NL7905597A

NL7905597A - PROCESS FOR EXTRACTING ENERGY FROM GAS WITH LOW HEATING VALUE.

Info

Publication number: NL7905597A
Application number: NL7905597A
Authority: NL
Original assignee: Gulf Research Development Co
Priority date: 1978-07-18
Filing date: 1979-07-18
Publication date: 1980-01-22
Also published as: DE2928189A1

Description

Μ -1- ν Ν.Ο. 27.94-9_Μ -1- ν Ν.Ο. 27.94-9_

Gulf Research. & Development Company, te PITTSBURGH, Pennsylvanië, Ver.St.v.Amerika i iGulf Research. & Development Company, in PITTSBURGH, Pennsylvania, USA St. America i i

Werkwijze voor het winnen van energie uit gas met een ! geringe verwarmingswaarde,_ ' »Method for extracting energy from gas with a! low heating value, _ '»

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op het winnen van de energie in gassen, verkregen bij een in-situ verbrandingsproces voor de produktie van olie uit ondergrondse,, koolstofhoudende afzettingen en meer in het' bijzonder uit ondergrondse afzettingen van olie en olie- 5 houdende leisteen.The present invention relates to the recovery of the energy in gases obtained in an in-situ combustion process for the production of oil from underground carbonaceous deposits and more particularly from underground deposits of oil and oil-containing slate.

Een werkwijze voor het vergroten van de produktie van zware ruwe oliën met grote viscositeit uit ondergrondse formaties is het verbrandingsproces in situ. Bij dat proces wordt lucht geïnjecteerd bij een hoge druk door 10 een injectieput in de ondergrondse formatie, die de zware olie bevat. De olie in de formatie grenzende aan de injectieput wordt ontstoken volgens een van de bekende methoden, zoals de methode beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 5.172.472. Injectie van lucht wordt voort- 15 gezet na ontsteking om een deel van de olie in de formatie te verbranden en om de druk in de formatie grenzend aan de injectieput te vergroten en daarbij olie in de formatie te verplaatsen in de richting van een produktie-put, die op afstand van de injectieput aanwezig is. Een 20 verbrandingsproces in situ is beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 2.771.951· De warmte, die vrijkomt door: verbranding van een deel van de olie in de formatie, ver-i warmt de formatie en olie, waarbij de viscositeit van de olie aanzienlijk verlaagd wordt door de hoge temperatuur, 25 i het kraken van de olie en door oplossing in de olie van ! koolwaterstoffen met laag moleculairgewicht, die bij het 790 5 5 97 -i- 4 ft 2 Λ kraken zijn gevormd. De verlaagde viscositeit en de druk van de geïnjecteerde gassen doen de olie stromen door het ondergrondse reservoir naar een produktieput.A method for increasing the production of heavy viscosity heavy crudes from underground formations is the in situ combustion process. In that process, air is injected at a high pressure through an injection well in the underground formation containing the heavy oil. The oil in the formation adjacent to the injection well is ignited by any of the known methods, such as the method described in U.S. Patent No. 5,172,472. Injection of air is continued after ignition to burn a portion of the oil in the formation and to increase the pressure in the formation adjacent the injection well thereby displacing oil in the formation toward a production well which is present at a distance from the injection well. An in situ combustion process is described in U.S. Pat. No. 2,771,951. The heat released by combustion of a portion of the oil in the formation heats the formation and oil, significantly reducing the viscosity of the oil. due to the high temperature, cracking of the oil and solution in the oil of! low molecular weight hydrocarbons which are formed during the 790 5 5 97 -1-4 ft 2 Λ cracking. The reduced viscosity and pressure of the injected gases cause the oil to flow through the underground reservoir to a production well.

Tijdens verbrandingsprocessen in situ beweegt het verbrandingsfront, waarbij olie in de formatie wordt ver- 5 brand, niet radiaal met een gelijkmatige snelheid in alle richtingen naar buiten.During in situ combustion processes, the combustion front, burning oil in the formation, does not radially radiate outward in all directions at an even speed.

