些具体实施例中，在加热前对煤进行预处理以减少灰含量——例如，清洗煤(或可替代地，机械搅拌)以减少煤的灰成分(也就是，作为煤颗粒的“整体性质”)。在一些具体实施例中，在预处理之前，灰含量超过10%或超过15%或超过20%。在一些具体实施例中，灰含量被减少为不多于7%或不多于6%或不多于5%或不多于4%或不多于3%。在一些具体实施例中，灰含量被减少至少20%或至少30%或至少40%或至少50%或至少60 %或至少70 %或至少80 %。
[0132]去除无机物质的浮选步骤也可在将烟煤放置进矿井内之前进行，也可以在将烟煤放置进矿井内之后进行。去除灰可消除将无机物质加热到高温的需求。
[0133]预处理可在任意时间或任意位置进行。例如，该预处理可“原位”进行，在靠近容器或矿井或离位进行。
[0134]加热后的煤的后处理
[0135]在热解之后，矿井或土堆的顶部密封可被打开以移出不挥发的煤或油页岩。这个煤可以比初始煤更有价值，因为它具有更高碳含量、更高卡里路值、超低湿度和挥发性，以及更低的硫和氮。在去除了处理后的煤或油页岩之后，该矿井可被再次填充新鲜的煤或油页岩以便用于下一次热解操作。后加热的煤或油页岩也可以是在矿井中清洁的蒸汽，仍然在100°C以上，同时获得蒸汽脱附和更快速地冷却煤或油页岩。
[0136]例如，在矿井和/或容器内的大多数煤可被冷却至少150摄氏度或至少200摄氏度或至少300摄氏度，冷却时间不超过I个月或不超过2周或不超过I周或不超过3天或不超过2天或不超过I天或不超过12小时或不超过6小时。
[0137]在一些具体实施例中，可以对煤进行冷却，称为煤的蒸汽加工——也就是，引导液体水进入容器和/或矿井内以“快速”冷却煤到这样的温度:(i)低于150摄氏度或低于125摄氏度或低于110摄氏度；以及(ii)高于80摄氏度或高于90摄氏度或高于95摄氏度。通过对煤的“蒸汽加工”，可以同时(i)洗去煤的杂质；以及(ii)从“煤的快速冷却”中受益；同时(iii)保持煤基本干燥。
[0138]在可在步骤S133的移除之前，将煤在约100摄氏度的温度从容器和/或矿井中移出，或允许进一步冷却。
[0139]图22B涉及一个热解的例子，其中，当煤的温度达到100摄氏度时，液体水流入矿井的流速是每次引人注目地降低的(例如，降低至少80%或至少90% )。
[0140]在热解之后，可采用桶将煤从矿井中移出，勺走在加热器管的柱之间的煤。在热解过程中，煤可被升级，因为水和挥发物已经被移除。后加热的煤可具有更高的碳含量，更高的卡路里值，更低的硫、氧和氮，更高的镜质组反射率，以及比开采的煤更低的灰。因此，这个优质的煤产品可以比初始开采的煤的更高的价格进行销售。
[0141]通过将煤升级为不同的想要的等级，煤矿井的温度、加热时间和压力可以被调节以获得最大附加值。例如，高价值的超低挥发性无烟煤可被生产出来，适用于冶金焦化的PCI烧结。总体上，无烟煤可以是比更低等级的煤更有价值。
[0142]图23-24的讨论
[0143]图23是穿过岩床的水平的熔盐加热系统的横截面图。
[0144]正如在图24中所示，热的熔盐是从矿井的一侧被送入的，熔盐容器定位在该处。该熔盐容器和在它们之间的外部管道是绝热的和伴热的，以避免热损失和熔盐的冷冻。有一个泵定位在熔盐容器内，将熔盐泵到加热熔盐的熔炉，并通过在矿井内的加热器管使熔盐循环。熔炉的加热可采用处理过的气体、天然气体、煤或油来实现。加热的气体可以是从这样的过程中产生的气体，即已经处理以去除不想要的成分，例如硫化氢、一氧化碳和二氧化碳，并将有价值的天然气液体与氢气分开。氢气可被用于氢处理设施以升级所生产的油品。硫化氢可在Claus厂被处理以制成元素硫，硫可被用于生产化肥。
[0145]类似的熔盐热传递系统(罐、熔炉、泵和管道歧管)可被放置在矿井的相对侧，以再次加热来自矿井的冷却熔盐，并使熔盐在相对的方向上再次循环。在相邻加热器管之间的反向流有助于对矿井提供均匀的加热。代替第二种熔盐加热传递系统，加热器管可以在矿井内循环以致外部管道歧管具有更少连接和更少泄漏的机会。
