DE19703401A1 - Verfahren zum Entfernen von Methan - Google Patents

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zum Entfernen von Methan aus unterirdischen Kohleformationen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Erhöhung der Produktion von Methan aus einer unterirdischen Kohleformation mittels Injektion eines Endgases aus einem Kohlenwasserstoffsyntheseverfahren unter Bedingungen, die für die Erhö­ hung der Methanproduktion aus der Kohleformation effizient sind.

Kurze Beschreibung des Standes der Technik

In unterirdischen Kohleformationen werden erhebliche Mengen an Methan­ gas gefunden.

Es werden vielfältige Verfahren eingesetzt, um die Gewinnung von Methan aus den Kohleformationen in effizienterer Weise zu versuchen.

Das einfachste Verfahren stellt ein Druckreduzierungsverfahren dar, wonach ein Bohrloch in die Kohleformation von der Oberfläche aus gebohrt und das Methan durch die Verminderung des Druckes in der Weise aus dem Bohr­ loch geholt wird, daß das Methan dazu veranlaßt wird, zu entweichen (de­ sorbiert zu werden) und aus der Kohleformation in das Bohrloch und zur Oberfläche hin zu strömen. Dieses Verfahren ist jedoch aufgrund der Tatsa­ che nicht effizient, daß die Kohleformationen, allgemein gesprochen, nicht extrem porös sind und so das Methan im allgemeinen nicht in den Poren der Kohleformation gefunden wird, vielmehr an die Kohle absorbiert ist. In dem Falle, daß das Methan jedoch aus Kohleformationen mittels dieses Verfah­ rens produziert werden kann, ist die Produktion an Methan verhältnismäßig langsam.

Ein anderes Verfahren zur Gewinnung von Methan aus Kohleformationen besteht in der Injektion eines Gases, wie z. B. Kohlendioxid (CO₂), das eine höhere Affinität für Kohle als das in der Kohleformation absorbierte Methan aufweist, wodurch ein kompetitiver Absorptions/Desorptionsprozeß statt­ findet. In derartigen Prozessen verdrängt das CO₂ das Methan aus der Koh­ le, so daß das Methan freigesetzt wird und zu seiner Gewinnung zum nächstliegenden Bohrschacht strömen kann. In derartigen Verfahren werden große Volumina an CO₂ benötigt, wobei gegebenenfalls das CO₂ mit dem Methan produziert werden kann.

Es können auch Gase mit einer geringeren Affinität für Kohle als CO₂ zur Er­ höhung der Methangewinnung injiziert werden. Gase, wie z. B. Stickstoff, Argon und andere Inertgase lassen sich dafür einsetzen, insbesondere bei Injektion mit Drücken, die höher liegen als der Druck in der Kohleformation, um das Methan dazu zu bringen, aus der Kohle zu entweichen (desorbie­ ren), wie es das Erfordernis zur Aufrechterhaltung des partiellen Methan­ druckes in der Atmosphäre innerhalb der Kohleformation ist. Dieses Verfah­ ren verlangt auch den Einsatz großer Volumina an Gas und kann eventuell zur Produktion von Stickstoff oder anderen Inertgasen mit Methan führen. Derartige Injektionsverfahren können über lange Betriebszeiten, d. h. mögli­ cherweise mehrere Jahre andauern, bevor das injizierte Kohlendioxid oder der injizierte Stickstoff bzw. andere Inertgase zusammen mit dem Methan zurückgewonnen werden.

Andere Gase, wie z. B. Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Leichtkohlenwas­ serstoffe mit einem Gehalt an weniger als 5, vorzugsweise weniger als 3 Kohlenstoffatome, werden ebenfalls als vorteilhafte Injektionsmaterialien betrachtet, insbesondere dann, wenn die Gasinjektion bei relativ hoher Tem­ peratur und hohem Druck vorgenommen wird.

