DE2928210A1 - Power generator using shale oil low calorific value gas - has two=stage catalytic combustion with indirect heat exchanger between stages (NL 05.02.80) - Google Patents
Power generator using shale oil low calorific value gas - has two=stage catalytic combustion with indirect heat exchanger between stages (NL 05.02.80)Info
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Abstract
Description
Vorrichtung zum Verbrennen von Gasen Device for burning gases
mit niedrigem Heizwert Die Erfindung betrifft ein Gasturbinensystem für die Energiegewinnung aus Heiz- bzw. Brenngasen mit geringem Heizwert, d.h. Low calorific value The invention relates to a gas turbine system for the generation of energy from heating or fuel gases with a low calorific value, i.e.
einem Heizwert von weniger als etwa 712 kcal/Nm3 (80 BTU/scf), gewöhnlich im Bereich von 312 bis 623 kcal/Nm3 (35 bis 70 BTU/scf), welches eine äußere katalytische Verbrennungseinrichtung (nachstehend als "Brenner" bezeichnet) aufweist. Der katalytische Brenner ist in eine primäre bzw. erste und eine sekundäre bzw. zweite katalytische Verbrennungskammer unterteilt, wobei ein Wärmeaustauscher zwischen die beiden Verbrennungskammern geschaltet ist. Im Vorerhitzer wird das mit Verbrennungsluft vermischte Gas mit geringem Heizwert in indirektem Wärmeaustausch mit Verbrennungsprodukten aus der ersten Verbrennungskammer geleitet, bevor es in die erste Verbrennungskammer eingespeist wird. Das Turbinensystem läßt sich besonders vorteilhaft zur Energiegewinnung aus einem einen geringen Heizwert aufweisenden Gas anwenden, dessen brennbare Bestandteile Kohlenwasserstoffe, vorwiegend Methan, sind.a calorific value of less than about 712 kcal / Nm3 (80 BTU / scf), usually in the range of 312 to 623 kcal / Nm3 (35 to 70 BTU / scf), which is an external catalytic Incinerator (hereinafter referred to as "burner"). The catalytic one Burner is catalytic in a primary or first and a secondary or second Combustion chamber divided, with a heat exchanger between the two combustion chambers is switched. In the preheater, the gas mixed with the combustion air is included low calorific value in indirect heat exchange with combustion products from the first combustion chamber before it is passed into the first combustion chamber is fed in. The turbine system can be particularly advantageous for generating energy from a gas with a low calorific value, use its combustible components Are hydrocarbons, predominantly methane.
Die Erfindung bezieht sich somit auf die Energiegewinnung aus einem Gas mit geringem Heizwert, insbesondere auf ein Gasturbinensystem, welches dafür ausgebildet ist, ein solches Gas für die Energiegewinnung zu verwerten.The invention thus relates to the generation of energy from a Low calorific value gas, especially on a gas turbine system, which is used for this is designed to utilize such a gas for energy generation.
Ein Verfahren zur Erhöhung der Kapazität der Förderung von schweren Rohölen mit hoher Viskosität aus unterirdischen Formationen ist der In-Situ-Verbrennungsprozeß. Bei diesem Verfahren wird Luft mit hohem Druck durch einen Einblasschacht in die das Schweröl enthaltende unterirdische Lagerstätte ein geblasen. Das öl in der Formation wird in Nachbarschaft zum Einblasschacht nach einer beliebigen von mehreren bekannten Methoden (wie dem Verfahren der US-PS 3 172 472) entzündet.A method of increasing the capacity of the extraction of heavy High viscosity crude oils from subterranean formations is the in situ combustion process. In this process, air is injected at high pressure through an injection duct into the the underground reservoir containing heavy oil is blown. The oil in the formation becomes in the vicinity of the injection shaft after any of several known ones Methods (such as the method of US Pat. No. 3,172,472) ignited.
Man fährt mit dem Einblasen von Luft nach der Entzündung fort, um einen Teil des Öls in der Formation zu verbrennen und um den Druck in den dem Einblasschacht benachbarten Formationsbereichen zu erhöhen und dadurch in der Formation enthaltenes Öl zu einem in angemessenem Abstand vom Einblasschacht befindlichen Förderschacht zu treiben. Ein typischer In-Situ-Verbrennungsprozeß ist in der US-PS 2 771 951 beschrieben. Die durch die Verbrennung eines ölanteils in der Formation freigesetzte Wärme erhitzt die Formation und das bl. Auf diese Weise wird die Viskosität des Öls durch die hohe Temperatur, Krackung bzw. Spaltung des öls und Lösung von durch die Krackung gebildeten Kohlenwasserstoffen niederen Molekulargewichts im öl stark vermindert. Die verringerte Viskosität und der Druck der eingeblasenen Gase bewirken, daß das öl durch die unterirdische Lagerstätte zu einem Förderschacht fließt.Air is continued to be blown in after ignition burn some of the oil in the formation and reduce the pressure in the injection shaft to increase adjacent formation areas and thereby contained in the formation Oil to a well located a reasonable distance from the injection shaft to drift. A typical in-situ incineration process is shown in U.S. Patent 2,771,951 described. The one released by the combustion of an oil fraction in the formation Heat heats the formation and the bl. In this way the viscosity of the Oil due to the high temperature, cracking or splitting of the oil and dissolving through The cracking of the low molecular weight hydrocarbons formed in the oil is severe reduced. The reduced viscosity and the pressure of the blown gases cause that the oil flows through the underground reservoir to a production well.
Während der In-Situ-Verbrennungsprozesse bewegt sich die Verbrennungsfront, an welcher das öl in der Formation verbrennt, nicht in allen Richtungen mit gleichmäßiger Geschwindigkeit radial vom Einblasschacht nach außen. Ein Teil der Einblasluft sickert durch Zonen hoher Durchlässigkeit in der Formation zu einem Förderschacht, und es kommt zu einer Verbrennung in den Grenzbereichen der Sickerstellen bzw. "Finger". Gewöhnlich erfolgt lange vor dem Abschluß der ölförderung durch den In-Situ-Prozeß ein Durchbruch von Verbrennungsprodukten in der Art eines Rauch- bzw. Abgases. Im öl enthaltene oder durch Krackung des öls gebildete flüchtige Bestandteile werden von der Einblasluft oder den Abgasen mitgerissen und zum Förderschacht verschleppt. Alle diese Faktoren tragen zur Ungleichmäßigkeit der Zusammensetzung und des Heizwertes des erzeugten Gases bei.During the in-situ combustion processes, the combustion front moves, at which the oil in the formation burns, not in all directions with more uniformity Speed radially outwards from the injection shaft. Part of the blown air seeps in through zones of high permeability in the formation to a production well, and it there is a burn in the border areas of the seepage points or "fingers". Usually occurs long before the completion of oil production by the in-situ process a breakthrough of combustion products in the form of a smoke or exhaust gas. in the volatile constituents contained in oil or formed by cracking of the oil entrained by the blown air or the exhaust gases and carried off to the conveyor shaft. All of these factors contribute to the unevenness of the composition and the calorific value of the generated gas.