[0146]在高的平均太阳光强度的地理区域，太阳光辐射可被用于加热热传输流体，采用太阳能收集器，例如抛物槽、抛物柱面反射器或者电力塔。抛物槽太阳能收集器是优选地作为合成油用于收集太阳能热量，也能作用为传输热量到矿井。而且，操作温度范围350-390°C匹配对于矿井所需的温度范围。为容纳每日的太阳能间歇性，能量可被存储在高温熔盐罐内，并相应地调整尺寸。
[0147]在完成热解之后，加热器被断电，在较低区域的油是从矿井内排出。一些煤或油页岩液体可保留在矩阵的孔内，可被蒸发和由循环气体来收集，例如通过矩阵的甲烷、CO2或氮气。这些气体可以是封闭循环的热交换器的一部分，涉及多个矿井，加热的气体是流经在相邻矿井内的预先热解的煤或油页岩来循环的，同时冷却后加热的矿井，并预加热相邻的矿井，因而增加更进一步工艺的热效率。
[0148]在本申请的说明书和权利要求书中，每个动词，“包括”、“包含”和“具有”以及它们的组合，是被用于指示该动词的对象不必然是部件、组件、元件或钙动词的宾语的部分的完全列举。
[0149]这里所引用的所有参考文献都以它们的整体引入作为参考。参考的对比文件不构成现有技术。
[0150]这里所采用的冠词“a”和“an”是指该冠词的一个或多于一个(也就是，至少一个)的语法对象。通过实施例，“一个元件”是指一个元件或者多于一个元件。
[0151]这里所采用的术语“包括”是指“包括但不限于”，可与术语“包括但不限于”替代地使用。
[0152]这里所采用的术语“或”是可与术语“和/或”替代地使用，除非另外明确指出。
[0153]这里所用的术语“例如”是指可与短语“例如但不限于”交替使用。
[0154]本发明已经采用具体实施例详细进行描述，但所提供的实施例并不应视为限制本发明的范围。所描述的具体实施例包括不同的特征，并非所有这些特征都是本发明的所有实施例所必需的。本发明的一些具体实施例仅采用一些特征或这些特征的可能的组合，本发明的具体实施例的变化已经被描述，本发明包含在已描述的这些具体实施例中说明的技术特征的不同组合，这是本领域技术人员所明确的。
【权利要求】
1.一种加热含烃岩石的方法，包括: a.将所述含烃岩石引导进入挖掘的封闭体的内部区域，以在那里形成岩床； b.维持烃类流体的储液器在所述挖掘的封闭体的内部区域的底部；以及 c.加热所述储液器的烃类液体以致维持在所述内部区域的烃类回流循环，以对流地加热含烃岩石。
2.一种加热含烃岩石的方法，包括: a.将所述含烃岩石引导进入挖掘的封闭体，以在那里形成岩床； b.加热含烃岩石足以显著升高大多数岩床的温度；其中，对于所述岩床的上半部的大多数水平位置，所述岩石是:(i)主要由配置在接近所述封闭体的底部的加热器来加热；以及(ii)以一定的方式来加热以致向那里传递热能的主要机制是向下对流。
3.一种热处理含烃岩石的方法，包括: a.将所述含烃岩石引导进入挖掘的封闭体的内部，以在那里形成岩床； b.加热含油母岩石至足以热解所述岩床的大多数油母或浙青，其中，对于所述岩床的上半部的大多数水平位置，加热所述岩石的主要机制是通过流经所述岩床的热的液体烃类进行对流加热。
4.根据前述任意权利要求之一所述的方法，其特征在于:在加热过程中，所述内部区域是被维持在缺氧状态下。
5.根据前述任意权利要求之一所述的方法，其特征在于:所述岩石的油母或浙青被热解，需要用于热解所述岩石的油母或浙青的至少一部分热能是通过烃类回流循环来供应的。
6.根据前述任意权利要求之一所述的方法，其特征在于:所述烃类回流循环垂直地跨越至少大部分所述岩床和/或所述挖掘的封闭体的内部区域。
7.根据前述任意权利要求之一所述的方法，其特征在于:所述烃类回流循环的液体烃类蒸汽主要在所述岩床和/或岩床的顶部凝结。
8.根据前述任意权利要求之一所述的方法，其特征在于:所述烃类回流循环的大部分烃类流体通过一个或多个垂直的烟?排出，所述烟?垂直地穿过所述岩床。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于:所述垂直的烟囱穿过所述岩床的内部。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于:所述垂直的烟囱的壁是液密封的。