Verschiedene Verfahren zur Gewinnung von Methan aus Kohleformationen werden in den folgenden Patenten aufgezeigt: US-A-4,756,367, ausgege­ ben am 12. Juli 1988 an Puri et al., US-A-4,043,395, ausgegeben am 23. August 1977 an Every et al., US-A-4,883,122, ausgegeben am 28. November 1989 an Puri et al., US-A-4,913,237, ausgegeben am 3. April 1990 an Kutas, US-A-4,993,491, ausgegeben am 19. Februar 1991 an Palmer et al., US-A-5,014,785, ausgegeben am 14. Mai 1991 an Puri et al., US-A-5,048,328, ausgegeben am 17. Septemer 1991 an Puri, US-A- 5,085,274, ausgegeben am 4. Febraur 1992 an Puri et al., US-A- 5,099,921, ausgegeben am 31. März 1992 an Puri et al., US-A-5,133,406, ausgegeben am 28. Juli 1992 an Puri, US-A-5,332,036, ausgegeben am 26. Juli 1994 an Shirley et al., US-A-5,388,640, ausgegeben am 14. Februar 1995 an Puri et al., US-A-5,388,641, ausgegeben am 14. Februar 1995 an Yee et al., US-A-5,388,642, ausgegeben am 14. Februar 1995 an Puri et al., sowie US-A-5,388,643, ausgegeben am 14. Februar 1995 an Yee et al., wobei alle diese Publikationen hiermit zu deren Gänze unter Be­ zugnahme darauf mit eingeschlossen sind.

Bei derartigen Verfahren ist es notwendig, große Volumina an CO₂ oder lnertgas entweder dadurch zu erhalten, daß Brenngas oder dergleichen mit Luft zur Produktion eines sauerstofffreien Stickstoffstroms, der auch CO₂ enthalten kann, durch die Entfernung des Sauerstoffs aus Stickstoff oder dergleichen verfeuert wird. Auf jeden Fall erfordert die Produktion großer Volumina an Stickstoff oder eines anderen Inertgases bzw. CO₂ den Einsatz beträchtlicher Brennstoff-, Energie- und Verarbeitungskapazitäten. Ferner kann der Stickstoff, das lnertgas oder CO₂ durch die Formation zusammen mit dem gewonnenen Methan hindurchbrechen, und zwar lange bevor die Formation an Methan erschöpft ist, was zu einem Methanstrom führt, der mit Stickstoff, Inertgas oder CO₂ verunreinigt ist und vor dem Verkauf des Methans entfernt werden muß.

Aufgrund der Tatsache, daß die in unterirdischen Kohleformationen verfüg­ baren Methanmengen riesig sind und der Wunsch besteht, das Methan mit niedrigsten Kosten zu produzieren, wird bislang eine fortwährende Suche nach ökonomischeren Verfahren zur Herstellung eines Injektionsgases zum Einsatz bei der Erhöhung der Methanproduktion aus derartigen Kohleforma­ tionen durchgeführt.

Erfindungsgemäß wird die Produktion von Methan aus einer unterirdischen Kohleformation, die mindestens durch einen Injektionsschacht und minde­ stens einen Produktionsschacht durchdrungen wird, durch ein Verfahren er­ höht, das die folgenden Schritte umfaßt:
Produktion des Methans aus der Kohleformation;
Einleiten mindestens einer Teilmenge an Methan in eine Synthesegas­ erzeugungszone, worin mindestens ein größerer Mengenanteil des Methans mit einem sauerstoffhaltigen Gas zur Reaktion zur Produktion eines Gemi­ sches aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff zur Reaktion gebracht wird;
Einleiten mindestens einer größeren Teilmenge des Gemisches in eine Kohlenwasserstoffsynthesezone, worin das Kohlenmonoxid und der Was­ serstoff miteinander zur Produktion schwererer Kohlenwasserstoffe und eines Endgases, das Stickstoff und Kohlendioxid umfaßt, miteinander zur Reaktion gebracht werden;
Auftrennen mindestens einer größeren Teilmenge des Endgases aus wenigstens einer größeren Teilmenge der Kohlenwasserstoffe und Gewin­ nung der Kohlenwasserstoffe in Form eines Produktstromes;
Komprimieren mindestens einer Teilmenge des Endgases auf einen Druck, der sich für die Injektion in die Kohleformation eignet; sowie
Injektion mindestens einer Teilmenge an Endgas in die Kohleforma­ tion.

Das Methan läßt sich auch aus einem einzelnen Schacht oder einer Vielzahl von Schachten gewinnen, die zur Produktion des Methans über ein diskonti­ nuierliches Verpuffungsverfahren ("huff and puff process") betrieben wer­ den.

