一种利用地热能进行化工生产的装置的制作方法

本实用新型涉及地热能利用和化工生产领域，尤其涉及一种利用地热能进行化工生产的装置；具体地说，本实用新型是利用CO₂作为地热开发的传热介质，产生的高温CO₂作为化工生产中的原料或供热介质。

背景技术：

地热能是一种绿色、可再生的能源；地热资源可分为天然热水资源和高温岩体地热资源（也称干热岩）。我国有着极为丰富的干热岩资源，很多地方具有优越的开发条件，如西藏羊八井地区、云南腾冲地区、海南琼北地区、台湾、东南沿海地区和长白山天池等地区。地热能常用于发电，但低温地热能（一般低于150℃）的热能利用率较小，发电效果较差；若能将该部分能量较好地利用将具有很大的经济和环保价值。

化工生产中有很多化学反应需要在高温条件下进行；或为吸热反应，需要外部提供大量的热量。这些吸热反应或高温反应条件需要消耗大量热量，如今大多化工生产中利用热蒸汽供热，热蒸汽主要来源于热电机组或锅炉房。这类供热方式消耗了大量的化石燃料，既增加了化工生产成本，又会增加二氧化碳的排放对环境造成污染。

如果在化工生产中将地热能利用起来，会极大地降低化工生产成本和避免环境污染问题。干热岩地热资源开发中，CO₂作为传热介质具有清洁、环保及低耗能等优点；CO₂也可作为一些化工产品的生产原料，如甲烷、甲醇、一氧化碳、醇脂和醚脂类等，这些化学反应需要高温环境或为高温吸热反应。因此将地热能开发产出纯净的高温CO₂作为化工生产所需的原料，可减少或免去热电机组或锅炉房供热，这样可极大地降低化工生产的能耗及成本，也减少了CO₂的排放。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种利用地热能进行化工生产的装置，具有使用成本低、效率高、清洁和可大规模使用等优点。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一、利用地热能进行化工生产的装置

在地表上，设置有CO₂罐、CO₂注入泵、外部CO₂气源、净化器、换热器、第1反应釜、第2反应釜和催化剂；

在地层中，设置有回注井、生产井和换热裂隙网络；

外部CO₂气源、CO₂罐、CO₂注入泵、回注井、换热裂隙网络、生产井和净化器依次连通，得到具有高热能和净化的CO₂；

第1路，净化器和第1反应釜连通，在第1反应釜中盛装有催化剂8，其输入口是第1反应原料的进口，其输出口是第1反应产品的出口，实现第1化工生产；

第2路，净化器、换热器和CO₂罐依次连通，实现热能的循环；在换热器内设置有第2反应釜，在第2反应釜内盛装有催化剂，其输入口是第2反应原料的进口，其输出口是第2反应产品的出口，实现第2化工生产。

二、利用地热能进行化工生产的方法

①将CO₂注入地下-201；

②使CO₂地下换热-202；

③得到高温CO₂-203；

④分为第1、2路

第1路：

A、在第1反应釜中CO₂参与化学反应-204；

B、得到第1化工产品；

第2路：

a、给第2反应釜供热-205；

b、使CO₂循环回注到步骤②-207。

本实用新型具有以下优点和有益效果：

①可充分利用地热能，极大地降低了化工生产中的耗能成本；

②不仅减少化石燃料的使用，而且CO₂参与化学反应，能够实现碳减排目标；

③CO₂在地下换热过程，有部分CO₂可与岩石发生反应而固化实现CO₂地质封存的目标；

④使用CO₂作为传热介质或反应原料，可以充分利用化工生产中产生CO₂副产品，不仅提高化工企业生产的附加值，而且实现环境保护；

总之，本实用新型将地热能充分利用到化工生产上，不仅实现了生产成本的降低，也极大地实现了环境保护的目的。

附图说明

图1是本装置的结构方框图；

图2是本方法的工作流程图。

图中：

0—干热岩；

1—CO₂罐；

2—CO₂注入泵；

3—外部CO₂气源；

4—净化器；

5—换热器；

6—第1反应釜；

7—第2反应釜；

8—催化剂。

A—回注井；

B—生产井；

C—换热裂隙网络；

D1—第1化工原料，D2—第2化工原料；

E1—第1化工产品，E2—第2化工产品。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明：

一、装置

1、总体

在地表上，设置有CO₂罐1、CO₂注入泵2、外部CO₂气源3、净化器4、换热器5、第1化工釜6、第2化工釜7和催化剂8；

在地层中，设置有回注井A、生产井B和换热裂隙网络C；

外部CO₂气源3、CO₂罐1、CO₂注入泵2、回注井A、换热裂隙网络C、生产井B和净化器4依次连通，得到具有高热能和净化的CO₂；

第1路，净化器4和第1化工釜6连通，在第1化工釜6中盛装有催化剂8，其输入口是第1化工原料D1的进口，其输出口是第1化工产品E1的出口，实现第1化工生产；

第2路，净化器4、换热器5和CO₂罐1依次连通，实现热能的循环；在换热器5内设置有第2化工釜7，在第2化工釜7内盛装有催化剂8，其输入口是第2化工原料D2的进口，其输出口是第2化工产品E2的出口，实现第2化工生产。