11.根据权利要求8-10的任意之一所述的方法，其特征在于:所述垂直的烟囱的壁是是热导体以便于从(i)在所述垂直烟?内迁移的烃类流体到(ii)岩床的热传导。
12.根据任意前述权利要求之一所述的方法，其特征在于:由所述烃类回流循环所供应的热能是足以显著升高在所述岩床的顶部的至少一个位置的温度。
13.根据任意前述权利要求之一所述的方法，其特征在于:所述加热器是浸没式加热器，定位在烃类流体的储液器内。
14.根据任意前述权利要求之一所述的方法，其特征在于:所述烃类流体的储液器是定位在所述挖掘的封闭体的内部区域的底部，所述方法还包括:以一定速率从所述封闭体的内部区域移除烃类流体，所述速率维持所述储液器高于所述加热器但低于所述岩床的水平。
15.根据任意前述权利要求之一所述的方法，其特征在于:所述含烃岩石是被加热至足以热解那里的油母或浙青为烃类热解流体，所述烃类热解流体:(i)其沸点高于储液器的温度；以及(ii)与所述储液器的烃类流体混合；所述方法包括:响应所述混合，调节所述储液器的烃类流体的沸点，以避免或限制在所述储液器内流体的沸点的增加。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述沸点调节包括:引导相对低沸点的烃类可凝结流体进入所述封闭体的内部以混合进入所述储液器，所导入的流体的沸点是足够低于所述烃类热解流体的沸点。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，所述沸点调节包括:增加在所述挖掘的封闭体的内部的压力。
18.根据任意前述权利要求之一所述的方法，其特征在于:所述储液器的烃类流体的大气沸点是维持在300至400摄氏度。
19.根据任意前述权利要求之一所述的方法，其特征在于:所述烃类流体储液器占所述挖掘的封闭体的内部区域的体积的至少2.5%至5%。
20.—种加热在挖掘的封闭体内的含烃岩石的方法，包括: a.布置含烃岩石进入在所述封闭体内的岩床，以致一个或多个垂直导管垂直地穿过所述岩床; b.分别在高处和低处维持含烃液体的上储液器和下储液器，所述低处是在所述封闭体的底部并低于所述岩床，所述高处是在所述岩床的顶部或高于所述岩床的顶部； 其中，所述含烃液体的上储液器是主要由所述下储液器的含烃液体的沸腾来供应的，以致从那里形成的蒸汽垂直地穿过所述岩床，并凝结进入所述上储液器； 其中，用于热解的至少一些热能是由烃类流体从所述上储液器到所述下储液器穿过所述岩床的向下运动来供应的。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于:所述上储液器的底板包括多个空隙，烃类流体从这些空隙向下流入所述岩床。
22.根据权利要求20所述的方法，其特征在于:所述空隙是分布在所述岩床之上，以致水平地均匀地将烃类流体从所述上储液器向下分布进入所述岩床。
23.一种用于生产烃类的系统，包括: a.含油母或含浙青的岩床，定位于封闭体内； b.烃类流体储液器，定位在所述封闭体的底部； c.一个或多个浸没式加热器，定位在烃类流体的储液器内； d.—个或多个垂直烟?，垂直地穿过所述岩床； 所述系统被这样配置以致所述浸没式加热器由流经所述烟?并经过所述岩床的烃类回流循环对流地加热所述岩床的岩石。
24.根据权利要求23所述的系统，其特征在于:所述封闭体的内部是缺氧的。
25.一种用于生产烃类流体的系统，所述系统包括: a.挖掘的封闭体，限定由多个包括壁和底板的封闭表面所限制的内部区域； b.含油母或含浙青的岩石，被安排在所述挖掘的封闭体的内部区域内，以在那里形成岩床; c.外部加热器，被配置为主要通过外部加热所述封闭表面来加热在所述封闭体内的岩床的岩石，以致热能是从被加热的封闭表面传输到所述岩床的岩石。
