Hinweis auf verwandte Anmeldungen

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der Schweizer Patentanmeldung 0580/15, die am 27. April 2015 eingereicht wurde und deren ganze Offenbarung hiermit durch Bezug aufgenommen wird.

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Ver- fahren zur Nutzung der inneren Energie einer wässrigen, Gas enthaltenden Lösung aus bestehenden und neuen Erdöl und/oder Erdgasquellen. Solche Lagerstätten umfassen un- ter anderem Aquifere, aber auch teilweise mit konventio- nellen Verfahren der Erdöl- bzw. Erdgasförderung ausge- beutete und durch Einpressen von Wasser, insbesondere Salzwasser, stabilisierte Erdöl bzw. Erdgaslager. Der Einfachheit halber werden im Rahmen der Beschreibung der vorliegenden Erfindung alle diese Lagerstätten als Aqui- fere und alle aus einem Aquifer entnommenen Flüssigkeiten als Aquiferfluide bezeichnet. Ein Aquiferfluid gemäss der vorliegenden Erfindung ist mit Gas und gegebenenfalls Erdöl gemischtes, mittels Geothermie aufgeheiztes, mehr oder weniger salz- bzw. mineralhaltiges Wasser (in der Folge als geothermisches Wasser oder geothermisches Ther- malwasser oder Thermalwasser bezeichnet) . Das erfindungs- geraässe Verfahren nutzt die innere Energie eines Aquifer- fluids in einem geschlossenen Kreislauf. Weitere Gegen- stände der Erfindung sind eine hybride Geothermieanlage zur Nutzung der inneren Energie von mit Gas und gegebe- nenfalls Erdöl gemischtem geothermischem Wasser aus einem Aquifer in einem geschlossenen Kreislauf, sowie ein Um- rüstungsverfahren für eine bestehende Geothermieanlage, zur verbesserten energetischen Nutzung eines Aquiferflu- ids .

Hintergrund

Schon seit langer Zeit wird die thermische Energie von geothemischem Thermalwasser oder Thermalsole aus Aquiferen genutzt. Als Aquifere bekannte Grundwasser- leiter sind in verschiedenen Tiefen in der Erdkruste in unterschiedlichen geologischen Formationen vorhanden.

Aquifere weisen neben Thermalwasser oft auch Gasvorkommen auf. Aufgrund des grossen Druckes in diesen Tiefen ist das Gas gelöst im Thermalwasser, wobei eine solche Lösung hier Aquiferfluid genannt wird. Die im Thermalwasser ge- lösten Gase sind in der Regel Brenngase, deren energeti- sche oder chemische Nutzung allein nicht wirtschaftlich ist. Die im Thermalwasser gelösten Gase umfassen Methan oder andere gasförmige Kohlenwasserstoffe, Wasserstoff und/oder Kohlenmonoxid, sowie andere nicht brennbare Kom- ponenten, beispielsweise Wasserdampf und/oder Kohlendi- oxid. Bei der Förderung des Aquiferfluids dehnt sich das gelöste Gas aus, wird aus der Lösung vertrieben und muss - sofern es nicht einer Nutzung zugeführt wird - unter

Emission klimarelevanter Gase abgeblasen oder abgefackelt werden.

Durch die heutige Bohrtechnik können Zugänge zu tief liegenden Aquiferen erstellt werden, sodass Aquiferfluid mit Anfangstemperaturen von über 60°C aus Tiefen von bis zu einigen Kilometern gewonnen werden kann. Neben der Verwendung zum Heizen von Gebäuden wird das Thermalwasser auch zur Erzeugung von elektrischem Strom verwendet. Nach der energetischen Nutzung des Ther- malwassers wird das abgekühlte Thermalwasser mittels ei- ner Rückführvorrichtung wieder zurück in den Aquifer ge- führt . Wie beispielsweise aus „Improved utilization of low temp thermal water rieh in hydrocarbon gases" von BaSic et al., GHC Bulletin, Summer 1990, hervorgeht, wur- de Aquiferfluid, welches Thermalwasser mit darin gelöstem Methan umfasst, in der Vergangenheit vor der Nutzung der thermischen Energie vorbehandelt. Dabei wurde das Methan aus dem Aquiferfluid mit einer Gasseparationsvorrichtung separiert. Das Thermalwasser wurde energetisch in einer Einrichtung zur Nutzung der thermischen Energie genutzt und die Energie des separierten Methans wurde in einem anschliessenden Verbrennungsprozess zugänglich gemacht. Dieser Verbrennungsprozess umfasst einerseits die Ver- brennung des separierten Methans in einem Gasmotor zur Stromproduktion in einem angeschlossenen Generator, ande- rerseits die Nutzung der durch direkte Verbrennung des

Methans gewonnene Wärmeenergie zum weiteren Aufheizen des gewonnenen Thermalwassers . Nach der energetischen Nutzung des Thermalwassers und des Methans, wird das abgekühlte Thermalwasser wieder in den Aquifer injiziert, wobei die für das Einpressen notwendige Energie mittels Methanver- brennung gewonnen wird. Durch dieses Verfahren wird der Energieinhalt des Aquiferfluids gut aber nicht optimal genutzt .

Bei der Verbrennung des Methans gemäss Ba§ic et al. entstehen Abgase, sodass diese an sich umwelt- freundliche Nutzung der inneren Energie des Aquiferflu- ids, ebenso wie das Abfackeln, zu einer Belastung der Um- welt aufgrund der abgegebenen Verbrennungsabgase führt.

Heute sind zudem bereits viele Erdölfelder weitgehend ausgebeutet und die noch vorhandenen Erdölmen- gen lassen sich nur mit zunehmendem Aufwand fördern, was ein (kosten) günstiges Förderverfahren wünschenswert macht. Diese Erdölfelder sind weitgehend mit Wasser ge- füllt, so dass sich diese als Aquifere im Sinne der vor- liegenden Erfindung eignen. Aber nicht nur stark ausgebeutet, auch rela- tiv neu erschlossene Erdölfelder sind aufgrund der För- dertechnik mittels Wassereinspritzung geeignete Aquifere.

Darstellung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufga- be gestellt die energetische Nutzung der inneren Energie von mit Gas und gegebenenfalls Erdöl gemischtem geother- mischem Thermalwasser in einem geschlossenen Kreislauf zu optimieren, wobei eine umweltneutrale und kohlendioxid- freie Nutzung des Aquiferfluids und eine umweltfreundli- che Versorgung mit elektrischer und thermischer Energie erreicht werden soll. Unter geschlossenem Kreislauf wird im Rahmen dieser Erfindung ein Verfahren verstanden, bei dem praktisch keine Emissionen entstehen, wobei aller- dings Gas und gegebenenfalls Erdöl entnommen (und ander- weitig verwendet werden kann) und CO ₂ (gegebenenfalls auch aus anderen anthropogenen Quellen) zurückgeführt wird.

In der Folge wird, soweit Erdgas und Erdöl gemeinsam angesprochen sind, oder wo es keinen Unter- schied macht ob es sich um Erdgas oder um Erdöl handelt, auch der Begriff Kohlenwasserstoffe verwendet.

Das Verfahren zur Nutzung der inneren Energie eines Aquiferfluids, welches mit brennbarem Gas (in der Folge auch nur als Gas bezeichnet) und gegebenenfalls Erdöl gemischtes geothermisches Thermalwasser umfasst, in einem geschlossenen Kreislauf, ist gekennzeichnet durch die Schritte

- Entnahme des Aquiferfluids aus einem Aqui- fer mittels einer EntnahmeVorrichtung,

- Separation von Gas durch Entgasung des Aquiferfluids in einer Gasseparationsvorrichtung, wobei entgastes Thermalwasser resultiert, - gegebenenfalls Separation von Erdöl in ei- ner ölseparationsvorrichtung, wobei entgastes und ölfrei- es Thermalwasser resultiert,

- Nutzung der Wärraeenergie des entgasten Thermalwassers in mindestens einem Wärmetauscher zur Er- wärmung mindestens eines im Kreislauf geführten Heizmedi- ums oder zur Entsalzung von salzhaltigem Wasser, wie Meerwasser, sowie

- Durchführung mindestens eines Verbrennungs- prozesses der separierten Kohlenwasserstoffe in mindes- tens einer Verbrennungsvorrichtung und Nutzung der inne- ren Energie der Kohlenwasserstoffe durch den Betrieb min- destens eines Generators,

- Entfernung unerwünschter Stoffe aus dem Ab- gas mittels einer Abgasreinigungsvorrichtung umfassend eine Gaswäschevorrichtung, insbesondere eine Aminwä- scheanlage, zur Abtrennung des CO ₂ aus den abgekühlte Ab- gasen, und

- Reinjektion des CO ₂ und des abgekühlten Thermalwassers in den Aquifer.