2、功能部件（结构及其功能）

0）干热岩0

干热岩0为地下的热能储层，作为地热能的来源。

01）CO₂罐1

CO₂罐1为大型耐高压的CO₂暂时储存设备，其功能是暂时储存CO2及稳定CO₂的压力。

02）CO₂注入泵2

CO₂注入泵2为大型能将CO₂增压注入地下的设备。

03）外部CO₂气源3

外部CO₂气源3为系统提供CO₂的直接源头，可以是运输CO₂的罐车或管道；

其功能是为系统提供及补给CO₂。

04）净化器4

净化器4是一种大型高效气体净化装置，可将高温CO₂夹杂的水汽及固体杂质去除，最终得到干燥、纯净和高温的CO₂，可用作传热介质或反应原料。

05）换热器5

换热器5是一种能将高温CO₂的热量传递给反应釜的装置。

06）第1反应釜6

反应釜包括第1、2反应釜6、7，为化学反应容器。

实现工艺上的加热、冷却等功能，作为高温CO₂与其他原料的反应场所或需要加热的化学反应装置。

07）第2反应釜7

第2反应釜7和第1反应釜6相同。

08）催化剂8

催化剂8为某一化学反应所需的具体催化剂。

09）回注井A

回注井A为用于注入低温CO₂的深层井。

10）生产井B

生产井B为用于高温CO₂产出的深层井。

11）换热裂隙网络C

换热裂隙网络C由人工压裂方法产生，作为CO₂（或其他介质）与干热岩0的换热空间，将干热岩0自身热量传递给CO₂。

12）第1化工原料D1、第2化工原料D2

第1化工原料D1、第2化工原料D2为某一化学反应所需的化工原料。

13）第1化工产品E1、第2化工产品E2

第1化工产品E1、第2化工产品E2为某一化学反应的主要产品。

3、工作原理

在地下具有干热岩0资源区域布置和施工钻井，钻井进入干热岩0一定距离，采用人工压裂方法制造换热裂隙网络C；然后选一口钻井作为回注井A，自地面注入CO₂，另一口钻井作为生产井B，可产出高温CO₂，再经过净化器4，得到纯净的高温CO₂；高温CO₂即可作为化工生产的原料，进入第1反应釜6，经催化剂8作用与其第1反应原料D1发生化学反应最终得到第1化工产品，如甲醇、甲烷、CO等；高温CO₂也可作为供热介质，流经第2反应釜7的换热器5，将热量传递给第2反应釜7，最后经CO₂罐1由CO₂注入泵2再次注入回注井A。

二、方法

如图2，本方法包括下列步骤：

①将CO₂注入地下-201；

②使CO₂地下换热-202；

③得到高温CO₂-203；

④分为第1、2路

第1路：

A、在第1第1反应釜中将CO₂参与化学反应-204；

B、得到第1化工产品；

第2路：

a、给第2反应釜供热-205；

b、使CO₂循环回注到步骤②-207。

具体实施例可分为三步：地热系统的构建、高温CO2的产生和高温CO2参与反应或供热。

一、地热系统的构建

如图1，前述。

1、在选定地热靶区施工至少2口钻井，一口作为回注井A、另一口作为生产井B；

2、对干热岩0进行人工压裂，制造出用于换热的换热裂隙网络C，使换热介质由回注井A注入，流经换热裂隙网络C与干热岩0进行热交换，最后经生产井B产出高温CO₂；

3、地面安装CO₂罐1、注入泵2和净化器4，并将外部CO₂气源3接入CO₂罐1。

二、高温CO₂的产生

CO₂经注入泵1注入回注井A，CO₂在换热裂隙网络C中与干热岩0发生热交换，CO₂自身温度升高，被加热后的高温CO₂在地下换热裂隙网络C的高压作用下经过生产井B压出，得到含有水汽或杂质的不纯高温CO₂，然后经过净化器4，即可得到纯净高温CO₂。

三、高温CO₂参与反应或供热

纯净的高温CO₂即可用做化工生产的原料，也可作为化工生产加热的供热介质。

1、当用作化工生产的原料时，其具体实施步骤如下：

1）纯净的高温CO₂注入到第1反应釜6；

2）高温CO₂依靠自身高温将第1反应釜6加热到预定温度；

3）第1化学原料D1注入到第1反应釜6；

4）CO₂与第1化工原料D1经催化剂8作用发生化学反应，得到第1化工产品。

2、当用作供热介质时，其具体实施步骤如下：

1）高温CO₂注入换热器5，即将自身能力传递给换热器5；

2）换热器5温度升高，可将第2反应釜7加热到预定温度；

3）流经换热器5的CO₂自身温度下降，再次流回CO₂罐1待再次注入地下进行热循环；

4）外部CO₂气源3补充循环损失的CO₂；

5）CO₂罐1中CO₂再次注入回注井A，进行再次的热循环。