Gewoonlijk zal het olie-reservoir in permeabiliteit en olieverzadiging van de ene plaats tot de andere variëren tussen de injectieputten en produktieputten. Een 10 deel van de geïnjecteerde lucht gaat in de vorm van vingers door de formatie naar een produktieput en verbranding heeft plaats aan de grensvlakken van de vingers. Er kan een doorbraak zijn van verbrandingsprodukten als een verbrandingsgas lang voordat de produktie van olie volgens 15 de in situ-methode voltooid is. Vluchtige bestanddelen in de olie, of gevormd door het kraken van de olie, worden meegesleept in de geïnjecteerde lucht of verbrandingsgassen en daardoor meegenomen naar de produktieput. Al deze factoren dragen bij tot variaties in de samenstelling van 20 het gas, van tijd tot tijd geproduceerd tijdens een in situ verbranding voor de produktie van olie uit een reservoir. Dergelijke variaties kunnen resulteren in periodieke toename van 100 % of meer in de Verwarmingswaarde van het geproduceerde gas. 25Usually the oil reservoir will vary from one place to another in permeability and oil saturation between the injection wells and production wells. Some of the injected air in the form of fingers passes through the formation to a production well and combustion occurs at the interfaces of the fingers. There may be a breakthrough of combustion products as a combustion gas long before the production of oil by the in situ method is completed. Volatile components in the oil, or formed by cracking the oil, are entrained in the injected air or combustion gases and are thereby carried away to the production well. All of these factors contribute to variations in the composition of the gas produced from time to time during an in situ combustion for the production of oil from a reservoir. Such variations can result in periodic increases of 100% or more in the Heating Value of the gas produced. 25

De bij de produktieput voortgebrachte stromen worden gescheiden in vloeibare aardolieprodukten, die worden overgebracht naar een opslag of afvoerleiding en gasvormige produkten. De gasvormige produkten worden gewoonlijk naar de atmosfeer afgevoerd. De gasvormige produkten, 50 hierna aangeduid als LHV gas (gas met lage verwarmingswaarde), van een in situ verbranding bevatten geringe concentraties methaan en koolwaterstoffen met 2 tot 6 koolstof atomen, alsmede stikstof, koolstofdioxide, zwaVelver-bindingen zoals waterstofsulfide, mercaptanen en carbonyl- 35 sulfide en in sommige gevallen een kleine hoeveelheid 790 5 5 97 3 * koolstofmonoxide en sporen zuurstof. Deze gasvormige pro-dukten vormen een brandstof met een geringe verwarmings-waarde, in staat tot bet leveren van een aanzienlijk deel van de energie, die vereist is om de lucbt voor injectie in ondergrondse formatie bij de injectieput te comprimé- 5 ren. Het te kort aan aardgas maakt bet belangrijk, dat de energie in de produktén van een in situ verbrandingsproces volledig benut worden. Bovendien beeft bet verscherpen van wetten met betrekking tot verontreiniging van de atmosfeer stringente beperkingen aangebracbt met betrek- 10 king tot de hoeveelheid koolstofmonoxide, de zwavelverbin-dingen, die veelal aanwezig zijn in de gasvormige produk-ten en koolwaterstoffen anders dan methaan, die in de atmosfeer kunnen worden afgevoerd.The streams generated at the production well are separated into liquid petroleum products, which are transferred to a storage or discharge line and gaseous products. The gaseous products are usually vented to the atmosphere. The gaseous products, hereinafter referred to as LHV gas (low heating value gas), of an in situ combustion contain low concentrations of methane and hydrocarbons with 2 to 6 carbon atoms, as well as nitrogen, carbon dioxide, sulfur compounds such as hydrogen sulfide, mercaptans and carbonyl 35 sulfide and in some cases a small amount of 790 5 5 97 3 * carbon monoxide and traces of oxygen. These gaseous products form a low heating fuel capable of providing a significant portion of the energy required to compress the air for injection into underground formation at the injection well. The shortage of natural gas makes it important that the energy in the products of an in situ combustion process be fully utilized. In addition, the tightening of atmospheric pollution laws poses stringent limitations with regard to the amount of carbon monoxide, the sulfur compounds, which are commonly present in the gaseous products and hydrocarbons other than methane, which are in the atmosphere can be removed.

