渗透溶液开采制造技术

一种用于矿物溶液开采的方法，该方法包括在注入压力下将不饱和流(150)注入矿层(130)中以溶解矿物并提取包含所溶解的矿物的高浓度流(110)。该方法包括通过穿过渗透动力单元(200)将存在于所述高浓度流中的潜在渗透能转化为所述流的总压力的增加，以及通过发电装置(250)发电并将浓度降低的输出流(150)的总压力降低至注入压力，并使用在注入压力下的浓度降低的输出流(150)作为不饱和流(150)。还公开了一种在地下地层中储存燃料的方法。了一种在地下地层中储存燃料的方法。了一种在地下地层中储存燃料的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】渗透溶液开采


[0001]本专利技术涉及溶液开采。更具体地但非排他地，本专利技术涉及一种用于矿物(例如盐或钾碱)的溶液开采的方法和一种适用于此类方法的溶液开采系统。

技术介绍

[0002]一种已知的天然气储存方法是在地下盐层，例如在地下盐丘或岩盐层中建造大型洞穴。这些洞穴是通过称为溶液开采的方法创建的。通常，溶液开采涉及将大量(淡)水注入地下盐层。然后，盐被水溶解，并且所得高盐或饱和盐水返回地表。溶液开采的洞穴随着时间推移逐渐缩小，并且可以周期性地重复溶液开采方法以保持该洞穴。应当理解，溶液开采除了生产天然气储存洞穴之外还具有其它应用。例如，溶液开采可用作提取水溶性矿物以用于下游工业应用的手段。提供更有效的溶液开采方法将是有利的。
[0003]题为“发电方法”的WO 2017/149101描述了一种方法，其中将含水进料流注入盐层中以溶解其中所含的盐，然后提取包含所溶解的盐的盐水流。存在于所述盐水流中的潜在渗透能通过穿过渗透动力单元被转化为电能，其中盐水流通过半透膜的一侧，低浓度流通过膜的另一侧。然后将源自低盐度流的输出流用作水性进料流以溶解盐。以该方式生成的电力可以全部或部分用于通过驱动一个或多个泵来操作溶液开采方法。在一个实施方式中，来自高浓度流的输出流的一部分在通过渗透动力单元之后与源自低盐度流的输出流混合，并且所得流用作用于溶解盐的含水进料流。虽然WO 2017/149101的方法提高了溶液开采方法的效率，但提供更有效的方法将是有利的。
[0004]题为“发电方法”的WO 2019/011991描述了一种从地热源获得的暖盐水流发电的方法。存在于流中的潜在渗透能通过穿过渗透泵单元转化为所述流的总压力的增加，以减少后续方法步骤中对机械泵送的需要。WO 2019/011991公开了由于渗透泵单元所做的功而增加的流的总压力可以减少将流注入地下所需的功，并且从而提高方法的整体效率。提供更有效的方法将是有利的。
[0005]另外和/或可替代地，提供改进的溶液开采方法将是有利的。