Die am Förderschacht erzeugten Fluide werden in flüssige Erdölprodukte, welche zur Lagerung oder einer Transportleitung abgezogen werden, und gasförmige Produkte aufgetrennt. Die gasförmigen Produkte wurden gewöhnlich in die Atmosphäre abgelassen. Die gasförmigen Produkte (nachstehend als"LHV-Gas" bezeichnet) aus der In-Situ-Verbrennung von schwerem Erdöl enthalten geringe Konzentrationen an Methan und C2-C6-Kohlenwasserstoffen sowie Stickstoff, Kohlendioxid, Schwefelverbindungen, wie Schwefelwasserstoff, Mercaptane oder Kohlenoxysulfid, und zuweilen eine geringe Menge Kohlenmonoxid. Diese gasförmigen Produkte stellen einen Brennstoff mit geringem Heizwert dar, welcher in der Lage ist, einen beträchtlichen Anteil der Energie zu liefern, die zum Komprimieren der zum Einblasen in die unterirdische Formation durch den Einblasschacht vorgesehenen Luft benötigt wird. Aufgrund des Mangels an Erd- bzw.The fluids generated at the production shaft are converted into liquid petroleum products, which are withdrawn for storage or a transport line, and gaseous Separated products. The gaseous products were usually released into the atmosphere drained. The gaseous products (hereinafter referred to as "LHV gas") from the In-situ burns of heavy petroleum contain low levels of methane and C2-C6 hydrocarbons as well as nitrogen, carbon dioxide, sulfur compounds, such as hydrogen sulfide, mercaptans, or carbon oxysulfide, and sometimes a small one Amount of carbon monoxide. These gaseous products represent a fuel with little Represents calorific value, which is able to use a considerable proportion of the energy deliver the necessary to compress the to be blown into the subterranean formation by the air provided in the air inlet duct is required. Due to the lack of earth respectively.
Naturgas ist es wichtig, daß die Energie bei der Produktion mit Hilfe eines In-Situ-Verbrennungsprozesses voll verwertet wird. Die Verschärfung der Umweltschutzvorschriften hat ferner zu scharfen Beschränkungen der Mengen des Kohlenmonoxids, der in gasförmigen Produkten sehr häufig enthaltenen Schwefelverbindungen und der anderen Kohlenwasserstoffe als Methan, welche in die Atmosphäre abgelassen werden können, geführt.Natural gas is important that the energy is used in production an in-situ incineration process is fully utilized. The tightening of environmental protection regulations has also imposed severe restrictions on the amounts of carbon monoxide that are present in gaseous forms Sulfur compounds very often contained in products and the hydrocarbons other than methane that are released into the atmosphere can, led.
In der US-PS 3 113 620 ist ein mit einem einzigen Schacht arbeitendes In-Situ-Verbrennungsverfahren beschrieben, bei welchem in einer unterirdischen ölschieferlagerstätte mit Hilfe einer Kernexplosion ein mit Gesteinstrlimmern bzw. Schotter gefüllter Hohlraum erzeugt wird. Anschließend wird im Hohlraum ein In-Situ-Verbrennungsprozeß durchgeführt, mit dessen Hilfe das öl vom Gestein entfernt, das Ablaufen des öls in einen im Boden des Hohlraums befindlichen "Pool" unterstützt und das o1 längs des Schachtes zur Oberfläche hinaufgepreßt werden. Das mit dem Öl bei der In-Situ-Verbrennung des ö1-schiefers gebildete Gas enthält einen höheren Anteil an Kohlenmonoxid als das bei einem herkömmlichen In-Situ-Verbrennungsprozeß in einem ölvorkommen gebildete Gas. Da das aus Olschiefer erzeugte Gas im Vergleich zum Abgas einer In-Situ-Verbrennung in Erdölvorkommen eine hohe Kohlenmonoxid-und Wasserstoffkonzentration aufweist, kann das aus ölschiefer erhaltene Abgas zuweilen direkt in einem Flammbrenner einer zum Antrieb eines Luftkompressors verwendeten Gas turbine verbrannt werden.In US Pat. No. 3,113,620, a single chute is used Described in-situ incineration process in which in an underground oil shale deposit with the help of a nuclear explosion one filled with rock trimmers or gravel Cavity is generated. An in-situ combustion process is then carried out in the cavity carried out, with the help of which the oil is removed from the rock, the drainage of the oil in a "pool" located in the bottom of the cavity and the o1 lengthways of the shaft are pressed up to the surface. The one about the oil in the in-situ incineration the gas formed by the oil poor contains a higher proportion of carbon monoxide than that formed in a conventional in-situ combustion process in an oil deposit Gas. Because the gas produced from oil shale compared to the exhaust gas of an in-situ combustion has a high concentration of carbon monoxide and hydrogen in oil deposits, the exhaust gas obtained from oil shale can sometimes be fed directly into a flame burner gas turbine used to drive an air compressor are burned.
In der Veröffentlichung "Power Generation from Shale Oil Process Off-Gas von J.M. McCrank und G.R. Short, vorgelegt anläßlich der IEEE-ASME Joint Power Generation Conference in Buffalo, N.Y. (19.-22.September 1976) sind die Resultate einer technischen Untersuchung der Energieerzeugung aus dem aus der In-Situ-Verbrennung von ölschiefer stammenden Abgas beschrieben. Das blschiefer-Abgas wird mit Hilfe einer Verbrennung vom Flamm-Typ zu heissen Verbrennungsprodukten, welche für den Antrieb einer Gasturbine benützt werden, verbrannt. Wie erwähnt, erleichtert die hohe Kohlenmonoxidkonzentration in dem aus der in-situ erfolgenden Verbrennung bzw. Verkokung (retorting) von ölschiefer stammenden Abgas die Flammverbrennung, jedoch können Schwankungen der Abgaszusammensetzung die Aufrechterhaltung einer stabilen Flamme unsicher machen.In the publication "Power Generation from Shale Oil Process Off-Gas by J.M. McCrank and G.R. Short, presented on the occasion of the IEEE-ASME Joint Power Generation Conference in Buffalo, N.Y. (September 19-22, 1976) are the results of a technical Investigation of energy generation from the in-situ combustion of oil shale originating exhaust gas described. The blale exhaust gas is produced with the help of a combustion from the flame type to hot combustion products which are used to drive a gas turbine used, burned. As mentioned, the high carbon monoxide concentration makes it easier in the in-situ incineration or coking (retorting) of oil shale the flue gas originating from the flame combustion, however, fluctuations can occur the composition of the exhaust gas make it unsafe to maintain a stable flame.