Die Abbildung stellt ein Schemadiagramm einer Ausgestaltung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens dar.

In der Abbildung werden die verschiedenen Pumpen, Kompressoren, Ventile und dergleichen, die zur Erzielung der beschriebenen Ströme erforderlich und von herkömmlicher Bauweise sind, nicht eigens dargestellt.

Eine Kohleformation 10, die Methan enthält, ist unterhalb einer übergela­ gernden Schicht (Deckgebirge) 12 positioniert, wobei die Kohleformation, beginnend bei der Erdoberfläche 14, von einem Injektionsschacht 16 durch­ drungen wird. Der Injektionsschacht 16 schließt einen Schachtkopf 20 mit ein, der dazu bestimmt ist, den Strom der injizierten Materialien in den Schacht 16 sowie mittels einer Vielzahl von Perforierungen 22 in die Kohle­ formation 10 zu lenken. Ein Produktionsschacht 24 ist bei der Oberfläche 14, beginnend durch die überlagernde Schicht (Deckgebirge) 12, sowie in die Kohleformation 10 hinein in einem gewissen Abstand positioniert. Der Produktionsschacht 24 schließt eine obere Schachtumrandung 26 ein, die an die Gewinnung von Methan und anderen Gasen aus dem Schacht 24 angepaßt ist. Der Schacht 24 umfaßt auch, wie dargestellt, eine VielzahI von Perforierungen 28 in der Kohleformation 10 zur Erleichterung des Hin­ durchströmens von Methan und anderen Gasen aus der Kohleformation 10 in den Schacht 24 und durch ihn hindurch sowie durch die obere Schacht­ umrandung 26 hindurch zu einer Leitung 30. Alternativ könnte auch ein (nicht ummanteltes) Bohrloch zum Einsatz gelangen. Mindestens ein Men­ genanteil des Methans und möglicherweise anderer damit verwandter Gase fließt durch die Leitung 30 zu einem Synthesegasgenerator 32. Gegebenen­ falls wird eine Einheit zum Schwefelentfernen in der Leitung 30 zum Beseiti­ gen von Schwefel aus dem Gasstrom in der Leitung 30 positioniert. Der ge­ wonnene Schwefel wird über die Leitung 36 entfernt. Das Methan, das zum Synthesegasgenerator 32 gelangt ist, kann mit einem Inertgas über die Lei­ tung 38 verdünnt werden oder in dem Fall, daß der Gasstrom allzusehr ab­ gemagert ist, kann dieses mit einem Methan enthaltenden Gas über die Lei­ tung 38 angereichert werden. Der Strom in der Leitung 30 wird zum Syn­ thesegenerator 32 geleitet, wo es mit einem Sauerstoff enthaltenden Gas, das über die Leitung 40 zugeführt wird, zur Reaktion gebracht wird. Das in dem Synthesegasgenerator 32 produzierte Synthesegasgemisch umfaßt Kohlenmonoxid- und Wasserstoff in einem Wasserstoff zu Kohlenmonoxid­ verhältnis von etwa 1,5 zu etwa 3. Das Gemisch kann auch Stickstoff und andere Inertgase mit umfassen, darüberhinaus auch Wasser und Kohlen­ dioxid. Dieser Strom kann zur Entfernung mindestens eines Mengenanteils an Kohlenstoffdioxid, Wasser und Schwefel erforderlichenfalls vor seiner Zufuhr in eine Kohlenwasserstoffsyntheseeinheit 44 über die Leitung 42 be­ handelt werden, obschon dies aus der Darstellung nicht hervorgeht. Die Kohlenwasserstoffsyntheseeinheit 44 stellt eine Reaktionszone dar, wo das Kohlenmonoxid mit dem Wasserstoff zur Gewinnung schwererer Kohlen­ wasserstoffe kombiniert wird. Die Verfahren vom im allgemeinen als Fischer-Tropsch-Verfahren bezeichneten Typ eignet sich zur Verwendung als Kohlenwasserstoffsynthesezone. Der daraus resultierende Strom mit einem Gehalt an schwereren Kohlenwasserstoffen, leichteren Kohlenwas­ serstoffen und einigem nicht reagierten Kohlenmonoxid sowie Wasserstoff pIus Kohlendioxid und Wasser werden durch eine Leitung 46 zur Zone 48, die der Auftrennung von flüssigen Produkten dient, geIeitet. Das Gasge­ misch wird in der Zone 48 zur Auftrennung der Flüssigprodukte gekühlt und flüssige Kohlenwasserstoffe über eine Leitung 50 gewonnen. Gewünsch­ tenfalls wird das Gasgemisch nicht auf eine extrem niedrige Temperatur abgekühlt. Vorzugsweise wird bis zur Umgebungstemperatur oder etwa 70°F gekühlt. Die Kühlung kann durch jede geeignete Maßnahme durch­ geführt werden, wie sie im Stand der Technik geläufig ist. Das dabei resul- tierende Gasgemisch abzüglich der flüssigen Kohlenwasserstoffe wird über eine Leitung 52 gewonnen und in eine Endgaskomprimierungszone 54 ge­ leitet. In der Endgaskomprimierungszone 54 wird das Endgas komprimiert, so daß dabei eine Temperaturerhöhung stattfindet, wobei das Endgas über eine Leitung 56 in den Injektionsschacht 16 zurückgeführt wird. Gegebe­ nenfalls kann ein Heizgerät 58 in der Leitung 56 zur weiteren Temperaturer­ höhung des Gasgemisches angebracht werden. Aufgrund der Tatsache, daß die Verfahren zur Erzeugung von Synthesegas und Kohlenwasserstoff exo­ thermisch sind, kann der Wärmeaustausch in der Heizvorrichtung 58 mit Strömen aus diesen Verfahren stattfinden.