技术实现思路

[0006]在本专利技术的第一方面，提供一种用于矿物溶液开采的方法，该方法包括以下步骤中的一个或多个：
[0007]‑
在注入压力下将不饱和流注入矿层以溶解其中所含的矿物，然后从矿层中提取包含所溶解的矿物的高浓度流，
[0008]‑
通过穿过包括允许溶剂通过但不允许矿物通过的半透膜的渗透动力单元，将存在于所述高浓度流中的潜在渗透能转化为所述流的总压力的增加，其中高浓度流通过半透膜的一侧，低浓度流通过所述膜的另一侧；
[0009]‑
通过使浓度降低的输出流通过发电装置发电，并将通过所述膜之后的源自所述高浓度流的浓度降低的输出流的总压力降低至注入压力；以及
[0010]‑
使用在注入压力下的浓度降低的输出流作为注入矿层的不饱和流。
[0011]因此，可以通过发电装置来降低浓度降低的输出流的压力，直到其等于注入矿层所需的压力。这样，可以消除在注入矿层期间泵送浓度降低的输出流的需要。已经发现，调节由涡轮机生成的电量以使浓度降低的输出流的总压力为(总)注入压力，这代表一种操作渗透溶液开采方法的特别有效的方式。另外地或可替代地，这可以避免需要注入泵来对不饱和流加压以进行注入，从而简化用于操作该方法的系统。
[0012]总压力(p0)可定义为：
[0013]p0＝p+q+ρgh
[0014]其中，p是静压，q是动压，ρ是流体密度，g是于重力加速度，并且h是基准面以上的高度。动态压力可以定义为：
[0015][0016]其中，v是流体速度。由于水从低浓度流穿过膜流到高浓度流，因此紧邻半透膜上游的高浓度流的总压力可大于紧邻半透膜下游的浓度降低的输出流的总压力。类似地，由于水从低浓度流穿过膜流到高浓度流，因此紧邻渗透动力单元上游的高浓度流的总压力可大于紧邻渗透动力单元下游的浓度降低的输出流的总压力。
[0017]应当理解，增加高浓度流的总压力可引起流的体积流率(即每单位时间通过的液体的体积)和/或质量流率(即每单位时间通过的物质的质量)的相应增加。因此，紧邻半透膜上游的高浓度流的体积流率和/或质量流率可小于紧邻半透膜下游的浓度降低的输出流的体积流率和/或质量流率。
[0018]应当理解，浓度降低的输出流可能由于离开渗透动力单元和注入矿层之间的摩擦、管道流动和其它影响而遭受较小的压力损失。然而，此类损失在注入压力中的百分比可以忽略不计。应当理解，没有对浓度降低的输出流做功(例如机械泵送)以增加渗透动力单元的输出和注入井的井口之间的流的总压力。
[0019]可以经由注入井将不饱和流注入到矿层中。注入压力可以定义为不饱和流被注入注入井中的压力，不饱和流经由该注入井到达矿层。应当理解，注入压力将取决于各种因素，包括井的结构、矿层和所需的流率。
[0020]术语高(较高)浓度和低(较低)浓度在本文中用于指具有溶解在其中的相应含量的矿物的流。
[0021]本专利技术的方法可以使用溶液开采方法。溶液开采方法的输入将是不饱和流。应当理解，不饱和流的特性必须使得来自矿层的矿物(溶质)溶解到不饱和流中。不饱和流可包含溶剂，例如水。溶液开采方法的输出将是包含从矿层中溶解的矿物(溶质)的高浓度流。
[0022]本专利技术的方法可以在渗透发电步骤中使用从矿层获得的高浓度流。在进行发电步骤之前，通常对高浓度流进行任何必要的预处理步骤。例如，可能需要过滤以去除固体物质，其它传统工艺也可能是必要的，这取决于料流的确切性质。
[0023]渗透发电步骤的输入是低浓度流和高浓度流。当两股流通过半透膜时，来自低浓度流的溶剂(例如水)将穿过膜流入高浓度流，从而增加所述流的总压力。也就是说，高浓度流中存在的潜在渗透能通过通过半透膜而转化为总压力的增加。通过膜后，高浓度流的浓
度将降低，而低浓度流的浓度将增加。
[0024]在从膜输出后，降低浓度的流的总压力通过通过发电装置而降低。来自发电装置的输出流的总压力等于注入压力。发电装置可以被配置为将浓度降低的输出流中的压力能转换成电能。发电装置可以包括例如连接到发电机的涡轮机，使得涡轮机的运动引起发电机的运动，从而产生电力。发电装置可以被配置为使得横跨装置的压力降将浓度降低的输出流的总压力降低到注入压力。发电装置可以被配置为使得横跨装置的压力降可以例如由用户或自动地改变，以响应一个或多个方法参数以允许实现所需压力降。
[0025]渗透动力单元可以包括压力交换器，该压力交换器被配置为在高浓度流通过半透膜之前将压力从浓度降低的输出流浓度降低的输出流传递至高浓度输出流。可以将来自膜的浓度降低的输出流的第一部分传递至发电装置，并将来自膜的浓度降低的输出流的第二部分转移至压力交换器。在通过压力交换器之后，浓度降低的输出流的第二部分可以从方法中输出，例如作为附加的浓度降低的输出流。使用压力交换器可以进一步提高该方法的效率。
[0026]高浓度流的压力在通过膜之前可以使用泵增加。泵可以由使用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于矿物溶液开采的方法，所述方法包括：
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在注入压力下将不饱和流注入矿层以溶解其中所含的矿物，然后从所述矿层中提取包含所溶解的矿物的高浓度流，
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通过穿过包括允许溶剂通过但不允许所述矿物通过的半透膜的渗透动力单元，将存在于所述高浓度流中的潜在渗透能转化为所述流的总压力的增加，其中所述高浓度流通过所述半透膜的一侧，低浓度流通过所述膜的另一侧；
‑
通过使浓度降低的输出流通过发电装置发电，并将通过所述膜之后的源自所述高浓度流的浓度降低的输出流的总压力降低至所述注入压力；以及
‑
使用所述注入压力下的所述浓度降低的输出流作为注入所述矿层的不饱和流。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述高浓度流的第一部分被传递至所述渗透动力单元，并且从所述方法输出所述高浓度流的第二部分。3.根据权利要求1所述的方法，其中，从所述矿层提取的全部高浓度流被传递至所述渗透动力单元。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将所述浓度降低的输出流的第一部分传递至所述发电装置，并且将所述浓度降低的输出流的第二部分传递至压力交换器，在所述压力交换器中来自所述第二部分的压力在所述高浓度流通过所述半透膜之前被转移到所述高浓度流。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述浓度降低的输出流的所述第二部分在通过所述压力交换器之后从所述方法输出。6.根据权利要求4所述的方法，其中，在通过所述压力交换器之后，所述浓度降低的输出流的所述第二部分在与通过所述发电装置之后的所述浓度降低的输出流的所述第一部分组合以在所述注入压力下产生浓度降低的输出流之前，使用泵将所述浓度降低的输出流的所述第二部分的压力增加到所述注入压力。7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述高浓度流在通过所述半透膜之前，在所述渗透动力单元中使用泵加压。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述高浓度流被传递至第二渗透动力单元，所述第二渗透动力单元的浓度降低的输出流被传递至所述渗透动力单元以用作所述高浓度流，并且其中，所述第二渗透动力单元的浓度降低的输出流的总压力是所述高浓度输入流进入所述半透膜时的总压力。9.根据前述权利要求中任一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：H，
申请(专利权)人：盐动力控股有限公司，
类型：发明
国别省市：