Die Veröffentlichung "Catalysts for Gas Turbine Combustors-Experimental Test Results" von S.M. DeCorso, S.Mumford, R.Carrubba und R.Heck, vorgelegt bei der Tagung der American SocietyofMechanical Engineers (21. bis 25. März 1976) beschreibt die Verbrennung eines Brennstoffs, der als Gas mit geringem Heizwert bezeichnet wird, in einer katalytischen Verbrennungskammer von Labormaßstab. Das Gas mit geringem Heizwert wird näher alls synthetisches Kohlengas mit einem Heizwert von 1121 kcal/Nm3 (126 BTU/scf) bezeichnet. ZurDurchführung der Verbrennung leitet man ein Gemisch aus dem Gas und Luft über den Katalysator unter Vorerhitzen auf eine Temperatur, wodurch eine katalytisch-thermische Verbrennung des in der US-PS 3 928 961 beschriebenen Typs erfolgt. Bei diesem Verfahren befindet sich das Gemisch aus Brennstoff und Luft in der Nähe der Katalysatoroberfläche bei einer Temperatur, bei welcher die thermische Verbrennung rascher als die katalytische Geschwindigkeit erfolgt, und die Katalysatoroberfläche befindet sich oberhalb der Temperatur der sofortigen Selbstentzündung des Brennstoff/Luft-Gemisches.The publication "Catalysts for Gas Turbine Combustors-Experimental Test Results "by S.M. DeCorso, S.Mumford, R.Carrubba and R.Heck, submitted at the meeting of the American Society of Mechanical Engineers (March 21-25, 1976) the combustion of a fuel known as a low calorific value gas in a laboratory-scale catalytic combustion chamber. The gas with low Calorific value is closer to synthetic coal gas with a calorific value of 1121 kcal / Nm3 (126 BTU / scf). A mixture is passed to carry out the combustion from the gas and air over the catalyst with preheating to a temperature thereby catalytic thermal combustion of that described in US Pat. No. 3,928,961 Type takes place. In this process, the mixture of fuel and Air near the catalyst surface at a temperature at which the thermal combustion occurs faster than the catalytic rate, and the surface of the catalytic converter is above the temperature of immediate self-ignition of the fuel / air mixture.
Die Erfindung betrifft ein System für die Energiegewinnung aus einen geringen Heizwert aufweisenden Gas (LHV-Gas), wie es in einem In-Situ-Verbrennungsprozeß zur Erdölgewinnung oder einem In-Situ-Verbrennungsprozeß zur Verkokung (retorting) von Ölschiefer erzeugt wird. Das LHV-Gas wird mit Luft vermischt und auf eine Temperatur erhitzt, bei welcher die Verbrennung des LHV-Gases bei Kontakt mit einem Oxidationskatalysator ausgelöst wird. Das System umfaßt eine Gasturbine mit einem äusseren Brenner, der eine katalytische Verbrennungskammer einer ersten Stufe und eine katalytische Verbrennungskammer einer zeiten Stufe mit einen zwischen die Verbrennungskammern geschalteten Wärmeaustauscher aufweist. Das Suft/Gas-Gemisch wird durch den Wirmeaustauscher geleitet, bevor es in die Sc2talytische Verbrennungskammer der ersten Stufe eingespeist wird, und darin durch indirekten Wärmeaustausch mit von der katalytischen Verbrennungskammer der ersten Stufe abgezogenen Verbrennungsprodukten erhitzt. Es sind Einrichtungen zur Regelung der Fließgeschwindigkeit der Luft vorhanden, mit deren Hilfe der maximale Temperaturanstieg begrenzt und dadurch übermässige Temperaturen in der äußeren katalytischen Verbrennungskammer vermieden werden, indem ein substöchiometrischerLuStstrom in den Brenner aufrechterhalten wird.The invention relates to a system for generating energy from a low calorific value gas (LHV gas), as in an in-situ combustion process for oil production or an in-situ combustion process for coking (retorting) produced by oil shale. The LHV gas is mixed with air and brought to a temperature heated, in which the combustion of the LHV gas on contact with an oxidation catalyst is triggered. The system includes a gas turbine with an external burner, the a first stage catalytic combustion chamber and a catalytic combustion chamber a second stage with a heat exchanger connected between the combustion chambers having. The air / gas mixture is passed through the heat exchanger before it into the analytical First stage combustion chamber fed and therein by indirect heat exchange with from the catalytic combustion chamber the combustion products withdrawn from the first stage are heated. There are institutions to regulate the flow rate of the air, with the help of which the maximum Temperature rise limited and thereby excessive temperatures in the outer catalytic Combustion chamber can be avoided by a substoichiometric air flow in the burner is maintained.
Von den beigefügten Zeichnungen zeigen: Fig. 1 ein Fließschema eines Systems für die Energiegewinnung aus LHV-Gas aus einem In-Situ-Verbrennungsprozeß zur Erdölgewinnung, bei dem das LHV-Gas bei einem für den Antrieb einer Turbine ausreichenden Druck geliefert wird; und Fig. 2 ein Fließschema eines Systems für die Energiegewinnung aus einem bei geringem Druck gelieferten LHV-Gas.In the accompanying drawings: FIG. 1 is a flow diagram of a Systems for generating energy from LHV gas from an in-situ combustion process for oil production, in which the LHV gas is used to drive a turbine sufficient pressure is provided; and FIG. 2 is a flow diagram of a system for the generation of energy from an LHV gas supplied at low pressure.
Es folgt eine Erläuterung der bevorzugten Ausführungsform.An explanation of the preferred embodiment follows.
Gemäß Figur 1 wird ein unterirdisches ölvorkommen 10, welches Rohöl (gewöhnlich mit hoher Dichte und Viskosität) enthält, von einem Förderschacht 12 und einem im Abstand vom Förderschacht befindlichen Einblasschacht 14 durchdrungen. Aus dem Förderschacht 12 erhaltene Fluide werden durch eine Leitung 16 in einen Separator 18 geleitet, in welcher das produzierte LHV-Gas von den durch den Schacht 12 gewonnenen Flüssigkeiten getrennt wird. Die Flüssigkeiten werden vom unteren Ende des Separators 18 in eine Förderleitung 20 abgezogen, während das LHV-Gas vom oberen Ende des Separators 18 in eine Beschickungsleitung 22 strömt. Es ist gewöhnlich zweckmäßig, das Gas vom Separator 18 durch eine geeignete Gasreinigungseinrichtung <angezeigt durch 24) zu leiten, um feste Tellchensubstanzen, Katalysatorgifte oder andere unerwünschte Bestandteile vor der Einführung in das Energiegewinnungssystem abzutrennen. Es ist für einen wirksamen Betrieb einer Gasturbine wichtig, daß Schwankungen des Massenstroms des Gases zur Turbine auf ein Minimum herabgesetzt werden. Mit Hilfe des Fließreglers 26 wird eine konstante Fließgeschwindigkeit des LHV-Gases in das System aufrechterhalten.According to Figure 1, an underground oil deposit 10, which crude oil (usually of high density and viscosity) from a production well 12 and a blow-in chute 14 located at a distance from the conveying chute. Fluids obtained from the production shaft 12 are passed through a line 16 into a Separator 18 passed, in which the LHV gas produced by the through the shaft 12 extracted liquids is separated. The fluids are from the bottom The end of the separator 18 is withdrawn into a delivery line 20, while the LHV gas from upper end of the separator 18 flows into a feed line 22. It is common expediently, the gas from the separator 18 through a suitable gas cleaning device <displayed through 24) to conduct solid particles, Catalyst poisons or other undesirable ingredients before introducing into the Separate energy generation system. It is essential for efficient operation of a gas turbine It is important that fluctuations in the mass flow of the gas to the turbine are kept to a minimum be reduced. With the aid of the flow regulator 26, a constant flow rate is achieved of LHV gas into the system.