Die Reinjektion von CO ₂ und Thermalwasser kann entweder getrennt (nach Versetzen des CO ₂ in den su- perkritischen Zustand) oder nach Einleitung des CO ₂ ins abgekühlte Thermalwasser erfolgen.

Je nach Separator kann die Separation von Gas und Erdöl auch im gleichen Separator erfolgen, wobei der- zeit zwei getrennte Separatoren bevorzugt sind.

Bei Aquiferen, die unter sehr hohem Druck stehen, ist es sinnvoll oder notwendig, das Aquiferfluid vor dessen Einleitung in den mindestens einen Separator soweit zu entspannen, dass dieses nur noch den im Kreis- lauf vorgesehenen Überdruck aufweist. Dies kann bei- spielsweise dadurch erfolgen, dass das Aquiferfluid vor dem Separator über eine Vorrichtung zur Stromerzeugung geleitet wird. Dafür geeignete Vorrichtungen sind mit ei- nem Generator gekoppelte Turbinen oder rückwärtslaufende Kompressoren. Bei Aquiferen, die im Aquiferfluid sowohl Erdgas, wie auch Erdöl enthalten, kann das Erdöl aus der Anlage entfernt und einer anderweitigen Nutzung zugeführt werden oder - was vor allem bei geringen Erdölmengen sinnvoller sein kann - direkt innerhalb der Anlage ver- brannt und analog dem Gas genutzt werden.

Die Abgasreinigung kann beispielsweise opti- miert werden indem der Verbrennungsvorrichtung eine

Mischvorrichtung zum Mischen von Gas und gegebenenfalls Erdöl mit Verbrennungsluft vorgeschaltet wird, wobei das Mischverhältnis in der Mischvorrichtung mittels im Ab- gasstrom angeordneter Lambdasonde gesteuert wird, und ge- gebenenfalls Vorheizen der Gas- (öl) -Luft-Mischung vor de- ren Einspeisung in die Verbrennungsvorrichtung. Eine al- ternative oder zusätzliche Möglichkeit, die Zusammenset- zung des Abgases zu optimieren, umfasst eine der Verbren- nungsvorrichtung nach- und der Gaswäscheanlage vorge- schaltete Abgasreinigungsvorrichtung, insbesondere einen Katalysator. Meist ist aber Abgasreinigung bzw. CO ₂ - Gewinnung mittels Gaswäsche ausreichend.

Bei Nutzung von sowohl Gas als auch öl ist es ebenfalls möglich und - je nach Zusammensetzung des Öls allenfalls bevorzugt - Gas und Öl in getrennten Verbren- nungsvorrichtungen zu verbrennen. Dies kann z.B. dann an- gezeigt sein, wenn der ölverbrennung eine andere (kataly- tische) Abgasreinigung nachgeschaltet werden sollte als der Gasverbrennung.

Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Erdölreinigung der Verbrennung vorgeschaltet sein, so dass allenfalls die Abgasreinigung oder die Verbrennung störende Stoffe, wie Schwermetalle, SchwefelVerbindungen etc. vor der Verbrennung entfernt werden und sich somit nicht in der Verbrennungsvorrichtung ablagern oder in den Abgasstrom gelangen. Solche Verfahren sind dem Fachmann aus der Erdölindustrie bekannt.

Durch das vorliegende Verfahren wird eine ab- gasfreie elektrische und thermische Nutzung von lokal verfügbaren fossilen Vorkommen von Aquiferfluiden er- reicht .

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Er- findung ist eine Geothermieanlage zur Nutzung der inneren Energie von mit brennbaren Gasen und gegebenenfalls . Erdöl gemischtem geothermisehern Thermalwasser aus einem Aquifer in einem geschlossenen Kreislauf _/ umfassend mindestens eine Entnahmevorrichtung für Aquiferfluid, eine Gas- und gegebenenfalls eine ölseparationsvorrichtung zur Auftren- nung des Aquiferfluids in Thermalwasser, Gas und gegebe- nenfalls Erdöl, mindestens einen Wärmetauscher zur Nut- zung der im Thermalwasser enthaltenen thermischen Energie zur Erwärmung von im Kreislauf geführtem Heizmedium oder im Rahmen einer Entsalzungsanlage, eine Verbrennungsvor- richtung für separiertes Gas und gegebenenfalls eine Ver- brennungsvorrichtung für öl mit mindestens je einem daran gekoppelten Generator zur Erzeugung von elektrischem Strom, einen im Abgasstrom nach den Vorrichtungen zu des- sen thermischer Nutzung angeordneten Gaswäscher, insbe- sondere einem Aminwäscher, zur Abtrennung des CO ₂ , entwe- der eine Zuleitung für das nach Gaswäsche erhaltene CO ₂ in eine Rückführleitung für das aus dem mindestens einen Wärmetauscher ausgetretene Thermalwasser oder eine Lei- tung direkt in mindestens eine Rückführvorrichtung zur Reinjektion des Kohlendioxids und des abgekühlten Ther- malwassers durch eine Reinjektionsbohrung in den Aquifer.

Die Reinjektion des CO ₂ kann auf zwei ver- schiedene Arten erfolgen:

Wenn das Thermalwasser ausreichend abgekühlt ist, kann das CO ₂ verdichtet und in die Rückführleitung für das aus dem mindestens einen Wärmetauscher ausgetre- tene Thermalwasser eingepresst und mit diesem zusammen über die Rückführvorrichtung in den Aquifer reinjiziert werden. Dieses Verfahren ist speziell geeignet, wenn die thermische Energie des Thermalwassers sehr intensiv ge- nutzt wird, d.h. das Thermalwasser bis unter 35°C und speziell bevorzugt bis auf etwa 27 °C oder tiefer abge- kühlt wird.

Bei weniger intensiver Nutzung des Thermal- wassers, d.h. Temperaturen über 27 "C, insbesondere min- destens 35 °C, ist es auch möglich und bevorzugt, das CO ₂ bis in den superkritischen/überkritischen Zustand zu ver- dichten (scC02) und getrennt vom Thermalwasser in den Aquifer zurückzuleiten. Diese Zurückleitung bzw. Reinjek- tion erfolgt über eine Reinjektionsbohrung bis in Tiefen, in denen der Druck im Aquifer etwa dem Druck des SCCO ₂ entspricht (üblicherweise mind. 73 bar) . Dies kann mit- tels eines Wellhead geschehen, der zusätzlich zu einer Reinjektionsleitung für das Thermalwasser eine Leitung für das SCCO ₂ aufweist. Eine solche Leitung für SCCO ₂ kann ein in der Reinjektionsleitung z.B. konzentrisch an- geordnetes Rohr sein, insbesondere ein Rohr aus Chrom o- der einer Chromlegierung. Nach dem Lösen des scC02 im Thermalwasser kann die Lösung noch tiefer in den Aquifer geleitet werden, z.B. bis auf Tiefen von 2000 bis 2500 m.

In einer bevorzugten Ausführung umfasst die hybride Geothermieanlage ferner mindestens eine der min- destens einen Verbrennungsvorrichtung vorgeschaltete Mischvorrichtung zum Mischen des Gases und gegebenenfalls des Erdöls mit Verbrennungsluft und/oder eine der Ver- brennungsvorrichtung nachgeschaltete Abluftreinigungsvor- richtung, wie einen Katalysator.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung um- fasst die Geothermieanlage ferner mindestens einen im Ab- gasstrom angeordneten und der Abgasreinigungsvorrichtung nachgeschalteten Wärmetauscher.