Das Endgasgemisch enthält, wie vorstehend diskutiert worden ist, typi­ scherweise Stickstoff und andere Inertgase, die in das Verfahren über die Leitung 30, die Leitung 38 oder die Leitung 40 eingeleitet worden sind. Das daraus resultierende Endgasgemisch enthält typischerweise Stickstoff, Koh­ lenmonoxid, Kohlendioxid, Wassserdampf und in den meisten Fällen einige Leichtkohlenwasserstoffe mit einem Gehalt an weniger als ungefähr drei Kohlenstoffatomen. Dieses Gemisch wird bei einem ausgewählten Druck und einer ausgewählten Temperatur zurück in die Kohleformation 10, wie vorstehend diskutiert wurde, injiziert. Die Temperatur kann bis zu jeglichem ausgewählten Niveau erhöht sein, das mit den Eigenschaften des Injektions­ schachtes 16 in Einklang steht. Wünschenswerterweise ist der Druck nied­ riger als der Frakturierungsdruck der Kohleformation 10. Drücke, die höher sind als der Frakturierungsdruck, lassen sich solange anwenden, als sich die Injektions- und Produktionsschächte in einem ausreichenden Abstand von­ einander befinden, so daß sich die Frakturierungen (Spaltenbildungen) nicht vom Injektionsschacht zum Produktionsschacht erstrecken. Derartige Frak­ turierungen, die sich nicht bis zum Produktionsschacht erstrecken, können in der Weise von Vorteil sein, daß sie das Injektionsgas über die ganze Koh­ leformation 10 hinweg zu einer besseren Verteilung bringen.