Typische Kohlenwasserstoffkonzentrationen im LHV-Gas liegen im Bereich von etwa 1 bis 8 Vol.-%. Die Kohlenwasserstoffe bestehen hauptsächlich aus Methan; die Konzentration der C2-C6-Kohlenwasserstoffe beträgt gewöhnlich weniger als 2 %. Der Heizwert des aus der In-Situ-Verbrennung in Öllagerstätten gewonnenen LHV-Gases kann im Bereich von 44 bis 712 kcal/Nm3 (5 bis 80 BTU/scf) liegen und liegt gewöhnlich im Bereich von 312 bis 623 kcal/Nm3 (35 bis 70 BTU/scf), ein Bereich, in welchem das Verfahren besonders nützlich ist. Bei den Kohlenwasserstoffkonzentrationen, welche gewöhnlich in dem durch In-Situ-Verbrennung in öllagerstätten erzeugten LHV-Gas vorliegen, kann eine stabile Verbrennung von Methan und der anderen, bei der In-Situ-Produktion erzeugten Kohlenwasserstoffe niederen Molekulargewichts in Abwesenheit eines Oxidationskatalysators nicht erzielt werden. Eine stabile Verbrennung wird vielmehr lediglich in Gegenwart eines Katalysators erreicht. LHV-Gas mit einem Heizwert von mehr als 134 kcal/Nm3 (15 BTU/scf) kann in einem katalytischen Brenner ohne äußere Wärmezufuhr verbrannt werden. Wenn andere Wärmequellen für eine zusätzliche Vorerhitzung zur Verfügung stehen, kann LHV-Gas mit einem Heizwert von nur 44,7 kcal/Nm3 (5 BTU/scf) in katalytischen Verbrennungskammern oxidiert werden.Typical hydrocarbon concentrations in the LHV gas are in the range from about 1 to 8% by volume. The hydrocarbons consist mainly of methane; the concentration of C2-C6 hydrocarbons is usually less than 2 %. The calorific value of the LHV gas obtained from in-situ combustion in oil deposits can range from 44 to 712 kcal / Nm3 (5 to 80 BTU / scf) and usually is in the range of 312 to 623 kcal / Nm3 (35 to 70 BTU / scf), a range in which the method is particularly useful. At the hydrocarbon concentrations, which are commonly found in the LHV gas generated by in-situ combustion in oil reservoirs there may be stable combustion of methane and the other, in the case of in-situ production produced low molecular weight hydrocarbons in the absence of an oxidation catalyst cannot be achieved. Rather, stable combustion only occurs in the presence of a catalytic converter. LHV gas with a calorific value of more than 134 kcal / Nm3 (15 BTU / scf) can be burned in a catalytic burner without external heat input will. If other heat sources are available for additional preheating LHV gas with a calorific value of only 44.7 kcal / Nm3 (5 BTU / scf) can be used in catalytic Combustion chambers are oxidized.
Zur möglichst wirksamen Verwendung für den Antrieb einer Gasturbine, mit der die in dem In-Situ-Verbrennungsprozeß verwendete Luft komprimiert wird, sollten die vom Separator 18 abgezogenen Gase beispielsweise einen Überdruck von mindestens 5,3 kg/cm2 (75 psig) aufweisen. Wenn das Gas einen geringeren Druck aufweist, wird ein Teil der durch die Gasturbine erzeugten Energie für die Komprimierung des LHV-Gases auf einen für den Antrieb einer Turbine ausreichenden Druck verwendet, wie unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben wird. Der Druck in den Förderschächten eines In-Situ-Verbrennungsprozesses in einer bllagerstätte kann im Bereich von geringfügig oberhalb Atmosphärendruck bis zu einem Überdruck von 56 kg/cm2 (800 psig) liegen.For the most effective use possible for driving a gas turbine, with which the air used in the in-situ combustion process is compressed, the gases withdrawn from the separator 18 should, for example, have an overpressure of at least 5.3 kg / cm2 (75 psig). If the gas is a lesser Having pressure, part of the energy generated by the gas turbine is used for the Compression of the LHV gas to a level sufficient to drive a turbine Pressure is used as described with reference to FIG. The pressure in the production shafts of an in-situ incineration process in a deposit can in the range from slightly above atmospheric pressure to an excess pressure of 56 kg / cm2 (800 psig).
Der Druck hängt zumindest teilweise von der Tiefe der Formation ab, in welcher die Verbrennung erfolgt. Überdrücke von mehr als 56 kg/cm2 (800 psig) in den Förderschächten könnten zwar angewendet werden, jedoch haben derart hohe Drücke den Nachteil, daß die Komprimierung der in die unterirdische Formation eingeblasenen Luft hohe Kosten erfordert.The pressure depends at least in part on the depth of the formation, in which the combustion takes place. Gauge pressures greater than 56 kg / cm2 (800 psig) in the production shafts could be used, but have such high Express the disadvantage that the compression of the blown into the subterranean formation Air requires high costs.
Während der Startperiode der Gas turbine wird LHV-Gas durch die Leitung 22 in einen Vorerhitzer 28 geleitet, in welchem das Gas auf eine solche Temperatur erhitzt wird, daß das LHV-Gas, wenn es im Gemisch mit Luft den Katalysator berührt, verbrennt. Der Vorerhitzer wird mit einem durch die Leitung 30 zugeführten Brennstoff, wie Erd- bzw. Naturgas, Propan oder Flüssiggas (LPG),beheizt. Gewünschtenfalls kann die Verbrennungsluft für die Verbrennung in der katalytischen Verbrennungskammer der ersten Stufe (wie nachstehend beschrieben) mit LHV-Gas vermischt werden, bevor das LHV-Gas durch den Vorerhitzer 28 geleitet wird. Das zur katalytischen Verbrennungskammer geleitete Gemisch aus Luft und LHV-Gas sollte für die Initiierung der Verbrennung eine Temperatur von mindestens 2040C (4000F), vorzugsweise von 316 bis 4270C (600 bis 8000F), aufweisen. Der Vorerhitzer wird nur während der Startperiode verwendet. Nach der Initiierung der katalytischen Verbrennung der ersten Stufe umgeht das LHV-Gas den Vorerhitzer 28 über die Umgehungs- bzw Zweigleitung 32, und die Ventile am Einlaß und Auslaß des Vorerhitzers werden geschlossen.During the start-up period of the gas turbine, LHV gas will flow through the line 22 passed into a preheater 28, in which the gas to such a temperature is heated so that the LHV gas, when it comes into contact with the catalyst in a mixture with air, burns. The preheater is supplied with fuel through line 30, such as natural or natural gas, propane or liquefied petroleum gas (LPG), heated. If desired, can the combustion air for combustion in the catalytic combustion chamber the first stage (as described below) should be mixed with LHV gas before the LHV gas is passed through the preheater 28. That to the catalytic combustion chamber Ducted mixture of air and LHV gas should be used to initiate combustion a temperature of at least 2040C (4000F), preferably from 316 to 4270C (600 up to 8000F). The preheater is only used during the start-up period. After the initiation of the catalytic combustion of the first stage, the LHV gas bypasses the preheater 28 via the bypass or branch line 32, and the valves at the inlet and the outlet of the preheater are closed.
Bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform wird LHV-Gas vom Vorerhitzer 28 während der Startperiode oder anschliessend von der Umgehungsleitung 32 in eine Leitung 34 eingespeist, in welcher es mit durch eine erste Verbrennungsluftleitung 36 zugeführter primärer Verbrennungsluft vermischt wird. Das Gemisch wird in einen Wärmeaustauscher 38 gefördert, in welchem es in indirektem Wärmeaustausch mit heißen Verbrennungsprodukten aus der katalytischen Verbrennungskrammer der ersten Stufe (wie nachstehend beschrieben) geführt wird. Dadurch wird das Gemisch auf eine Temperatur von mehr als 204°C (vorzugsweise 360 bis 427°C) erhitzt, bei welcher die Verbrennung beim Kontakt mit dem Katalysator ausgelöst wird. Das erhitzte Gemisch aus LHV-Gas und Luft wird aus dem Wärmeaustauscher 38 über die Leitung 40 in das Einlaßende der primären katalytischen Verbrennungskammer 43 geleitet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die katalytische Verbrennungskammer 42 mehrere im Abstand voneinander befindliche durchlässige Scheiben 44 auf, die quer über die Verbrennungskammer angeordnet sind und auf welchen ein katalytisch aktives Metall der Platingruppe abgelagert ist. Die Zwischenräume 46 zwischen den Scheiben erlauben eine Rückvermischung der Produkte der Verbrennung von den Scheiben, wodurch die Entwicklung von "heißen Flecken" (hot spots) im Katalysator verhindert wird.In the embodiment shown in Figure 1, LHV gas is from Preheater 28 during the start-up period or afterwards from the bypass line 32 fed into a line 34, in which it is fed through a first combustion air line 36 supplied primary combustion air is mixed. The mixture is in a Heat exchanger 38 promoted, in which it is in indirect heat exchange with hot Combustion products from the first stage catalytic combustion chamber (as described below). This brings the mixture to one temperature heated by more than 204 ° C (preferably 360 to 427 ° C) at which the combustion is triggered on contact with the catalyst. The heated mixture of LHV gas and air is passed from heat exchanger 38 via line 40 into the inlet end the primary catalytic combustion chamber 43. With a preferred Embodiment, the catalytic combustion chamber 42 has several spaced apart spaced apart permeable discs 44 that span across the combustion chamber are arranged and on which a catalytically active metal of the platinum group is deposited. The spaces 46 between the disks allow back mixing the products of the combustion of the discs, causing the development of "hot." Spots "(hot spots) in the catalyst is prevented.
Die Scheiben 44 bestehen vorzugsweise aus einem keramischen Material mit Wabenstruktur oder anderer Konfiguration, welches von der Einlaßseite zur gegenüberliegenden Seite der Scheiben verlaufende Durchgänge besitzt, die den Hindurchgang von Gasen in der Längsrichtung durch die primäre Verbrennungskammer 42 gestatten. Typische geeignete Katalysatoren sind in den US-PSen 3 870 455 und 3 565 830 beschrieben. Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die Verwendung eines bestimmten Katalysatorträgers oder bestimmten katalytischen Materials. Andere Oxidationskatalysatoren, wie Kobalt, Lanthan, Palladium, Rhodium, Nickel oder Eisen, auf anderen Trägertypen, wie Granulaten bzw.The disks 44 are preferably made of a ceramic material with honeycomb structure or other configuration, which goes from the inlet side to the opposite Side of the discs has passages that allow the passage of gases in the longitudinal direction through the primary combustion chamber 42. Typical suitable catalysts are described in U.S. Patents 3,870,455 and 3,565,830. The invention is not limited to the use of a specific catalyst support or certain catalytic material. Other oxidation catalysts, such as cobalt, Lanthanum, palladium, rhodium, nickel or iron, on other types of carrier, such as granules respectively.
Körnern, Sattelkörpern oder Ringen aus hitzebeständigen Materialien, sind ebenfalls verwendbar.Grains, saddles or rings made of heat-resistant materials, can also be used.
Die Verbrennungsprodukte aus der primären katalytischen Verbrennungskammer werden bei etwa 871 0C (16000F) durch die Leitung 48 abgezogen und in den Wärmeaustauscher 38 für den Wärme austausch mit dem durch die Leitung 36 zugeführten LHV-Gas/Luft-Gemisch eingespeist. Der Wärmeaustauscher 38 ist vorzugsweise ein Rohre und Mantel aufweisender Wärmeaustauscher, wobei die heissen Verbrennungsprodukte durch die Rohre und das LHV-Gas/ Luft-Gemisch über die Auinwand der Rohre und durch den Zwischenraum zwischen der Außenwand und dem Mantel des Austauschers strömen. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird Sekundärluft für die Verbrennung von unverbranntem brennbarem Material in den aus der Verbrennungskammer 42 abgezogenen Verbrennungsprodukten in einer sekundären bzw. zweiten katalytischen Verbrennungskammer 54 durch eine Leitung 50 in die Leitung 48 eingespeist, in welcher die Luft mit den aus der Verbrennungskammer 42 abgezogene Verbrennungsprodukten vor der Einführung in den Vorerhitzer 38 vermischt wird. Die Vermischung von Sekundärluft mit dem Ausfluß aus der primären Verbrennungskammer 42 vermindert die Temperatur gewöhnlich auf etwa 93 0C (etwa 2000F).The combustion products from the primary catalytic combustion chamber are withdrawn through line 48 at approximately 871 ° C (16000F) and into the heat exchanger 38 for the heat exchange with the LHV gas / air mixture supplied through line 36 fed in. The heat exchanger 38 is preferably tubular and jacket Heat exchangers, with the hot combustion products passing through the tubes and the LHV gas / air mixture over the outer wall of the pipes and through the space between the outer wall and the shell of the exchanger. In the preferred embodiment of the invention is secondary air for the combustion of unburned combustible Material in the combustion products withdrawn from the combustion chamber 42 in a secondary or second catalytic combustion chamber 54 by a Line 50 is fed into line 48, in which the air with the from the combustion chamber 42 withdrawn combustion products are mixed prior to introduction into the preheater 38 will. The mixing of secondary air with the effluent from the primary combustion chamber 42 usually lowers the temperature to about 93 ° C (about 2000F).
Das mit Sekundärluft vermischte heiße brennbare Gas wird bei einer Temperatur von 204 bis 4270c (vorzugsweise 316 bis 4270C) aus dem Wärmeaustauscher 38 über eine Leitung 52 in das Einlaßende der sekundären katalytischen Verbrennungskammer 54 übergeführt. Die sekundäre katalytische Verbrennungskammer 54 ist vorzugsweise entsprechend wie die Verbrennungskammer 42 konstruiert. In den aus der Verbrennungskammer 42 abgezogenen Produkten verbleibende brennbare Verbindungen werden in der Verbrennungskammer 54 oxidiert und von dieser Verbrennungskammer in eine Heißgas-Leitung 56 abgezogen.The hot flammable gas mixed with secondary air is at a Temperature from 204 to 4270C (preferably 316 to 4270C) from the heat exchanger 38 via conduit 52 into the inlet end of the secondary catalytic combustion chamber 54 transferred. The secondary catalytic combustion chamber 54 is preferred designed according to how the combustion chamber 42 is constructed. In the from the combustion chamber 42 peeled products remaining flammable compounds are in the combustion chamber 54 oxidized and withdrawn from this combustion chamber into a hot gas line 56.