In noch einer weiteren bevorzugten Ausfüh- rungsform erfolgt die allfällige Vermischung des CO ₂ mit dem abgekühlten Thermalwasser in einem Rieselwäscher, insbesondere einem mit Füllkörpern zumindest teilweise gefüllten Rieselwäscher, in dem das Gas unter dem er- wünscht hohen Druck vorliegt und mit Wasser „berieselt* wird, bis es mit CO ₂ gesättigt ist. Das Abgas, das in der Aufbereitungsanlage mittels Aminwäsche aufbereitet wird, zeichnet sich übli- cherweise durch zwei für die CO ₂ -Abtrennung wesentliche Eigenschaften aus; einen relativ hohen Volumenstrom und einen relativ niedrigen C02~Gehalt. Daraus folgt, dass für die Absorption des CO ₂ eine sehr große, aktive Ober- fläche für die Reaktion zwischen Abgas und Amin benötigt wird.

Die aktive Fläche ist der Bereich, in dem das Abgas und die Aminwaschlösung den Massenaustausch voll- ziehen, d.h. in dem das CO ₂ chemisch durch die Waschlö- sung absorbiert wird. Diese aktive Oberfläche umfasst vorzugsweise mehr als einen, z.B. zwei, strukturierte Pa- ckungsabschnitte, die je mit den zugehörigen Fluidsamm- lern und Verteilern ausgestattet sind. Sammlung und Neu- verteilung gewährleisten eine gleichmässigere Konzentra- tion der Waschlösung in allen Bereichen der strukturier- ten Packung.

Ein weiterer zu berücksichtigender Aspekt ist, dass die Aminwaschlösung eine definierte Reaktions- geschwindigkeit aufweist. Dies erfordert eine genau defi- nierte, ausreichend lange Reaktionsstrecke, die unter Be- rücksichtigung von Temperatur und Druck festzulegen ist. Bei einer Temperatur der Aminwaschlösung von beispiels- weise ca. 35 °C und einem geringen Überdruck von bei- spielsweise ca. 16 bar beträgt die bevorzugte Höhe der Kolonne ca. 30 Meter. Um gute Absorption zu gewährleis- ten, wird das Abgas im Gegenstrom zur Waschlösung ge- führt. Dem Abgas und der Waschlösung muss ausreichen Zeit und Platz für die Reaktion zur Verfügung stehen, was durch die Kolonnenhöhe und die aktive Oberfläche sicher- gestellt wird. Damit der geforderte C02~Gehalt von unter 1 Vol.-% CO ₂ und ein hoher Absorptionswirkungsgrad in dem behandelten Abgas erreicht werden kann, ist es notwendig, die oben beschriebenen Parameter zu optimieren und genau einzuhalten. Eine geeignete Waschkolonne weist die folgen- den Komponenten auf:

• Kolonnensumpf, für die Sammlung der CO ₂ - angereicherten Waschlösung, die aus dem Sumpf abge- zogen und der Ammoniumcarbonat-Spaltung zugeführt wird,

• Flüssigkeitseintritte,

• Absorptions- bzw. Waschabschnitte mit strukturier- ter Packung,

· Flüssigkeitssammler und Verteiler zwischen den

Waschabschnitten,

• Tropfenabscheider (Demister)

• verschiedene Anschlüsse für Rohrleitungen und Mess- technik, sowie vorzugsweise

· Wartungsöffnungen (Mannlöcher) .

Für eine zwei Absorptionsabschnitte aufwei- sende Waschkolonne ergibt sich deshalb bei den oben ange- gebenen Parametern eine minimale Bauhöhe von 30m.

Um den Aminaustrag im C02-abgereicherten Gas am Austritt der Waschkolonnen zur reduzieren, ist vor- zugsweise zusätzlich ein Nachwäscher auf dem Kopf der Ko- lonne installiert.

In diesem Nachwäscher wird der im CO ₂ - abgereicherten Gas enthaltene aminhaltige Wasserdampf mit Hilfe eines Wärmetauschers gekühlt, so dass die Amin- Wasserdarapflösung kondensiert. Diese wird vorteilhafter- weise mittels eines Tropfenabscheiders zurück in das Sys- tem geführt.

Damit wird außerdem der Wasseraustrag aus dem Reaktionsprozess auf ein Minimum reduziert, was den Was- serbedarf für den Waschprozess deutlich vermindert.

Ein geeigneter Nachwäscher hat eine Höhe von ca. 6 Metern, so dass sich für die Waschkolonne incl. Nachwäscher bei den oben beschriebenen Parametern eine Gesamthöhe von ca. 36 Metern ergibt.

Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfin- dung ist die Verwendung spezieller Gasseparatoren, gege- 11 benenfalls mit nachgeschalteten Vorrichtungen zur Nutzung der im heissen Gas enthaltenen thermischen Energie, und/oder einer Verbrennungsvorrichtung mit Zusatzausstat- tung, welche eine optimal saubere Verbrennung gewährleis- tet. Solche Vorrichtungen können zur Nachrüstung beste- hender Anlagen ausgelegt und für die Verwendung in ent- sprechenden Umrüstungsverfahren optimiert sein.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Ausgestaltungen, Vorteile und Anwen- dungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen An- sprüchen und aus der nun folgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigt

Figur 1 eine schematische Ansicht einer Ge- othermieanlage umfassend die zur Durchführung des erfin- dungsgemässen Verfahrens notwendigen oder sehr wünschens- werten Vorrichtungen,

Figur 2 eine schematische Ansicht einer mit mehr Vorrichtungen ausgestatteten Geothermieanlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens,

Figur 3 eine schematische Ansicht eines Teils einer Geothermieanlage gemäss Figur 1 mit einer Prozess- führung unter Einschluss einer Erdölgewinnung,

Figur 4 eine schematische Ansicht eines Teils einer Geothermieanlage gemäss Figur 2 mit einer Prozess- führung unter Einschluss einer Erdölgewinnung,

Figur 5 eine schematische Ansicht eines Teils einer Geothermieanlage gemäss den Figuren 2 und 4 mit ge- trennter Verbrennung von Erdgas und Erdöl.

Figur 6 eine schematische Ansicht eines Teils einer Geothermieanlage gemäss Figur 1 oder 2 mit alterna- tiver, getrennter Reinjektion von CO ₂ als SCCO ₂ und Ther- malwasser und

Figur 7 eine schematische Ansicht eines Teils einer Geothermieanlage gemäss Figur 1 oder 2 mit alterna- tiver Nutzung des Thermalwassers zur Entsalzung von Meer- wasser.

Weg(e) zur Ausführung der Erfindung

In den Figuren ist eine hybride Geothermiean- lage 1 schematisch dargestellt, die mit einem Aquifer 0 in einer geologischen Formation verbunden ist. Dieser Aquifer 0 enthält Aquiferfluid A, welches mit Gas G und gegebenenfalls Erdöl E versetztes Thermalwasser T ist. Das Aquiferfluid A weist vorzugsweise eine Anfangstempe- ratur Ti von 60°C und höher auf, sowie einen Anfangsdruck pi im Aquifer 0, der grösser ist als der Atmosphären- druck.

Als Aquiferfluid A ist prinzipiell jedes Aquiferfluid A geeignet, wobei Aquiferfluide A hoher Tem- peratur und mit hohem Gasgehalt und gegebenenfalls hohem Erdölgehalt bevorzugt sind. Bei Aquiferfluiden mit so tiefem Salzgehalt, dass bei der Einspeisung des gegebe- nenfalls mit CO ₂ -angereicherten, abgekühlten Thermalwas- sers keine Kristallisation erfolgt, welche zum Verstopfen der Einspeisleitungen führen könnte, sind die Wartungsar- beiten üblicherweise gering. Massnahmen, welche ein Ver- stopfen der Bohrungen und Leitungen generell verhindern, sind unten beschrieben.