Het Amerikaanse octrooiscbrift 3*113.620 beschrijft 15 een in situ verbrandingsproces met enkele put, waarbij een holte gevuld met steenslag gevormd wordt in een leisteen-olieafzetting onder de oppervlakte door middel van een kernexplosie. Een in situ verbrandingsproces in de holte wordt vervolgens uitgevoerd om olie uit de steen te ver- 20 wijderen, bij te dragen in het doen uitlekken van de olie in een reservoir in de bodem van de holte en de olie omhoog in de put te dwingen naar het oppervlak. De samenstelling van de gassen, geproduceerd met de olie, verschilt van de samenstelling van het gas, voortgebracht vol- 25 gens een gebruikelijk in situ verbrandingsproces in een oliereservoir. "Vanwege de verschillende samenstelling van het gas is de werkwijze volgens het Amerikaanse octrooi-schrift 3.113*620 in staat het afvalgas direkt te verbranden in een vlamverbrander van een gasturbine, die gebruikt 30 wordt om een luchtcompressor aan te drijven.US Patent 3 * 113,620 describes a single well in situ combustion process in which a cavity filled with crushed stone is formed in a subsurface slate oil deposit by means of a nuclear explosion. An in situ cavity combustion process is then performed to remove oil from the stone, to assist in draining the oil into a reservoir in the bottom of the cavity and to force the oil up into the well. the surface. The composition of the gases produced with the oil differs from the composition of the gas generated by a conventional in situ combustion process in an oil reservoir. "Because of the different composition of the gas, the method of U.S. Patent 3,113 * 620 is capable of directly burning the waste gas in a gas turbine flame burner used to drive an air compressor.

In het Amerikaanse octrooischrift 2.44-9*096 wordt een werkwijze beschreven voor het winnen van energie uit gas, afgevoerd uit een generator bij een katalytisch kraakproces in een gefluïdiseerd bed. De hete gassen uit 35 de generator worden eerst in tegenstroom met een niet- 790 55 97U.S. Patent 2,444-9,096 describes a process for recovering energy from gas discharged from a generator in a fluidized bed catalytic cracking process. The hot gases from the generator are first countercurrent with a non-790 55 97

If 5 4 vluchtige olie in een wasser geleid, waarbij een kleine hoeveelheid koolwaterstoffen in het gas wordt meegesleept.If 5 4 volatile oil is fed into a scrubber, entraining a small amount of hydrocarbons in the gas.

Het gas met meegesleepte koolwaterstoffen wordt door een katalytische oxydatie-inrichting geleid voor de verbranding van de koolwaterstoffen en de verbrandingsprodukten 5 worden afgevoerd naar een turbine voor het direkt winnen van energie of naar een stoomgenerator.The gas with entrained hydrocarbons is passed through a catalytic oxidation device for the combustion of the hydrocarbons and the combustion products are discharged to a turbine for direct energy recovery or to a steam generator.

In het Amerikaanse octrooischrift 2.859.954 wordt een energiewinningsysteem beschreven voor een hoogoven, waarbij hoogovengas wordt samengeperst, verbrand en ver- 10 volgens uitgezet in een turbine voor het verschaffen van energie voor het samenpersen van lucht, die in de hoogoven gebruikt wordt. Het brandbare materiaal in het hoogovengas is grotendeels koolstofmonoxide en waterstof. Deze gassen worden gemakkelijker ontstoken en verbrand in 15 verdunde mengsels met inerte gassen dan methaan. Het hoogovengas, dat gewoonlijk een verwarmingswaarde heeft van meer dan 3350 kJ/m^, wordt volgens het Amerikaanse octrooischrift 2.859.954 verbrand in verbrandingsinrichtin-gen van het vlamtype voor het afgeven van de thermische 20 energie.In U.S. Pat. No. 2,859,954, a blast furnace power recovery system is described in which blast furnace gas is compressed, burned and then expanded into a turbine to provide energy for compressing air used in the blast furnace. The combustible material in the blast furnace gas is largely carbon monoxide and hydrogen. These gases are ignited and burned more easily in dilute mixtures with inert gases than methane. The blast furnace gas, which usually has a heating value of more than 3350 kJ / m 2, is burned in flame type combustion plants to deliver the thermal energy according to US Pat. No. 2,859,954.