Durch die Verbrennung von brennbaren Verbindungen (haupteächlich Kohlenwasserstoffen) im LHV-Gas wird Wärme freigesetzt, welche die Temperatur der Gase in der Verbrennungskammer auf einen Wert erhöht, der die zulässig Höchstbetriebstemperatur des Katalysators nicht übersteigt. Die im Handel erhältlichen bevorzugten Katalysatoren haben eine maximale Betriebstemperatur von etwa 87100. Die Katalysatoren können auch bei höheren Temperaturen arbeiten, jedoch verkürzen höhere Temperaturen die Gebrauchsdauer des Katalysators. Die Temperaturregelung in der katalytischen Verbrennungskammer 42 wird dadurch erreicht, daß man den Anteil der der Verbrennungskammer zugeführten Luft so weit begrenzt, daß der Temperaturanstieg bei vollständigem Verbrauch dieser Luftmenge bei der Verbrennung auf den gewünschten Bereich begrenzt wird. Die Verbrennung in der Verbrennungskammer 42 erfolgt stets mit einer Luftmenge, die geringer ist als das stöchiometrische Äquivalent der brennbaren Substanzen im LHV-Gas. Die Regelung der Verbrennung des LHV-Gases durch Kontrolle der den Verbrennungskammern zugeführten Luftmenge auf weniger als das stöchiometrische Äquivalent der brennbaren Substanzen im LHV-Gas bewirkt, daß die maximale Temperatur vom Heizwert des LHV-Gases unabhängig wird. Schwankungen des Heizwertes des Gases können nicht zu übermäßigen Katalysatortemperaturen führen. Die Vermeidung übermäßiger Temperaturen durch Aufrechterhaltung einer Luftstromgeschwindigkeit zu den katalytischen Verbrennungskammern, welche den maximalen Temperaturanstieg unabhängig vom Heizwert des LHV-Gases begrenzen, ist in der US-Patentanmeldung Ser.No. 791 850 (eingereicht am 28.4.1977) beschrieben. Die Temperaturbegrenzungen in der sekundären Verbrennungskammer 54 sind gleich wie in der primären Verbrennungskammer 42. Der maximale Temperaturanstieg in der Verbrennungskammer 54 wird dadurch begrenzt, daß man die durch die Leitung 50 zugeführte Luftmenge auf eine Menge einschränkt, die zur Gänze durch die Verbrennung brennbarer Substanzen verbraucht wird, welche die Temperatur auf das gewünschte Maximum erhöhen.By burning combustible compounds (mainly Hydrocarbons) Heat is released in the LHV gas, which is the temperature of the gases in the combustion chamber increased to a value which is the maximum permissible operating temperature of the catalytic converter does not exceed. The preferred commercially available catalysts have one maximum operating temperature of about 87100. The catalysts can also operate at higher Temperatures work, but higher temperatures shorten the life of the Catalyst. The temperature control in the catalytic combustion chamber 42 is achieved by the proportion of the combustion chamber fed Air limited so far that the temperature rise with full consumption of this The amount of air during combustion is limited to the desired range. The burn in the combustion chamber 42 always takes place with an amount of air that is smaller than the stoichiometric equivalent of the combustible substances in the LHV gas. The regulation the combustion of the LHV gas by controlling the amount supplied to the combustion chambers Amount of air to less than the stoichiometric equivalent of the combustible substances in the LHV gas means that the maximum temperature is independent of the calorific value of the LHV gas will. Fluctuations in the calorific value of the gas cannot lead to excessive catalyst temperatures to lead. Avoiding excessive temperatures by maintaining an airflow speed to the catalytic combustion chambers, which have the maximum temperature rise limit independently of the calorific value of the LHV gas, is in the US patent application Ser.No. 791 850 (filed April 28, 1977). The temperature limits in the secondary combustion chamber 54 are the same as in the primary combustion chamber 42. The maximum temperature rise in the combustion chamber 54 is limited by that the amount of air supplied through line 50 is restricted to an amount which is entirely consumed by burning combustible substances, which increase the temperature to the desired maximum.
Ein plötzlicher Anstieg des Heizwerts des LHV-Gases führt daher nicht zu übermäßigen Temperaturen. Vorzugsweise wird jede der Verbrennungskammern mit etwa der Hälfte der gesamten Verbrennungsluft beschickt.A sudden increase in the calorific value of the LHV gas therefore does not result to excessive temperatures. Preferably each of the Combustion chambers charged with about half of the total combustion air.
Über die Leitung 56 wird heisses Gas in den Einlaß einer Gasturbine (allgemein angezeigt durch 59) gefördert, in welcher das Gas expandiert wird, um die Turbine anzutreiben und eine Antriebswelle für die Energiegewinnung in Rotation zu versetzen. Wenn das heisse Gas in der Leitung 56 eine Temperatur oberhalb der maximalen Betriebstemperatur der Turbine aufweist, wird das Gas durch über eine Leitung 57 zugeführte Verdünnungsluft auf die gewünschte Temperatur abgekühlt. In Abwesenheit eines Katalysators bewirkt die Verdünnungsluft keine Verbrennung der brennbaren Substanzen im heissen Gas. Bei der in Fig.1 dargestellten erfindungsgemässen Ausführungsform weist die Gasturbine 59 zwei Abschnitte, d.h. einen ersten Abschnitt 58 und einen zweiten Abschnitt 60,auf. Expandiertes Gas wird vom Abschnitt 58 in den Einlaß des zweiten Abschnitts 6a geleitet' wo eine weitere Ausdehnung erfolgt, bevor das Abgas durch eine Leitung 62 zur Atmosphäre abgelassen wird.Hot gas is fed into the inlet of a gas turbine via line 56 (indicated generally by 59) in which the gas is expanded to to drive the turbine and a drive shaft for generating energy in rotation to move. When the hot gas in line 56 has a temperature above the has the maximum operating temperature of the turbine, the gas is passed through a Line 57 supplied dilution air cooled to the desired temperature. In In the absence of a catalyst, the dilution air does not cause combustion of the flammable substances in the hot gas. In the case of the according to the invention shown in FIG In the embodiment, the gas turbine 59 has two sections, i.e. a first section 58 and a second section 60. Expanded gas is drawn from section 58 in the inlet of the second section 6a 'where a further expansion takes place, before venting the exhaust gas through line 62 to atmosphere.
Der Abschnitt 58 der Turbine treibt die Welle 64 zum Betrieb eines Luftkompressors 66 an. Preßluft vom Kompressor 66 wird in eine Leitung 68 geleitet, aus welcher sie in die Leitungen 36, 50 und 57 strömt. Ein weiterer Anteil der Preßluft vom Kompressor 66 ist Nebenluft, die über eine Leitung 70 zu einem Luftkompressor 72 geleitet wird, welcher durch den zweiten Abschnitt 60 der Gas turbine zur Bereitstellung von Luft für den In-Situ-Verbrennungsprozeß angetrieben wird. Vom Luftkompressor 72 abgezogene Luft wird über eine Leitung 74 zu einem Luftkompressor 76 geleitet, wo sie auf einen zum Einblasen in die Formation 10 für den In-Situ-Verbrennungsprozeß geeigneten Druck komprimiert wird.The section 58 of the turbine drives the shaft 64 to operate a Air compressor 66 on. Compressed air from the compressor 66 is fed into a line 68, from which it flows into lines 36, 50 and 57. Another part of the compressed air from the compressor 66 is secondary air, which via a line 70 to an air compressor 72 is passed, which through the second section 60 of the gas turbine to provide is powered by air for the in-situ combustion process. From the air compressor 72 extracted air is passed via a line 74 to an air compressor 76, where they are on one for injection into formation 10 for the in situ combustion process appropriate pressure is compressed.