26.一种用于生产烃类流体的系统，所述系统包括: a.挖掘的封闭体，限定由多个包括壁和底板的封闭表面所限制的内部区域； b.含油母或含浙青的岩石，被安排在所述挖掘的封闭体的内部区域内，以在那里形成岩床; c.壁嵌入式或底板嵌入式加热器，嵌入在至少一个壁或底板内，并被配置为主要通过外部加热所述壁或底板来加热在所述封闭体内的岩床的岩石，以致热能是从被加热的壁或底板传输到所述岩床的岩石。
27.根据权利要求25或26所述的系统，其特征在于:所述壁嵌入式加热器主要通过辐射加热它的表面向外面对的外部来加热所述壁或底板。
28.根据权利要求25或26所述的系统，其特征在于:所述嵌入式加热器是配置在壁室或底板室内，所述室是从所述内部区域被液密封的。
29.根据权利要求25或26所述的系统，其特征在于:大多数的所述壁室或底板室的壁或底板是由加热器所占据的。
30.根据权利要求25或26所述的系统，其特征在于:在所述加热器的壁或底板内的内部空间是充满颗粒状材料和/或低分子量气体。
31.根据权利要求25或26所述的系统，其特征在于:所述加热器包括加热器导管，其外表面是粗糙的并被涂黑以增加辐射率。
32.根据权利要求25或26所述的系统，其特征在于:至少一个所述壁是由矿井的内侧或者由蓄液池的泥土水平地支撑，以维持所述内部区域壁的结构整体。
33.一种用于生产烃类流体的系统，所述系统包括: a.挖掘的封闭体，限定由多个包括壁和底板的封闭表面所限制的内部区域；内部的壁将内部区域子划分为第一子区域和第二子区域； b.含油母或含浙青的岩石，分别被安排在每个所述子区域内，以在那里分别形成第一岩床和第二岩床； c.壁嵌入式加热器，嵌入在内部的壁内，并被配置为分别和同时加热所述内部的壁的相对侧，以致同时加热第一岩床和第二岩床。
34.根据权利要求33所述的系统，其特征在于:所述壁嵌入式加热器是定位在内壁的内部空腔内，所述内部空腔是从两个子区域被密封的。
35.根据权利要求33所述的系统，其特征在于:储液器是定位在内壁的内腔，所述壁嵌入式加热器是被配置为使所述储液器内的液体沸腾，以致从那里形成的蒸汽对流地传输热能到所述内壁的两侧。
36.根据权利要求25至35之一所述的系统，其特征在于: 1.至少一个封闭表面是导热地方的面向内的表面，所述导热板包括面向内的表面和面向外的表面；以及 i1.所述系统是被这样配置以致从内部加热器传输到面向外的表面的辐射热显著地贡献于所述导热板的面向内的表面的加热。
37.根据权利要求36所述的系统，其特征在于:从内部加热器传输到面向外的表面的辐射热贡献了用于加热所述导热板的面向内的表面的大多数热能。
38.根据权利要求25至37之一所述的系统，其特征在于:所述封闭体的内部是缺氧的。
39.根据权利要求25至37之一所述的系统，其特征在于:所述封闭体的一个或多个壁是被均匀加热到至少300摄氏度或至少350摄氏度或至少400摄氏度的温度。
40.根据权利要求25至39之一所述的系统，其特征在于:所述岩石是主要由从所述封闭体的所有壁和底板传输的热来加热。
41.根据权利要求25至40之一所述的系统，其特征在于:所述系统是被这样配置以致所述加热器的操作传递足够的热能到所述岩床以热解那里的至少大多数油母。
42.根据权利要求25至41之一所述的系统，其特征在于:热传递的主要机制是从被加热的封闭表面的传导和辐射的结合。
43.根据权利要求25至42之一所述的系统，其特征在于:至少一个所述加热器是外部对流加热器。
44.根据权利要求43所述的系统，其特征在于:所述对流加热器是熔盐加热器。
45.根据任意前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，还包括外部液体的储液器，定位在所述封闭体的内部区域之外，至少一个外部加热器是被浸没在所述外部储液器的外部液体内，并可操作为使外部液体沸腾，以致将热能传输到所述封闭体的至少一个壁。
46.一种用于生产烃类流体的系统，所述系统包括: a.挖掘的封闭体，限定由多个包括壁和底板的封闭表面所限制的内部区域； b.含油母或含浙青的岩石，被安排在所述挖掘的封闭体的内部区域内，以在那里形成岩床; c.外部液体的储液器，定位在所述封闭体的内部区域之外；以及 d.浸没在所述储液器内的至少一个外部加热器，被配置为使所述储液器的液体沸腾，以致从那里形成的蒸汽对流地传输热能到所述封闭体的一个或多个壁，以致加热所述岩床。