Durch mindestens eine und vorzugsweise mehre- re, beispielsweise 4, Entnahmebohrung 100, die von eini- gen Metern bis in Tiefen von einigen Kilometern unter die Erdoberfläche reichen können, wird mindestens ein Zugang zum Aquifer 0 erreicht. Mittels einer Entnahmevorrichtung 10 im Bereich der jeweiligen Entnahmebohrung 100 wird Aquiferfluid A in die Geothermieanlage 1 eingespeist.

Vorzugsweise verfügt jede Entnahmebohrung 100 Über eine Entnahmevorrichtung 10 und jede Entnahmevor- richtung 10 umfasst eine Entnahmepumpe. Die Entnahme Über mehr als eine, vorzugsweise vier Entnahmebohrungen mit- tels je einer Pumpe hat den Vorteil, dass die Pumpen im Normalbetrieb mit reduzierter Leistung, bei 4 Pumpen z.B. 2/3 ihrer Maximalleistung, betrieben werden können.

Dadurch kann die Lebensdauer der Pumpen erhöht werden und fällt eine Pumpe, z.B. bei deren Wartung, aus, so kann die Förderleistung auf einfache Art konstant gehalten werden, indem die Leistung der anderen Purapen entspre- chend erhöht wird.

Das aus dem Aquifer 0 mittels mindestens ei- ner EntnahmeVorrichtung 10 entnommene Aquiferfluid A wird einer Gasseparationsvorrichtung 11 zugeleitet. Durch die- se Gasseparationsvorrichtung 11 wird das Gas G und insbe- sondere der Anteil reinen Methans bzw. brennbarer Kohlen- wasserstoffe dem Aquiferfluid A entnommen und getrennt vom Thermalwasser T geführt und genutzt.

Die Auftrennung des Aquiferfluids A in Ther- malwasser T und (methanreiches) Gas G erfolgt vorzugswei- se mittels einer Separationsvorrichtung 11. In einer Aus- führungsform einer solchen Gasseparationsvorrichtung 11 wird die Oberfläche des Aquiferfluids A stark vergrös- sert. Infolge der grossen Oberfläche, der hohen Tempera- tur des Aquiferfluids, welche der im Aquifer vorgefunde- nen Temperatur Ti (oft 60°C oder höher) entspricht, und der Entspannung des Aquiferfluids A von pi auf einen viel geringeren Druck, wie geringen Überdruck von z.B. 20 bis 500 hPa (alle Druckangaben bezeichnen den Überdruck ge- genüber dem Umgebungsdruck) , wird das Gas G vollständig oder zumindest nahezu vollständig vom Thermalwasser ge- trennt. Weitere Massnahmen sind nicht erforderlich. Die Oberflächenvergrösserung in der Separationsvorrichtung 11 kann auf verschiedene Arten erzielt werden, insbesondere dadurch, dass das Aquiferfluid A in heftige Bewegung ver- setzt wird, beispielsweise durch heftiges Rühren, oder durch Einsprühen des Aquiferfluids A in die Separations- Vorrichtung 11 in Form kleiner Tröpfchen. Die Abführung des Gases erfolgt vorzugsweise kontinuierlich. Da das abgetrennte Gas G einen hohen Feuch- tigkeitsgehalt aufweist, wird es vor der Einspeisung in die Verbrennungsvorrichtung in einer Trocknungsvorrich- tung 22 getrocknet. Dadurch wird der Gasverbrennung mini- mal verdünntes Gas G zugeführt. Da das Gas zudem eine er- höhte Temperatur ähnlich Ti aufweist, kann dessen thermi- sche Energie in mindestens einer Vorrichtung zur Nutzung thermischer Energie, wie einem Wärmetauscher 21, genutzt werden, beispielsweise zur (Vor) erwärmung des Heizmedi- ums, welches anschliessend in einem mit Thermalwasser be- triebenen Wärmetauscher 12, 13, 14 seine Endwärme erhält.

In einer alternativen Gasseparationsvorrich- tung 11 erfolgt die Trennung nicht unter geringem Über- druck, sondern unter substantiellem Uberdruck von bei- spielsweise ca. 3 bar (3000 hPa) bei 104 °C. Der Überdruck bewirkt, dass weniger Wasser gasförmig vorliegt und zu- sammen mit dem Gas abgeleitet wird, was zu wesentlich ge- ringerer Belastung des Kondensators führt. Damit die Trennung von Gas und Wasser dennoch rasch erfolgt, ist ein Separator mit liegendem, zylindrischem Druckbehälter bevorzugt, d.h. ein Separator, dessen horizontale Ausdeh- nung grösser als dessen vertikale Ausdehnung ist. Das Aquiferfluid A kann auch in diesen Separator eingesprüht werden, meist reicht es aber aus, dieses lediglich, z.B. von oben, auf der einen Seite ein- und - möglichst weit von der Einleitung entfernt - auf der anderen Seite des Druckbehälters unten das entgaste Thermalwasser abzulei- ten. Die Abführung des Gases erfolgt auch mit diesen Se- paratoren vorzugsweise kontinuierlich und auch bei dieser für Hochdruckbetrieb ausgelegten Ausführungsform der

Gasseparationsvorrichtung 11 wird vorzugsweise noch ein Kondensator nachgeschaltet.

Enthält das Aquiferfluid A auch Erdöl E, so ist es bevorzugt, dass dieses in einem weiteren Separa- tor, üblicherweise einem dem Gasseparator nachgeschalte- ten Separator, abgeschieden wird. Je nach Menge kann das Erdöl aus dem Kreislauf entfernt oder innerhalb des

Kreislaufs einer Verbrennung zugeführt werden.

Bei Aquiferfluiden A, die unter sehr hohem Druck stehen, kann es erforderlich sein, diese vor der Einleitung in den Gasseparator 11 partiell, d.h. bis auf den im Kreislauf gewünschten Überdruck, zu entspannen. Die dabei freiwerdende Energie wird geeigneterweise eben- falls genutzt, z.B. zur Stromerzeugung mittels einer Vor- richtung, wie einer mit einem Stromgenerator gekoppelten Turbine oder einem rückwärtslaufenden Kompressor.

Die thermische Energie des gasfreien bzw.

entgasten und gegebenenfalls von Erdöl separierten Ther- malwassers T wird innerhalb der Geothermieanlage 1 dadurch genutzt, dass das Thermalwasser T mittels einer Pumpe 18 mindestens einer Vorrichtung zur Nutzung der thermischen Energie 12 - 16 zugeführt wird. Bei dieser mindestens einen Vorrichtung zur Nutzung der thermischen Energie handelt es sich um insbesondere mindestens einen Wärmetauscher (dargestellt sind drei Wärmetauscher 12, 13, 14) bzw. eine Vorrichtung zur Erzeugung von Strom, wie eine Niederdruck-Wasserdampfmaschine oder eine Abwär- meverstromungsanlage oder eine ORC (Organic-Rankine- Cycle) -Verstromungsanlage 15, 16 (siehe unten). Diese Nutzung kann die Erwärmung mindestens eines im Kreislauf geführten Heizmediums oder Wärmeträgermediums sein. Das Heiz-/Wärmeträgermedium aus den Wärmetauschern 12, 13, 14 wird in nachfolgenden Prozessschritten, insbesondere in Form von Fernwärme zur Beheizung von Wohnungen, Treibhäu- sern etc. nutzbar gemacht oder zur Stromerzeugung.