Beim Betrieb der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung wird von der Fließregeleinrichtung 26 abziehendes LHV-Gas während der Startperiode über eine Leitung 80 zu einer Startzeit-Turbine 82 geleitet. Die Turbine 82 ist über eine Welle 84, welche eine geeignete Kupplung 86 aufweist, mit dem Luftkompressor 66 verbunden. Von der Turbine 82 abgezogenes LHV-Gas wird zur Atmosphäre abgelassen.During operation of the device shown in FIG. 1, the flow control device 26 LHV gas withdrawing during the start-up period over a line 80 directed to a start-time turbine 82. The turbine 82 is via a shaft 84, which has a suitable coupling 86, connected to the air compressor 66. LHV gas withdrawn from turbine 82 is vented to atmosphere.
Ein Teil des LHV-Gasstroms wird durch die Leitung 22 in den Vorerhitzer 28 gefördert, wo er durch indirekten Wärmeaustausch mit von der Verbrennung eines Brennstoffs 30 stammenden heißen Verbrennungsprodukten erhitzt wird. Luft vom Kompressor 66 wird über die Leitung 36 zur Vermischung mit den LHV-Gas vom Vorerhitzer 28 zugeführt und das Gemisch wird durch den Wärmeaustauscher 38 geleitet. Zu Beginn der Startperiode wird das LHV-Gas/Luft-Gemisch im Wärmeaustauscher nicht erhitzt.A portion of the LHV gas flow is through line 22 into the preheater 28 promoted, where it is obtained by indirect heat exchange from the combustion of a Fuel 30 derived hot combustion products is heated. Air from the compressor 66 is fed in via line 36 for mixing with the LHV gas from preheater 28 and the mixture is passed through heat exchanger 38. At the beginning of the starting period the LHV gas / air mixture in the heat exchanger is not heated.
Das heiße LHV-Gas/Luft-Gemisch strömt in die primäre Verbrennungskammer 42, wo es zuerst den Katalysator auf die Reaktionstemperatur erhitzt und dann in einem katalytischen Oxidationsprozeß verbrennt.The hot LHV gas / air mixture flows into the primary combustion chamber 42, where it first heats the catalyst to the reaction temperature and then in burns in a catalytic oxidation process.
Die von der katalytischen Verbrennungskammer 42 abziehenden heißen Verbrennungsprodukte werden mit über die Leitung 50 zugeführter Sekundärluft vermischt und durch den Wärmeaustauscher 38 in indirektem Wärmeaustausch mit dem in die primäre katalytische Verbrennungskammer 42 zu leitenden LHV-Gas/Luft-Gemisch geführt. Das aus dem Wärmeaustauscher 38 abziehende Gemisch aus Sekundärluft und teilweise verbranntem LHV-Gas wird über die Leitung 52 in die sekundäre katalytische Verbrennungskammer 54 geleitet, wo eine zusätzliche Verbrennung erfolgt. Die aus der sekundären Verbrennungskammer 54 abziehenden Verbrennungsprodukte befinden sich gewöhnlich bei einer Temperatur von etwa 8710C (16000F). Diese heisse Mischung wird über die eitung 56 in die Gasturbine 58 gefördert. Gewöhnlich ist es zweckmäßig, die Gasturbine bei einer Temperatur von 760 bis 8130c (1400 bis 1550°F) zu betreiben. Die Abkühlung der heißen Gase in der leitung 56 wird durch Vermischen dieser Gase mit über die Leitung 57 zugeführter Verdünnungsluft vorgenommen.Those withdrawn from the catalytic combustion chamber 42 are hot Combustion products are mixed with secondary air supplied via line 50 and through heat exchanger 38 in indirect heat exchange with that in the primary catalytic combustion chamber 42 led to conductive LHV gas / air mixture. That from the heat exchanger 38 withdrawing mixture of secondary air and partially incinerated air LHV gas is fed into the secondary catalytic combustion chamber via line 52 54 where an additional combustion takes place. The ones from the secondary combustion chamber The products of combustion to be withdrawn are usually at one temperature from about 8710C (16000F). This hot mixture is fed into the gas turbine via line 56 58 funded. It is usually convenient to run the gas turbine at a temperature operate from 760 to 8130c (1400 to 1550 ° F). The cooling of the hot gases in the line 56 is mixed by mixing these Gases with over the Line 57 supplied dilution air made.
Nach Auslösung der Verbrennung in der primären Verbrennungskammer 42 unterbricht man den Strom des LHV-Gases zum Vorerhitzer 28 und leitet das LHV-Gas über die Ausweichleitung 32 in die Leitung 34. Man erhöht die Strömungsgeschwindigkeit des LHV-Gases allmählich, um die Turbine 58 auf Belastung (load) zu bringen. Wenn die Garturbine 58 die Belastung des Kompressors 66 übernimmt, löst man die Kupplung 86, um die Startzeit-Turbine 82 vom Kompressor 66 zu isolieren, und schließt das Ventil in der Leitung 80, um den Strom des LHV-Gases zur Turbine 82 zu unterbrechen.After initiation of combustion in the primary combustion chamber 42 interrupts the flow of the LHV gas to the preheater 28 and conducts the LHV gas via the bypass line 32 into the line 34. The flow rate is increased of the LHV gas gradually to bring the turbine 58 to load. if the gas turbine 58 takes over the load of the compressor 66 when the clutch is released 86 to isolate start-time turbine 82 from compressor 66 and close that Valve in line 80 to cut off the flow of LHV gas to turbine 82.