Es wird davon ausgegangen, daß die Erzeugung von Synthesegas, die Koh­ lenwasserstoffsynthese und die Auftrennung der Flüssigprodukte den Fach­ leuten wohl bekannt sind und wünschenswerterweise Verfahren des Typs mit einschließen, der im allgemeinen als Fischer-Tropsch-Verfahren bezeich­ net wird. Beispiele für derartige Verfahren werden in dem US-Patent 4,833,170, ausgegeben am 23. Mai 1989 an Agee, und in dem US-Patent 4,973,453, ausgegeben am 27. November 1 990 an Agee, aufgezeigt. Die­ se Patente werden hiermit vollständig und zur Gänze durch die Bezugnahme darauf mit eingeschlossen. Mit diesen Verfahren ist im allgemeinen die Ver­ wendung einer nichtkatalytischen, unterstöchiometrischen teilweisen Oxida­ tion leichter Kohlenwasserstoffe zur Produktion eines Synthesegases oder zum Dampfreformieren von Methan oder eine Kombination einer partiellen Oxidation und Dampfreformieren verbunden, das als autothermales Refor­ mieren bekannt ist. Es wird davon ausgegangen, daß diese Verfahren den Fachleuten wohlbekannt sind und von den Fachleuten zur Variierung des Verhältnisses von Wasserstoff zu Kohlenmonoxid, das in den Verfahren produziert wird, auch leicht einzustellen ist. Dabei ist nicht nur die Einstel­ lung des Verhältnisses von Wasserstoff zu Kohlenmonoxid, das in den Ver­ fahren produziert wird, den Fachleuten bekannt, sondern es ist auch den Fachleuten ferner bekannt, das Verhältnis dieser Materialien durch eine Wasser/Gas-Verschiebungsreaktion einzustellen, worauf die Entfernung von CO₂ und dergleichen folgt. Es wird auch davon ausgegangen, daß die Reak­ tionszone zur Synthese von Kohlenwasserstoffen den Fachleuten gemäß Beschreibung in den vorstehenden Patenten bekannt ist. Mit derartigen Syn­ theseverfahren ist im allgemeinen die Verwendung eines KataIysators ver­ bunden, der Kobalt auf einem Siliziumdioxidträger, Tonerdeträger oder einem Träger aus Siliziumdioxid/Tonerde in einer Menge von etwa 5 bis et­ wa 50 Gewichtsteilen Kobalt pro 100 Teilen Trägermaterial oder einem an­ deren geeigneten Katalysator aufweisen kann. Der Katalysator kann auch 0,1 bis 5 GewichtsteiIe Kalium pro 100 Gewichtsteile Trägermaterial als Beschleuniger (Aktivator(Promotor) enthalfen. Es können auch andere Kata­ lysatoren verwendet werden. Die Trennung der Flüssigprodukte ist ein her­ kömmlicher Schritt zum Kühlen und zur Flüssigauftrennung, wie den Fach­ leuten wohlbekannt ist.

Es können andere Kohlenwasserstoffsyntheseverfahren zum Einsatz gelan­ gen, welche die Verwendung von Methanol als Zwischenprodukt und der­ gleichen mit einschließen. Es wird davon ausgegangen, daß derartige Ver­ fahren den Fachleuten wohlbekannt sind.

In dem Falle, daß Methan in einem im wesentlichen reinen Zustand aus der Kohleformation 10 über die Leitung 30 produziert wird, kann ein Verdün­ nungsmittel, wie zum Beispiel Stickstoff oder ein anderes lnertgas, in die Leitung 30 über die Leitung 38 eingeführt werden. Eine derartige Flexibilität gestattet die Einstellung der Methanmenge, die zum Synthesegasgenerator 30 zur Produktion der gewünschten Menge an Synthesegas geleitet wird. Der Strom in der Leitung 40 kann Wasser, Wasserdampf, Luft, mit Sauer­ stoff angereicherte Luft oder dergleichen sein, faIIs gewünscht. Wünschens­ werterweise wird Luft benutzt, weil die Produktion einer wesentlichen Men­ ge an Endgas zur Injektion in die Kohleformation 10 erwünscht ist. Die Pro­ duktion von sauerstoffreicher Luft ist teuer und bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht erforderlich. Wie obenstehend bereits bemerkt, schIießt das Endgas Stickstoff, möglicherweise auch noch andere Inertgase, leichte Koh­ lenwasserstoffe mit einem Gehalt an weniger als drei Kohlenstoffatomen, Kohlendioxid und in vielen Fällen begrenzte Mengen an Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Wasserdampf mit ein. Alle diese Materialien stellen wün­ schenswerte Stoffe zur Injektion in die Kohleformation 10 zur Erhöhung der Methanproduktion dar.