In einer alternativen Nutzung wird der Wärme- tauscher zum Betrieb einer Tieftemperatur Entsalzungsan- lage (Low Temperature Thermal Desalination (LTTD) Plant) verwendet. Dabei kann Salzwasser in mehreren in Serie ge- schalteten Wärmetauschern zuerst in einem oder mehreren mit Thermalwasser beheizten Wärmetauschern 12, 13, 14 und anschliessend gegebenenfalls mit einem oder mehreren mit Wasserdampf beheizten Wärmetauschern 19, 19a in Wasser- dampf und aufkonzentriertes Salzwasser aufgetrennt werden {siehe Figur 7) . Bei diesem Verfahren ist zu beachten, dass der Energiegehalt des Thermalwassers bzw. des Was- serdampfs ab Wärmetauscher 12 abnimmt und dass vorzugs- weise auch der Druck abnimmt, was gegebenenfalls durch Einsatz einer Pumpe 18a gefördert werden kann. Als letzte Stufe in diesem Verfahren ist ein Kondensator geschaltet, der den am Ende des letzten Wärmetauschers verbleibenden Wasserdampf auskondensiert. Dieser Kondensator kann z.B. mit frischem Meerwasser als Kühlmedium betrieben werden.

Falls keine Wasserquelle, wie ein Meer in der Nähe ist, kann anstelle des Meerwassers auch abgekühltes Thermalwasser oder eine andere nicht ausreichend saubere Wasserquelle eingesetzt werden, wobei Meerwasser bevor- zugt ist.

Optional und bevorzugt, kann das Thermalwas- ser in einem den Wärmetauschern 12, 13, 14 vorgeschalte- ten Wärmetauscher 15 oder gegebenenfalls in einem in das Entsalzungsverfahren, z.B. zur Kondensation des Wasser- dampfs in der letzten Stufe, integrierten Wärmetauscher (in den Figuren nicht gezeigt), zur Gewinnung elektri- scher Energie verwendet werden. Ein geeignetes Verfahren zur Erzeugung von Strom verwendet z.B. eine Niederdruck- Wasserdampfmaschine oder eine Abwärmeverstromungsanlage oder eine ORC-Verstromungsanlage (15, 16) . Ein speziell geeignetes und bevorzugtes Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie ist ein ORC-Verfahren (Organic- Rankine-Cycle) für Gasturbinen. Im ORC-Verfahren wird ein Wärmeträgermedium in einem Wärmetauscher 15 über den Sie- depunkt erhitzt, dieses Wärmeträgermedium zum Betrieb ei- ner Gasturbine 16 verwendet und nach Kondensation wieder dem Wärmetauscher 15 zugeführt. Für ein solches Verfahren geeignet sind Wärmeträgermedien mit Siedepunkten, die ca. 15 bis 25 °C unterhalb der Temperatur des Thermalwassers liegen, beispielsweise im Bereich von 45 bis 50°C, wie 49°C. Obschon der Wirkungsgrad solcher ORC-Verfahren ge- ring ist (üblicherweise <20%, meist <15%) hat es sich ge- zeigt, dass der in einem vorgeschalteten Wärmetauscher erzeugte Strom meist für die Pumpenleistung ausreicht, die z.B. notwendig ist, um die in den anschliessenden Wärmetauschern 12, 13, 14 erwärmten Heizkreisläufe auf- recht zu erhalten.

Je nach Energiegehalt des Thermalwassers kön- nen die Nutzungen kombiniert werden, d.h. zur Energieer- zeugung im ORC-Verfahren und/oder zur Erzeugung von Fern- wärme und/oder zur Entsalzung.

Um den Verbrennungsprozess zu optimieren, kann der Verbrennungsvorrichtung 24 nicht reines Gas G sondern in einer Mischvorrichtung 23 mit Luft vorgemisch- tes Gas G zugeführt werden.

Das gegebenenfalls mit Luft vorgemischte Gas G wird in einer bevorzugten Ausführungsform vor Eintritt in die Verbrennungsvorrichtung 24 vorgeheizt. Dies kann mittels eines Wärmetauschers 26 erfolgen, dessen Heizme- dium, z.B. Wasser, in einem im Abgasstrom angeordneten Wärmetauscher 29 durch Abgase aus der Gasverbrennung er- hitzt wurde.

Auch in einem alternativen Verfahren, in dem neben Erdgas auch Erdöl verbrannt wird, kann eine Vormi- schung mit Luft zu besserer Verbrennung führen. Dann kann es allerdings sinnvoll sein, zusätzlich ein Einsprühen des Erdöls oder des Erdöl-Erdgas-Gemisches in feinen Tropfen vorzusehen.

In einer weiteren Ausführungsform mit ge- trennter Erdölverbrennung wird auf vorgängiges Mischen mit Luft oft verzichtet, wobei ein solches auch hier ein- gesetzt werden kann, insbesondere wenn das Erdöl in fei- nen Tröpfchen in die Mischkammer eingesprüht und unmit- telbar in die Verbrennungsvorrichtung weitertransportiert werden kann.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäs- sen Verfahrens wird mit einer Lambdasonde der Restsauer- stoffgehalt des Abgases gemessen und dann das Verhältnis von zugeführter Verbrennungsluft zu Gas G, insbesondere Methan, und gegebenenfalls Erdöl E entsprechend gesteu- ert, entweder in einer Mischvorrichtung 23 und/oder di- rekt in der Verbrennungsvorrichtung 24. Das Verhältnis kann derart eingestellt werden, dass die Verbrennung mit hohem Wirkungsgrad und unter Erzeugung von möglichst we- nig Schadstoffen erfolgt. Um bei der späteren Reinjektion in den Aquifer 0 Schäden im Aquifer 0 zu verhindern, muss vor allem darauf geachtet werden, dass kein Sauerstoff im Abgas vorhanden ist, da dieser, insbesondere durch chemi- sehen Kohlenwasserstoffabbau, wie Methanabbau, Schäden im Aquifer 0 anrichten kann. Dies kann durch Gaswäsche in einer Gaswäscheanlage, insbesondere einem Aminwäscher 30 mit daran gekoppelter Ammoniumcarbonat-Spaltung 31 (siehe unten) , erzielt werden, gegebenenfalls zusammen mit einer gesteuerten Verbrennung und/oder einer anschliessenden Abgasbehandlung in Abgasbehandlungsvorrichtung 27, z.B. mittels Katalysator.

Nach der mindestens einen Verbrennungsvor- richtung 24, 24a wird durch einen darin durchgeführten Verbrennungsprozess des Gases G und gegebenenfalls des Erdöls E mindestens ein Generator 25, 25a (vorzugsweise ein Generator pro Verbrennungsvorrichtung) angetrieben, welcher elektrische Energie liefert, die zum Betrieb von Vorrichtungen, wie Pumpen, innerhalb der Geothermieanlage verwendet oder ins Stromnetz eingespeist werden kann. Als Verbrennungsvorrichtung 24 können Gasmotoren oder Gastur- binen eingesetzt werden, als Verbrennungsvorrichtung 24a Dieselmotoren .

Eine der mindestens einen Verbrennungsvor- richtung 24, 24a und dem mindestens einen Generator 25, 25a gegebenenfalls nachgeschaltete Abgasbehandlungsein- richtung 27 sorgt dafür, dass eine bessere Verbrennung des Gases G, gegebenenfalls des Erdöls E und des LuftSau- erstoffs erreicht wird, und dass vorzugsweise auch Koh- lenmonoxid und Stickoxide entfernt werden, derart, dass die entstehenden weitergeleiteten Abgase vorzugsweise arm an bzw. frei von Sauerstoff, Kohlenwasserstoffen, Stick- oxiden und Kohlenmonoxid sind und hauptsächlich Kohlendi- oxid, Stickstoff und Wasser enthalten. Als Abgasbehand- lungseinrichtung 27 können beispielsweise Lambdasonden zusammen mit unterschiedlichen, bekannten Abgaskatalysa- toren verwendet werden. Die Wahl eines geeigneten Kataly- sators richtet sich nach der Art der verwendeten Brenn- stoffe und der verwendeten Verbrennungsvorrichtung. Für VerbrennungsVorrichtungen, die bei Lambda-Werten von 1 betrieben werden, eignen sich beispielsweise geregelte Katalysatoren, wie ein Drei-Wege-Katalysator, bei Mager- motoren ein Oxidationskatalysator, etc. Bei Verbrennung von Erdöl können aus Dieselfahrzeugen bekannte Katalysa- toren und Partikelfilter alleine oder zusätzlich zu den für Gas bevorzugten Katalysatoren eingesetzt werden.