47.根据权利要求46所述的系统，其特征在于:所述外部加热器是熔盐加热器。
48.根据权利要求46所述的系统，其特征在于:所述外部液体的储液器的高度是所述内部区域的底板的高度。
49.根据权利要求46-48之一所述的系统，其特征在于:所述加热器是被配置为均匀加热所述封闭体的壁。
50.一种用于生产烃类流体的系统，所述系统包括: a.封闭体； b.含油母或含浙青的岩石，被安排在所述封闭体内以在那里形成岩床； c.一定量的热熔盐；以及 d.熔盐循环装置，被配置为使所述一定量的热熔盐流经与所述岩床热连接的一个或多个导管，以致加热所述岩床。
51.根据权利要求50所述的系统，其特征在于:至少一些所述导管穿过一部分填充的岩床。
52.根据权利要求50或51所述的系统，其特征在于:至少一些所述导管是定位在所述封闭体的底板或壁。
53.一种用于生产烃类的系统，包括: a.密封的封闭体； b.含油母的岩石的岩床，定位于所述封闭体内，并由重力所支持，提升在所述封闭体的底板上的填充的岩床，以限定在所述填充的岩床下面的所述封闭体的下部分； c.烃类流体储液器，定位在所述封闭体的底部； d.一个或多个浸没式加热器，定位在烃类流体的储液器内，并被配置为通过热传导来加热含油母的岩石。
54.根据权利要求53所述的系统，其特征在于:所述封闭体的内部是缺氧的。
55.根据权利要求53或54所述的系统,其特征在于,还包括:e.—个或多个垂直的烟囱排出，位于密封的封闭体内，所述烟囱具有低于所述岩床的下开口，以及位于所述岩床的上面或在所述岩床的上部水平的上开口。
56.根据权利要求53-55之一所述的系统，其特征在于:还包括一个或多个扩展器托盘，定位在所述岩床的上面或在所述岩床的顶部。
57.根据任意前述权利要求之一所述的系统或方法，其特征在于:一个或多个所述加热器是熔盐加热器。
58.根据任意前述权利要求之一所述的系统或方法，其特征在于:所述内部区域的体积和/或所述岩床的体积是至少1000平方米或至少2500平方米或至少5000平方米或至少10000平方米或至少25000平方米。
59.根据任意前述权利要求之一所述的系统或方法，其特征在于:所述岩床的高度是至少5米或至少10米或至少20米或至少30米或至少50米。
60.根据任意前述权利要求之一所述的系统或方法，其特征在于:所述挖掘的封闭体是矿井或蓄液池。
61.根据任意前述权利要求之一所述的系统或方法，其特征在于:所述岩床占有所述封闭体的至少大多数内部区域。
62.根据任意前述权利要求之一所述的系统或方法，其特征在于:所述封闭体的内部区域的体积和/或所述岩床的体积是至少1000平方米或至少2500平方米或至少5000平方米或至少10000平方米或至少25000平方米。
63.根据任意前述权利要求之一所述的系统或方法，其特征在于:至少一个所述壁是由所述矿井的内侧或由蓄液池的泥土来水平地支持，以致维持所述内部区域的壁的结构整体性。
64.—种煤升级方法，包括: a.引导多块煤进入挖掘的封闭体以在那里形成岩床，大多数所述煤是烟煤，其镜质组反射率为最大1.8% ; b.加热所述岩床的煤，以致(i)所述岩床的平均温度是维持在250摄氏度至400摄氏度，持续至少一周；以及(ii)大多数烟煤被升级为无烟煤，其镜质组反射率为最大2.5%.
65.根据权利要求64所述的方法，其特征在于:所述煤的压力/温度历史是这样调节的以致最大化所加热的煤的等级。
66.根据权利要求64或65所述的方法，其特征在于:高价值的超低挥发无烟煤是被生产出来。
【文档编号】E21B7/14GK104302870SQ201380019516
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2013年2月18日 优先权日:2012年2月18日
【发明者】哈罗德·维尼戈, 斯科特·阮 申请人:吉尼Ip公司