In dem Falle, daß Stickstoff, Kohlendioxid und andere Gase bei der Gewin­ nung durch den Produktionsschacht und die Leitung 30 auftreten, kann eine ausgleichende, zusätzliche Ausgleichsmenge an Methan zur Leitung 38 zu­ geführt werden, falls dies zur Produktion der erwünschten Menge an Syn­ thesegasen und zur Aufrechterhaltung der gewünschten Menge an Endgas notwendig ist. Alternativ kann eine Menge des Gases in der Leitung 30 durch die Leitung 60 zur Verarbeitung für die Methanproduktion für Ver­ kaufszwecke abgezogen werden. Das Sauerstoff enthaltende Gas in der Lei­ tung 40 kann hinzugefügte Mengen an Wasser mit einschließen oder kann mit Sauerstoff angereichert sein, falls wesentliche Mengen an Inertgas über die Leitung 30 gewonnen werden. In dem Fall, daß Überschußmengen an Endgas produziert werden, d. h. in solchen, die über für Injektionszwecke er­ wünschte Mengen hinausgehen, läßt sich das überschüssige Endgas entfer­ nen, behandeln und über die Entsorgung durch die Leitung 62 leiten. Es kann erforderlich sein, daß dieses Gas abzufackeln (zu veraschen) ist oder jeglicher anderer Behandlung unterworfen werden muß, wie sie den Fach­ leuten bekannt ist, und zwar bevor jenes in die Atmosphäre ausgeleitet wird.

Wie den Fachleuten ebenfalls wohlbekannt ist, lassen sich die Fischer- Tropsch-Verfahren so einstellen, daß schwerere Kohlenwasserstoffe, die von Leichtgasen, wie zum Beispiel Olefinen, bis zu Flüssigkeiten, beispiels­ weise Benzin, SchmieröIen oder schwereren Flüssigkeiten reichen, produ­ ziert werden. Vorzugsweise stellen die schwereren Kohlenwasserstoffe Flüssigkeiten bei einer Temperatur von 70°F (ca. 21°C) bei einer Atmos­ phäre (Druck) dar.

Das Methan zur Verwendung in dem Fischer-Tropsch-Verfahren läßt sich auch durch einen diskontinuierlichen Verpuffungsprozeß gewinnen. In der­ artigen Verfahren wird ein Gasstrom, wie zum Beispiel der oben beschriebe­ ne Gasstrom, in eine Kohleformation durch einen einzelnen Bohrschacht für eine gewisse Zeitdauer injiziert, wonach der Schacht für eine Zeitdauer ab­ geschlossen und worauf das Methan aus dem Schacht für eine Zeitlang pro­ duziert wird. Die Aufeinanderfolge der Vorgänge wird danach wiederholt. Derartige diskontinuierliche Verpuffungsverfahren sind zur Förderung von Methan für das Fischer-Tropsch-Verfahren, wie oben beschrieben, nützlich, solange eine Anzahl von diskontinuierlichen Verpuffungsschächten in Be­ trieb sind oder mit anderen Methangewinnungsverfahren unter Benutzung von Injektions- und Produktionsschächten in Verbindung stehen.

In dem Fall, daß nur diskontinuierliche Verpuffungsverfahrensschächte ver­ wendet werden, wird das Methan aus mindestens einem in Produktion be­ findlichen Schacht gefördert, wobei die produzierten Endgase in mindestens einen Schacht injiziert werden, der unter Injektion steht. Die Schächte wer­ den periodisch (ein- und aus)"geschaltet", um das Methan für das Fischer- Tropsch-Verfahren zu liefern und das produzierte Endgas zu übernehmen.

Das Methan kann aus mindestens einem ersten Produktionsschacht mit In­ jektion in mindestens einen zweiten Injektionsschacht produziert werden, während sich die Schächte in Produktion befinden und die Injektionsanteile der jeweiligen Zyklen mit der Produktion abwechseln, wobei sie zu den an­ deren Schächten "geschaltet" werden und der Produktionsanteil von deren Zyklus als erste Produktionsschächte so "umgeschaltet" werden, daß sie In­ jektionsschächte werden, wie den Fachleuten bekannt ist.