Bei mehr als einer Verbrennungsanlage 24, 24a werden die Abgasströme nach der Verbrennungsanlage oder zwischen oder nach einem oder mehreren Katalysatoren un- terschiedlicher Eignung zusammengeführt.

Der Energieinhalt des aus der mindestens ei- nen Verbrennungsvorrichtung 24, 24a austretenden Ab- gasstroms wird, gegebenenfalls nach katalytischer Nachbe- handlung, in mindestens einer nachgeschalteten Abgasener- gienutzVorrichtung zusätzlich genutzt. Der durch den Ver- brennungsprozess resultierende Abgasstrom weist Tempera- turen von einigen hundert °C, in der Regel grösser als 500°C auf, dessen Energieinhalt als Wärmequelle oder zur weiteren Stromerzeugung, z.B. in einem oder mehreren ORC- Verfahren, verwendet werden kann. Derzeit bevorzugt ist die Verwendung als Wärmequelle.

Für die Nutzung als Wärmequelle kann der Ab- gasstrom direkt zur Erwärmung eines Heizmediums, z.B. von Thermoöl oder Wasser, in einem oder mehreren Wärmetau- schern 28, 29 verwendet werden. So kann z.B. das mit mehr als 500 °C, wie 520 °C, aus der Verbrennungsvorrichtung bzw. dem mindestens einen Katalysator austretende Abgas in einem Wärmetauscher 28 erst zur Erwärmung von Heizme- dium verwendet werden, welches seinerseits wieder zur Rückgewinnung des CO ₂ nach Aminwäsche (siehe unten) ver- wendet werden kann, und das auf unter 200°C _/ wie 140°C, abgekühlte Abgas kann in einem weiteren Wärmetauscher 29 zur Erhitzung von Heizmedium eingesetzt werden, das bei- spielsweise zur Vorwärmung des Luft-Gas-Gemisches oder des Luft-Gas-Erdöl-Gemisches oder des Gas-Erdöl-Gemisches vor dessen Zuführung zur Verbrennungsvorrichtung 24 bzw. eines allfälligen Luft-Erdölgemisches vor dessen Zufüh- rung zur Verbrennungsvorrichtung 24a dienen kann, sollte eine solche Vorwärmung vorgesehen sein. In dieser Stufe ist üblicherweise nur eine geringe weitere Abkühlung er- wünscht, d.h. auf etwas über 100°C, wie 120°C, so dass keine Kondensation innerhalb der Leitungen erfolgt.

Anstelle der Nutzung der Energie des heissen Abgases als Heizmittel, kann dieses direkt aus der Ver- brennungsvorrichtung 24 bzw. der Abgasreinigungsvorrich- tung 27 oder nach mindestens einem oder zwischen mehreren Wärmetauschern 28, 29 auch zur weiteren Erzeugung elektrischer Energie verwendet werden. Die Gewinnung elektrischer Energie kann beispielsweise in einem oder mehreren ORC-Verfahren (Organic-Rankine-Cycle) für Dampf- turbinen - wie oben bereits beschrieben, aber gegebenen- falls mit Wärmeträgermedium mit höherem Siedepunkt (bei mehreren hintereinandergeschalteten ORC-Verfahren mit ab- nehmendem Siedepunkt) - durchgeführt werden, aber auch mittels anderer Vorrichtungen zur Erzeugung von Strom, wie Niederdruck-Wasserdampfmaschinen oder Abwärmeverstro- mungsanlagen. Abwärme der Verbrennungsgase nach Erzeugung des elektrischen Stromes kann wie oben beschrieben zur Aufheizung des Luft-Gas-Gemisches oder zur Aufheizung von abgekühltem Thermalwasser oder abgekühltem, im Kreislauf geführtem Heizmedium für Fernwärme verwendet werden.

Das gesamte abgekühlte und energetisch ge- nutzte Abgas, welches hauptsächlich aus Kohlendioxid be- steht, wird zur Entfernung anderer Gase, wie Stickstoff und allenfalls geringer Reste an Stickoxiden, Kohlenmono- xid und Sauerstoff, - gegebenenfalls nach Vorwäsche - ei- nem Gaswäscher 30 zugeführt. In diesem Gaswäscher 30 wird das CO ₂ aus dem Gasstrora entfernt. Ein bevorzugter Gaswä- scher 30 ist eine Aminwäscheanlage, in der das CO ₂ mit einem Amin, wie einem Amin der Formel NR _X H3_ _X , beispiels- weise einem Alkylamin, aus dem Gasstrom entfernt wird. Die gelöstes Ammoniumcarbonat enthaltende Lösung wird an- schliessend bei einer Temperatur oberhalb 100°C, wie bei 140°C, in einer Vorrichtung zur Zersetzung von Ammoni- umcarbonat (amine cooker) 31 (vorzugs-

weise erhitzt mittels Heizmedium, das durch Abgas, z.B. in Wärmetauscher 28 erhitzt wurde), zersetzt. Das in Vor- richtung 31 freigesetzte Amin wird in den Gaswäscher 30 zurückgeführt. Das feuchte CO ₂ wird über einen Kondensa- tor 32 (gegebenenfalls einen Wärmetauscher und diesem nachgeschaltet ein Kondensator 32) einem Verdichter 33 zugeführt. In einer Ausführungsform wird das verdichtete CO ₂ dem abgekühlten, zu rezyklierenden Thermalwasser in der Rückführleitung 17 mittels einer Vermischungsvorrich- tung, wie einem Rieselwäscher, 34 beigemischt. In einer anderen Ausführungsform wird das CO ₂ im Verdichter in su- perkritischen Zustand versetzt und direkt via die Rück- führleitung 17a, die Rückführvorrichtung 40 und die Rück- führbohrung 400 in den Aquifer 0 gepresst und zwar in ei- ne Tiefe, die dem hydrostatischen Druck des SCCO ₂ ent- spricht. Das im Kondensator 32 abgeschiedene Wasser mit einer Temperatur von üblicherweise unter 170 "C kann ge- gebenenfalls zur Gewinnung der darin enthaltenen Wärme- energie dem Thermalwasser zugeführt werden, welches in einem Verfahren zur Erzeugung von Strom, wie einem ORC- Verfahren 15, 16 und/oder zur Erzeugung von Fernwärme in einem der Wärmetauscher 12, 13, 14 verwendet wird. Ist dem Kondensator 32 ein Wärmetauscher vorgeschaltet, so kann die darin gewonnene Energie z.B. zur Aufheizung des Thermalwassers für die Verwendung im ORC-Verfahren 15, 16 genutzt werden, oder zur direkten zusätzlichen Erwärmung des Wärmeträgermediums im ORC-Verfahren. Die in den Abgasen aus den Verbrennungspro- zessen enthaltene Wärme kann - falls diese im Überschuss vorhanden ist - an beliebiger Stelle auch in einem oder mehreren Wärmetauschern einer Entsalzungsanlage (konven- tionell oder nach dem oben und in Figur 7 beschriebenen LTTD-Verfahren) genutzt werden.

Das abgekühlte Thermalwasser T weist nach dem letzten Wärmetauscher, z.B. Wärmetauscher 14, eine Tempe- ratur Tf auf, woraus der zur Lösung des Kohlendioxids im Thermalwasser notwendige Druck bestimmbar ist. Als geeig- nete Temperatur Tf und Temperatur des rückgeführten Ther- malwassers Tr haben sich Werte kleiner gleich 35*C, ins- besondere kleiner gleich 32°C, speziell bevorzugt Werte von kleiner gleich 30°C, wie kleiner gleich 27°C erwie- sen. Druck und Temperatur müssen so gewählt werden, dass sich das CO ₂ im gekühlten Thermalwasser vollständig löst. Zur Lösung der gesamten bei der Verbrennung entstandenen Menge an Kohlendioxid im abgekühlten Thermalwasser ist beispielsweise bei einer Temperatur von 27°C üblicher- weise ein Druck von mindestens 9 bar erforderlich.