Die zeitbedingten Schwankungen der Zusammensetzung des bei einem In-Situ-Verbrennungsprozeß gebildeten LHV-Gases können dazu führen, daß der Heizwert des Gases so weit absinkt, daß die Temperatur der aus der sekundären Verbrennungskammer 54 abziehenden Produkte geringer als die gewünschte Temperatur ist. Um einen möglichst wirksamen Betrieb der Gasturbine aufrechtzuerhalten, werden Proben des LHV-Gases aus der Leitung 22 entnommen und durch einen Kohlenwasserstoffanalysator 88 zur Bestimmung des Heizwerts des LHV-Gases geleitet. Kohlenwasserstoffanalysatoren sind im Handel erhältlich. Der Analysator 88 gibt ein Signal ab, welches zu einem Regulierventil 90 in einer Hilfsbrennstoffleitung 92 geleitet wird. Wenn der Heizwert des LHV-Gases auf ein Niveau absinkt, bei welchem die Temperatur der aus der sekundären Verbrennungskammer ausgetragenen Produkte den gewünschten Wert unterschreitet, sorgt das Ventil 90 für die Zufuhr von Hilfsbrennstoff über die Leitung 92. Die über die Leitungen 36 und 50 zugeführte Luftmenge ist groß genug, um eine für die Erhöhung der Temperatur auf den gewünschten Wert ausreichende Verbrennung zu gestatten, jedoch nicht groß genug, daß bei einem plötzlichen Anstieg des Heizwerts des LHV-Gases übermäßige Temperaturen erzeugt werden. Wenn die Temperatur in der Leitung 56 unter die gewünschte Temperatur abfallen sollte, kann das Ventil in der Leitung 50 zur Erhöhung der Sekundärluft durch ein von der auf die Temperatur ansprechenden Einrichtung ausgesandtes Signal eingestellt werden.The time-related fluctuations in the composition of the in-situ incineration process LHV gas formed can lead to the calorific value of the gas dropping so far that that the temperature of the products withdrawn from the secondary combustion chamber 54 is lower than the desired temperature. In order to operate as efficiently as possible To maintain the gas turbine, samples of the LHV gas are taken from line 22 taken and passed through a hydrocarbon analyzer 88 to determine the calorific value of the LHV gas. Hydrocarbon analyzers are available commercially. The analyzer 88 outputs a signal which is sent to a regulating valve 90 in a Auxiliary fuel line 92 is passed. When the calorific value of the LHV gas is on The level at which the temperature of the secondary combustion chamber drops The valve 90 ensures that the discharged products fall below the desired value for the supply of auxiliary fuel via line 92. The via lines 36 and 50 the amount of air supplied is large enough to accommodate an increase in temperature to allow sufficient combustion to the desired value, but not large enough that in the event of a sudden increase in the calorific value of the LHV gas, excessive Temperatures are generated. When the temperature in line 56 is below the desired temperature should fall, the valve in the line 50 to Increase in the secondary air by a device that responds to the temperature transmitted signal can be adjusted.
Die in Figur 2 gezeigte Vorrichtung dient für ein anfänglich bei geringem Druck zugeführtes LHV-Gas, wie es gewöhnlich bei der In-Situ-Verbrennung von ölschiefer gewonnen wird. Da sich das LHV-Gas bei einem für einen wirksamen Turbinenantrieb zu geringen Druck befindet, muß man das LHV-Gas auf einen höheren Druck komprimieren, welcher einen effizienten Betrieb der Gasturbine gestattet. Im allgemeinen wird für die wirksame Anwendung in einer Gasturbine ein anfänglicher LHV-Gas-Uberdruck vonmindestens5,25kg/cm2 (75 psig) benötigt. Zu diesem Zweck ist ein LHV-Gas-Kompressor 100 an derselben Welle wie der Kompressor 66 angebracht. Ein Startmotor (starting prime mover) 102, welcher ein Diesel- oder Elektromotor sein kann, ist für den Antrieb des LHV-Gas-Kompressors 100 über eine Welle 104 ausgebildet. Eine Kupplung 106 erlaubt die Entkupplung des Startmotors 102, nachdem die Gasturbine 58 für den Antrieb des LHV-Gas-Kompressors 100 und des Kompressors 66 auf Touren gebracht worden ist.The device shown in Figure 2 is used for an initially low Pressurized LHV gas, as is common in the in-situ incineration of oil shale is won. Since the LHV gas is used for an effective turbine drive the pressure is too low, you have to compress the LHV gas to a higher pressure, which allows efficient operation of the gas turbine. Generally will an initial LHV gas overpressure for effective use in a gas turbine of at least 5.25 kg / cm2 (75 psig) is required. For this purpose there is an LHV gas compressor 100 attached to the same shaft as the compressor 66. A starting motor (starting prime mover) 102, which can be a diesel or electric motor, is for the drive of the LHV gas compressor 100 via a shaft 104. A coupling 106 allowed the decoupling of the starter motor 102 after the gas turbine 58 is used to drive the LHV gas compressor 100 and compressor 66 has been revved up.
Die in Figur 2 dargestellte Vorrichtung entspricht hinsichtlich der Anordnung des Luftkompressors 66, der äußeren katalytischen Verbrennungskammern 42und 54, des Wärmeaustauschers 38 und der Gasturbine 59 der Vorrichtung von Figur 1. Da man das LHV-Gas sowie die Luft zur Verbrennung des LHV-Gases komprimieren muß, kann der durch den Kompressor 66komprimierte Luftanteil nur für die Verbrennung des LHV-Gases ausreichen. In diesem Falle wird keinerlei Luft vom Kompressor 66 zur Absaugung eines durch den Abschnitt 60 angetriebenen Kompressors abgezapft. Der Abschnitt 60 kann beispielsweise einen elektrischen Generator (angezeigt durch 108) antreiben.The device shown in Figure 2 corresponds with respect to Arrangement of the air compressor 66, the outer catalytic combustion chambers 42 and 54, the heat exchanger 38 and the gas turbine 59 of the apparatus of FIG 1. Because you compress the LHV gas and the air to burn the LHV gas must, the proportion of air compressed by the compressor 66 can only be used for combustion of the LHV gas are sufficient. In this case, no air whatsoever is drawn from the compressor 66 tapped for suction by a compressor driven by section 60. The section 60 may, for example, be an electrical generator (indicated by 108) drive.
Die hier beschriebene Gas turbine erlaubt die Energiegewinnung aus Gasbrennstoffen mit einem zu geringen Heizwert für die übliche Gasturbine, welche eine Flammverbrennung zum Verbrennen des Brennstoffs anwendet. Der katalytische Brenner gewährleistet eine stabile Verbrennung von Brennstoffen, deren Heizwerte deutlich unterhalb des Heizwerts von eine stabile Flamme erzeugenden Gasen liegt, und eignet sich insbesondere zur Verwertung von einen geringen Heizwert aufweisenden Brennstoffen, deren hauptsächliche brennbare Komponente Methan (eine schwer verbrennbare Substanz) ist. Die mit einem Wärmeaustauscher zwischen den Stufen ausgestattete zweistufige katalytische Verbrennungskammer bildet eine in sich geschlossene Einheit, welche das LHV-Gas/Luft-Gemisch ohne Zuhilfenahme einer äußeren Wärmequelle auf katalytische Oxidationstemperaturen erhitzt und übermäßige Katalysatortemperaturen vermeidet. Die Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Verwertung von Gasen, die aus In-Situ-Verbrennungsprozessen zur ölgewinnung stammen.The gas turbine described here allows energy to be generated from Gas fuels with too low a calorific value for the usual gas turbine, which uses flame combustion to burn the fuel. The catalytic one Burner ensures stable combustion of fuels, their calorific values is well below the calorific value of gases that produce a stable flame, and is particularly suitable for the utilization of low calorific value Fuels whose main combustible component is methane (a difficult to burn Substance) is. The one equipped with a heat exchanger between the stages two-stage catalytic combustion chamber forms a self-contained unit, which the LHV gas / air mixture without the aid of an external heat source heated catalytic oxidation temperatures and excessive catalyst temperatures avoids. The device is particularly suitable for the recovery of gases that originate from in-situ combustion processes for oil extraction.
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1979
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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