Erfindungsgemäß wird ein wertvolles Kohlenwasserstoffprodukt gewonnen, wobei gleichzeitig ein Endgasstrom produziert wird, der in idealer Weise zur Verwendung als Injektionsgas für die Injektion in die Kohleformation 10 ge­ eignet ist. Ferner wird erfindungsgemäß ein Verfahren geschaffen, bei dem Methan oder Methan, das mit Kohlendioxid kontaminiert ist, zu einem Pro­ zeß geleitet wird, bei dem das Gas leicht in der kontaminierten Form zu ver­ wenden ist. Wünschenswerterweise umfaßt das Gasgemisch, das dem Syn­ thesegasgenerator 32 durch die Leitung 30 zugeführt wird, mindestens 50% Methan. Die verbleibenden 50% des eingeleiteten Gases können aus Kohlendioxid, Stickstoff oder Mischungen daraus bestehen. Dieses Verfah­ ren ermöglicht die Verwendung von Methan, das mit anderen Gasen ohne den Einsatz teurer Reinigungsverfahren vermischt ist, die zur Umwandlung des Methans in eine im wesentlichen reine Form zur Methanvermarktung notwendig sind. Das Methan wird zur Produktion eines wertvolleren Produk­ tes ohne die Notwendigkeit einer Reinigung verwendet. Das Verfahren zur Herstellung des wertvolleren Produktes ist auch bei der Produktion des ge­ wünschten Endgases wirksam, wenn das eingeleitete Methan mit den Ver­ dünnungsgasen vermischt wird.

Die zu dem Verfahren zur Durchführung des Kohlenwasserstoffsynthesepro­ zesses benötige Ausrüstung kann dazu benutzt werden, das Methan aus den Kohleformationen zu behandeln, die sich über eine weite Fläche erstrec­ ken. Diese läßt sich auch dazu verwenden, das aus den Kohleflözen produ­ zierte Methan zu behandeln, wobei die Flöze in unterschiedlicher Tiefe und übereinander oder untereinander liegen können. Aufgrund der Tatsache, daß derartige Kohleformationen die Neigung haben, das Methan über viele Jahre zu liefern, ist der Bau einer derartigen Anlage nicht nur machbar, sondern auch wirtschaftlich attraktiv, da sie ein wertvolles Flüssigkohlenwasser­ stoffprodukt gewinnen läßt, das im Vergleich zu einem gasförmigen Produkt besser als Flüssigkeit transportiert werden kann.

Zusammengefaßt wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Erhöhung der Methanproduktion aus einer unterirdischen Kohleformation mittels eines Verfahrens geschaffen, wodurch ein wertvolles Flüssigkohlenwasserstoff­ produkt hergestellt und gleichzeitig als Nebenprodukt ein wünschenswerter Endgasstrom für die Komprimierung erzeugt wird, wobei ein eventuelles Erhitzen und eine erneute Injektion in die Kohleformation zur Erhöhung der Produktion von Methan aus der Kohleformation stattfinden. Die Teile der Einzelkomponenten des Verfahrens wirken in synergistischer Weise bei der Produktion eines Produktes von erhöhtem Wert und einem erwünschten Injektionsgasstrom zusammen, während bezüglich der Qualität der Reak­ tionspartner die Flexibilität ermöglicht wird, die für die Erzeugung von Syn­ thesegas erforderlich ist. Das vorliegende Verfahren ist in idealer Weise an die Gewinnung von Kohlenwasserstoffwertstoffen aus Kohleformation mit einem Gehalt an Methan in einer höchst effizienten und höchst effektiven Weise angepaßt.

Im Anschluß an die Beschreibung der vorliegenden Erfindung unter Hinweis auf bestimmte bevorzugte Ausgestaltungen davon wird höflich darauf hin­ gewiesen, daß die beschriebenen Ausgestaltungen erläuternden Charakter und weniger beschränkenden Charakter besitzen, wobei zahlreiche Abwei­ chungen und Modifikationen innerhalb des Schutzumfanges der vorliegen­ den Erfindung möglich sind. Derartige Abwandlungen und Modifikationen können den Fachleuten offensichtlich und wünschenswert erscheinen, und zwar auf der Grundlage der Übersicht gemäß der vorstehenden Beschrei­ bung bezüglich bevorzugter Ausgestaltungen.