Verfahrenstechnisch muss die Lösung des Koh- lendloxids derart durchgeführt werden, dass die Bildung von Gasblasen verhindert wird, was durch die Abkühlung des Thermalwassers, Wahl des Druckes wie oben erwähnt und eine geeignete Vermischungsvorrichtung, insbesondere ei- nen Rieselwäscher 34 erreicht werden kann. Der Rückführ- /Reinjektionsdruck pr auf das mit Abgas bzw. CO ₂ - versetzte Thermalwasser entspricht üblicherweise mindes- tens dem Anfangsdrucks pi auf das Aquiferfluid im Aquifer 0. Eine Explosionsgefahr bei der Einleitung des Abgases in das Thermalwasser ist ausgeschlossen, da bei der Ver- brennung darauf geachtet wurde, dass sich weder brennbare Kohlenwasserstoffe noch Sauerstoff im Abgas befinden und die Prozessführung vollständig geschlossen ist, so dass Zutritt von Luftsauerstoff aus der Umgebung verhindert wird. Für die Einleitung bzw. Lösung des Kohlendioxids im Thermalwasser sollten der Gasdruck und der Flüssigkeits- stand im Rieselwäscher 34 kontrolliert werden.

Durch mindestens eine und vorzugsweise gleich viele Reinjektionsbohrungen 400 wie Entnahmebohrungen 100, an welche je eine Rückführvorrichtung 40 mit mindes- tens einer Reinjektionspumpe 35 gekoppelt ist, kann das mit Kohlendioxid versetzte Thermalwasser unter einer Rückführtemperatur Tr und einem Rückführdruck pr zurück in den Aquifer 0 geleitet werden. Verschiedene Messungen haben gezeigt, dass durch die Rückführung des entstande- nen Kohlendioxids die Freisetzung von Gas G aus den Ge- steinsschichten des Aquifers 0 angeregt wird, sodass durch die Durchführung des Verfahrens die Nutzungsdauer des Aquifers 0 verlängert werden kann.

Insbesondere wenn die Temperatur Tf nach dem letzten Wärmetauscher noch eine Temperatur von 35°C oder mehr aufweist, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das CO ₂ in superkritischen Zustand zu versetzen (scC02) ^' und dieses getrennt vom Thermalwasser in den Aquifer zu pum- pen. Die Einleitung ins Thermalwasser erfolgt dann bei einem Druck im Aquifer, der dem Druck des scCC>2 ent- spricht (üblicherweise bei ca. 31 °C ca. 74 bar). Ein sol- cher Druck wird raeist in einer Tiefe von 700 bis 800 m erreicht. Nach der Einleitung bzw. dem Lösen des SCCO ₂ im Thermalwasser T kann diese Lösung noch tiefer in den Aquifer geleitet werden.

Eine Erhöhung des C02~Gehalts im geförderten Aquiferfluid infolge der Reinjektion des C02~haltigen Thermalwassers wird nicht erwartet, da das abgekühlte, reinjizierte, C02~haltige Thermalwasser höhere Dichte aufweist als das heisse Aquiferfluid und deshalb inner- halb des Aquifers 0 absinkt, so dass in einem oberen Be- reich des Aquifers 0 entnommenes Aquiferfluid C02~arm bleibt und aufgrund des Abstands zwischen Einspeisung und Entnahme. Berechnungen zufolge sollte bei durchschnittli- chen Aquifergrössen eine Nutzung während Jahren möglich sein, ohne dass mit einem Anstieg des C02~Gehalt im

Aquiferfluid A von mehr als 2 % gerechnet werden muss.

Das hier vorgestellte Verfahren stellt (mit den hier beschriebenen Ausnahmen) einen geschlossenen Kreislauf dar, wobei die Nutzung der Energie des entnom- menen. Aquiferfluids A maximiert wird und das entnommene Thermalwasser und die erzeugten Abgase nach der Nutzung wieder über die mindestens eine Reinjektionsbohrung 400 in den Aquifer 0 zurückgespiesen werden. Die mindestens eine Reinjektionsbohrung 400 ist von der mindestens einen Entahmebohrung 100 im Aquifer 0 vorzugsweise um einen Ab- stand L beabstandet angeordnet. Um den Aquifer 0 nicht zu stark zu stören ist es vorteilhaft, die Entnahmebohrung 100 und die Reinjektionsbohrung 400 um einige hundert Me- ter bis wenige Kilometer voneinander zu beabstanden. Vor- zugsweise sind die Entnahmevorrichtung 10 und die Rück- führvorrichtung 40 voneinander unabhängig ausgeführt, wo- bei jeweils eine Pumpvorrichtung eingesetzt wird, um Aquiferfluid A bzw. CO ₂ und Thermalwasser T getrennt von- einander zu entnehmen bzw. zu reinjizieren.

Um Verstopfen der Entnahme- und der Reinjek- tionsbohrungen zu vermeiden hat es sich bei diesem Ver- fahren als machbar und bevorzugt herausgestellt, wenn die Verfahrensrichtung umkehrbar ist, d.h. dass eine Entnah- mebohrung 100 zur Reinjektionsbohrung 400 wird und die Reinjektionsbohrung 400 zur Entnahmebohrung 100. Dies kann erzielt werden, indem jede Bohrung bzw. jede Entnah- me- und Reinjektionsvorrichtung mit zwei Pumpen bestückt wird, von denen die eine der Entnahme, die andere der Reinjektion dient, und indem jede Bohrung mit Leitungen versehen ist, die entweder die Einspeisung in die Separa- tionsvorrichtung 11 oder die Rückführung in den Aquifer 0 erlauben und je nach Bedarf angesteuert werden können. Weitere Voraussetzung ist, dass die Entnahmebohrungen 100 und die Reinjektionbohrungen 400 nahe der Geothermieanla- ge liegen und an der Oberfläche wenig beabstandet sind, was durch schräge Ausführung der Bohrungen ermöglicht wird, z.B. derart, dass der Abstand an der Oberfläche beispielsweise 5 m bis 15 m, wie ca. 10 m _r beträgt, im Aquifer 0 bis zu ca. 2 km.

In einer Abwandlung kann neben dem in der Verbrennungsvorrichtung 24 entstandenen Kohlendioxid zu- sätzlich noch anthropogenes Kohlendioxid aus der Indust- rie oder anderen Quellen im Thermalwasser gelöst und durch die Reinjektionsbohrung 400 in dem Aquifer 0 gelei- tet und geologisch gespeichert werden. Damit ist eine zu- sätzliche Sequestrierung von Kohlendioxid erreichbar.

Eine allfällige Zuführung von zusätzlichem anthropogenem CO ₂ erfolgt vorzugsweise vor dem Gaswä- scher, damit dieses CO ₂ mitgereinigt wird.

Die Rückführung des gegebenenfalls mit dem Abgas gemischten Thermalwassers führt unter Umständen zu einer Anregung des Aquifers 0 und kann dadurch die Nut- zung der Ressourcen verlängern.

Je nach Auslegung der einzelnen Teile der Ge- othermieanlage und dem Energiegehalt des Aquifers können mehr als eine der oben beschriebenen Vorrichtun- gen/Anlagen - parallel oder in Serie geschaltet - vorhan- den sein, und diese sind von der vorliegenden Erfindung ebenfalls umfasst, auch wenn dies nicht speziell erwähnt wurde .

N&chriistvng:

Für einige bestehende Geothermieanlagen kann es sinnvoll sein, diese so nachzurüsten, dass das Ener- gienutzungsverfahren an das oben erläuterte, optimierte Energienutzungsverfahren angenähert werden kann oder dass sogar dieses optimierte Energienutzungsverfahren durch- führbar ist. Eine bestehende Geothermieanlage zur Nutzung der inneren Energie von mit Gas G und gegebenenfalls Erd- öl E gemischtem geothemischem Thermalwasser T aus einem Aquifer 0, umfasst üblicherweise heute eine Entnahmevor- richtung 10 für Aquiferfluid A, eine Gasseparationsvor- richtung 11, eine Verbrennungsvorrichtung 24 für sepa- riertes Gas G sowie eine Rückführvorrichtung 40 zur Rein- jektion des abgekühlten Thermalwassers T in den Aquifer 0.

Solche Anlagen können einerseits durch eine der speziell vorteilhafte Separationsvorrichtungen 11 nachgerüstet werden,

(i) in der die Abtrennung des Gases G vom Thermalwasser T durch Erzeugung einer grossen Oberfläche, die Temperatur und gegebenenfalls die Entspannung des un- ter Druck geförderten Aquiferfluids erfolgt, oder

(ii) in der die Trennung des Gases G vom Thermalwasser T in einem Separator mit grosser Oberfläche unter Druck erfolgt, und

aus der das Gas bei einer Temperatur ähnlich

Ti austritt und gegebenenfalls in mindestens einer Vor- richtung zur Nutzung thermischer Energie, insbesondere Wärmetauscher 21, genutzt werden kann.

Alternativ oder zusätzlich können bestehende Anlagen durch eine Abgasreinigungs-ZNutzungsanlage, um- fassend mindestens eine der folgenden Zusatzvorrichtungen aufgerüstet werden:

(i) mindestens eine Vorrichtung zur Erzeugung von Strom, wie einen Gasmotor mit nachgeschaltetem Gene- rator und/oder eine ORC-Verstromungsanlage,

(ii) mindestens einen Wärmetauscher zur Nut- zung der im Abgas enthaltenen Energie,

(iii) einen Gaswäscher 30, gekoppelt mit ei- nem Verdichter zur (a) Einleitung von CO ₂ in das abge- kühlte Thermalwasser vor dessen Reinjektion in den Aqui- fer 0 oder (b) zur Verdichtung des CO ₂ bis in den super- kritischen Zustand und dessen direkte Reinjektion in den Aquifer 0, wobei der Gaswäscher insbesondere ein Aminwä- scher 30 mit daran anschliessender Vorrichtung zur Zer- Setzung des im Aminwäscher gebildeten Ammoniumcarbonats (amine cooking) 31 ist, (iv) einen Rieselwäscher 34 zur Vermischung des CO ₂ mit dem Thermalwasser,

<v) eine der Verbrennungsvorrichtung 24 vor- geschaltete Mischvorrichtung zum Mischen des Gases und gegebenenfalls des Erdöls mit Verbrennungsluft 23

und/oder eine der mindestens einen Verbrennungsvorrich- tung 24, 24a nachgeschaltete Abgasreinigungsvorrichtung 27, umfassend mindestens einen Katalysator und eine Lamb- dasonde zur Steuerung der Verbrennung/Vormischung des Ga- ses mit Verbrennungsluft,

(vi) wenn das Aquiferfluid kein Erdöl und kein oder zu wenig Gas enthält einen Anschluss an eine Erdgas-Pipeline oder Erdöl-Pipeline zur Einspeisung von Erdgas oder Erdöl in die Mischvorrichtung 23 oder die Verbrennungsvorrichtung 24, 24a, so dass die Geothermie- anlage für das CCS (carbon capture and storage) -Verfahren eingesetzt werden kann,

(vii) Kopplung an eine Entsalzungsanlage, wie eine nach dem LTTD-Verfahren arbeitende Entsalzugnsanla- ge, insbesondere eine Anlage zur Entsalzung von Meerwas- ser,

{viii) falls der Aquifer unter sehr hohem Druck steht eine der Separationsvorrichtung vorgeschalte- te Entspannungsvorrichtung, welche Druck in Strom verwan- delt.

Wird mindestens eine, werden vorzugsweise mehrere, speziell bevorzugt alle der obengenannten zu- sätzlichen Vorrichtungen (i) bis (v) und gegebenenfalls (vi) bis (viii) an eine bestehende Geothermieanlage ange- baut, kann der Energieinhalt des Aquiferfluids A besser bis nahezu vollständig genutzt werden und die Rückführung des C02~enthaltenden Thermalwassers ohne Beeinträchtigung des Aquifers 0 erfolgen.

Das erfindungsgemässe Verfahren bzw. die er- findungsgemässe Geothermieanlage können auch bei Äquife- ren eingesetzt werden, die wenig oder keine brennbaren Gase und/oder wenig oder kein Erdöl enthalten, vorausge- 28 setzt, dass eine externe Gasquelle, insbesondere eine Erdgasquelle, wie eine Gas-Pipeline, verfügbar ist. Bei einer solchen Anlage entfällt die Gasseparationsvorrich- tung 11 und das Aquiferfluid/Thermalwasser wird direkt der Nutzung thermische Energie 12-16 zugeführt. Externes Gas wird direkt in die Verbrennungsvorrichtung, resp. in eine dieser vorgeschaltete, die Verbrennung fördernde Vorrichtungen geleitet. Alternativ, aber weniger bevor- zugt, kann auch eine externe Erdölquelle verwendet wer- den.

Während in der vorliegenden Anmeldung bevor- zugte Ausführungen der Erfindung beschrieben sind, ist klar darauf hinzuweisen, dass die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist und in auch anderer Weise innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche ausgeführt werden kann.

Bezugszeichenliste

0 Aquifer / Grundwasserleiter

1 Geothermieanlage

10 EntnahmeVorrichtung

100 Entnahmebohrung

11 Gasseparationsvorrichtung (Separator)

IIa Erdölseparationsvorrichtung (Ölseparator)

12-14 Vorrichtungen bzw. Einrichtungen zur Nut- zung der thermischen Energie des Thermalwas- sers, insbesondere Wärmetauscher

15, 16 Vorrichtungen zur Nutzung der thermischen Energie des Thermalwassers zur Stromerzeugung, wie eine Niederdruck-Wasserdampfmaschine oder eine Abwärmeverstromungsanlage oder insbesonde- re eine ORC-Verstromungsanlage

17 Rückführ-/Reinjektionsleitung

18 Pumpe

18a Pumpe zur geringen Druckerniedrigung im LTTD- Verfahren

19, 19a Wärmetauscher zur Nutzung der im Wasser- dampf enthaltenen Energie in einem LTTD- Verfahren

20 Kondensator oder ORC-Verstromungsanlage

21 Vorrichtung (Wärmetauscher) zur Nutzung der thermischen Energie des Gases

22 Vorrichtung (Kondensator) zur Trocknung des Ga- ses unter Abführung von Kondenswasser und gege- benenfalls zur Nutzung der thermischen Energie des Gases

23 Mischvorrichtung

24, 24a (Gas-) Verbrennungsvorrichtung

25, 25a (Strom) generator

26 Wärmetauscher zur Vorwärmung des Gases

27 Abgasbehandlungseinrichtung / Abgasbehandlungs- vorrichtung / Abgaskatalysator und Lambdasonde 30

28, 29 Vorrichtung zur Nutzung thermischer Ener- gie im Abgas/Abgasenergienutzungsvorrichtung, insbesondere Wärmetauscher

30 Gaswäscheanlage, Gaswäscher (Aminwäscher, Amin- wäscheanlage)

31 Vorrichtung zur Spaltung von Ammoniumcarbonat

(amine cooker)

32 Kondensator

33 Verdichter

34 Vermischungsvorrichtung, vorzugsweise Rieselwä- scher

35 Reinjektionspumpe

40 Rückführvorrichtung / Sequestriervorrichtung

400 Reinjektionsbohrung

A Aquiferfluid / Thermalwasser mit Gas versetzt (T+G)

Ti Anfangstemperatur des Aquiferfluids

Pi Anfangsdruck

T Thermalwasser

Tf Temperatur des abgekühlten, entgasten Thermalwassers

Tr Temperatur des rückgeführten, C02~haltigen Thermal- wassers

Pr Rückführungsdruck auf das mit Abgas versetzte Ther- malwasser

G Gas

E Erdöl

L Abstand zwischen Entnahmebohrung und Reinjektions- bohrung