Claims (16)

1. Verfahren zur Steigerung der Methanproduktion aus einer unterirdi­ schen Kohleformation, die mindestens von einem Injektionsschacht und mindestens einem Produktionsschacht durchdrungen wird, wobei das Ver­ fahren die folgenden Schritte umfaßt:
Einleiten mindestens eines Mengenanteils an Methan, das aus einer Kohleformation in eine Zone zur Erzeugung von Synthesegas, bei dem min­ destens ein größerer Mengenanteil an Methan mit einem Sauerstoff enthal­ tenden Gas zur Produktion eines Gemisches aus Kohlenmonoxid und Was­ serstoff zur Reaktion gebracht wird;
Einleiten mindestens eines Mengenanteils an dem Gemisch in eine Zone zur Synthese von Kohlenwasserstoffen, bei der mindestens ein größe­ rer Mengenanteil an dem Kohlenmonoxid und Wasserstoff zur Produktion eines schwereren Gemisches aus Kohlenwasserstoffen mit einem Gehalt von mehr als einem Kohlenstoff pro Molekül und eines Endgases mit einem Gehalt an Stickstoff und Kohlendioxid zur Reaktion gebracht werden;
Auftrennen mindestens eines größeren Mengenanteils an dem Endgas aus mindestens einem größeren Mengenanteil der Kohlenwasserstoffe und Gewinnung der Kohlenwasserstoffe als Produktstrom;
Komprimieren mindestens eines Mengenanteils an dem Endgas auf einen Druck, der zur Injektion in die Kohleformation geeignet ist; und
Injizieren mindestens eines Mengenanteils an dem Endgas in die Kohleformation.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Endgas kleinere Mengen an Materialien enthält, die aus Kohlenmonoxid, Wasser (oder) Kohlenwasser­ stoffen mit einem Gehalt von weniger als etwa drei Kohlenwasserstoffato­ men und deren Gemischen ausgewählt sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das in die Kohleforma­ tion injizierte Endgas vor der Injektion in die Kohleformation auf einen aus­ gewählten Druck komprimiert wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das in die Kohleformation injizierte Endgas vor der Injektion in die Kohleformation auf eine ausgewählte Temperatur erhitzt wird.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Zone zur Synthesegaserzeugung einen autothermalen Reformer umfaßt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Sauerstoff enthaltende Gas aus Luft, Sauerstoff, angereicherter Luft, Wasser, Dampf und deren Kombi­ nationen ausgewählt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Zone zur Synthesegaserzeugung eine Dampfreformierungszone umfaßt.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Methan vor seinem Einleiten in die Zone zur Synthesegaserzeugung in einer Entschwefelungszone entschwefelt wird.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Reaktion mit Kohlenmonoxid und Wasserstoff in der Kohlenwasserstoffsyn­ thesezone Kohlenwasserstoffe ergibt, die Flüssigkeiten bei 70°F (ca. 21°C) und einer Atmosphäre Druck darstellen.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Reaktionszone für die Koh- Ienwasserstoffsynthese eine Fischer-Tropsch-Reaktionszone darstellt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Kohlenwasserstoffe von dem Gemisch aus Kohlenwasserstoff und dem Endgas durch Abkühlen des Gemisches auf eine ausgewählte Temperatur abgetrennt werden.

12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das in die Synthesegaszone eingeleitete Methan in einem Gemisch aus Gasen zur Synthesegaszone geleitet wird, die aus Methan, Stickstoff, Kohlendioxid und deren Gemischen ausgewählt sind.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Gemisch der Gase minde­ stens 50 Volumenprozent Methan aufweist.

14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Ver­ hältnis von Wasserstoff zu Kohlenmonoxid in dem Gemisch aus Kohlenmon­ oxid und Wasserstoff von etwa 1,5 : 1 bis etwa 3,0 : 1 beträgt.

15. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Koh- lenwasserstoffsynthesezone ein Verfahren zur Synthese von Kohlenwasser­ stoffen umfaßt, bei dem das Methanol alsProdukt oder Reaktionspartner für einen Syntheseschritt für schwerere Kohlenwasserstoffe gewonnen wird.

16. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche zur Steigerung der Methanproduktion aus einer unterirdischen Kohleformation, die durch eine Vielzahl von Injektions- und Produktionsschächten durchdrungen ist, bei dem das Methan aus mindestens einem diskontinuierlichen Verpuffungs­ schacht produziert und mindestens ein Mengenanteil an dem Endgas in min­ destens einen diskontinuierlichen Verpuffungsschacht injiziert wird.