In het Amerikaanse octrooischrift 3*928.961 wordt de katalytische verbranding van brandstoffen beschreven om gasturbines aan te drijven. De werkwijze volgens dit octrooischrift voert katalytische oxydaties uit bij een 25 temperatuur in het traject van 92? tot 1760°C, bij voorkeur in het traject van 1093 tot 1649°C» dat beschreven wordt als het zelfontstekingstraject. Die temperatuur is hoog genoeg om thermische verbranding te initiëren, evenwel niet hoog genoeg om een aanzienlijke vorming van stik- 30 stofoxiden te veroorzaken. Verbranding volgens de werkwijze van het Amerikaanse octrooischrift 3.928.961 is in de eerste plaats een thermische verbranding. Lucht, in ten minste een stoechiometrisch equivalente hoeveelheid als de brandstof, wordt gebruikt om de oxydatie te voltooien. 35U.S. Patent 3,928,961 describes the catalytic combustion of fuels to power gas turbines. The process of this patent performs catalytic oxidations at a temperature in the range of 92? to 1760 ° C, preferably in the range of 1093 to 1649 ° C described as the auto-ignition range. That temperature is high enough to initiate thermal combustion, but not high enough to cause significant formation of nitrogen oxides. Combustion by the method of U.S. Pat. No. 3,928,961 is primarily thermal combustion. Air, in at least a stoichiometrically equivalent amount as the fuel, is used to complete the oxidation. 35

Wanneer de verbranding gebruikt wordt voor gasturbine- 790 55 97 5 aandrijving, is de gewichtsverhouding lucht tot brandstof ver boven de stoechiometrische verhouding en varieert van ongeveer 30 : 1 tot 200 of meer : 1. Omdat de verbranding van de brandstof constant is veroorzaakt de overmaat zuurstof in het lucht-brandstofmengsel geen ruime variaties in 5 de temperatuur van de verbrandingsprodukten.When the combustion is used for gas turbine 790 55 97 5 propulsion, the air to fuel weight ratio is far above the stoichiometric ratio and ranges from about 30: 1 to 200 or more: 1. Since the combustion of the fuel is constant, the excess oxygen in the air-fuel mixture no wide variations in the temperature of the combustion products.

Omdat olie-leisteen impermeabel is, vereisen in situ verbrandingsprocessen voor de winning van olie uit olie-leisteen, dat permeabiliteit van de leisteen bewerkstelligd wordt, voordat de in situ verbranding wordt be- 10 gonnen. Het verdient de voorkeur, dat de permeabiliteit tot stand wordt gebracht door de leisteen te verbrokkelen in een geselecteerde hoeveelheid van de leisteen-afzetting onder vorming van een ondergrondse retort. Verbranding van leisteen in de retort voor het afgeven van leisteenolie 15 wordt bij voorkeur uitgevoerd bij lage drukken, om lekkage van gas naar aangrenzende retorten, die verbrokkeld worden, te vermijden. Gassen, afgevoerd uit de retorten voor in situ verbrandingsprocessen voor leisteenoliepro-duktie zijn derhalve gewoonlijk bij te lage drukken voor 20 direkte afgifte aan gasturbines voor het winnen van energie. Gebruikelijke in situ verbrandingsprocessen voor de winning van olie uit olieleisteen zijn beschreven in de Amerikaanse octrooischriften 2.780.449 en 3*001.776.Since oil slate is impermeable, in situ combustion processes for extracting oil from oil slate require permeability of the slate before the in situ combustion is started. It is preferred that the permeability be accomplished by crushing the slate into a selected amount of the slate deposit to form an underground retort. Burning slate in the retort to deliver slate oil 15 is preferably conducted at low pressures to avoid leakage of gas to adjacent retorts which are crumbled. Gases withdrawn from the in situ retorts for slate oil production combustion processes are therefore usually at too low pressures for direct delivery to gas turbines for energy recovery. Conventional in situ combustion processes for oil slate oil recovery are described in U.S. Pat. Nos. 2,780,449 and 3,001,776.

De onderhavige uitvinding is gelegen in een sy- 25 steem voor het winnen van energie uit en de vermindering van verontreinigingen in IEY gas, afgevoerd uit produktie-putten van in situ verbrandingsprocessen voor de produktie van olie. Het IEY gas wordt, na afscheiding van vloeibare produkten voortgebracht uit de put, gemengd met een be- 30 perkte hoeveelheid lucht, voorverhit tot een temperatuur van meer dan ongeveer 204°0 en afgegeven naar een katalytische verbrandingsruimte, waarin de brandbare bestanddelen in het IHV gas verbrand worden. De hoeveelheid lucht gemengd met het IEY gas is minder dan het stoechiometri- 35The present invention resides in a system for recovering energy from and reducing impurities in IEY gas discharged from production wells of in situ oil production combustion processes. The IEY gas, after separation of liquid products generated from the well, is mixed with a limited amount of air, preheated to a temperature above about 204 ° C and released to a catalytic combustion chamber, in which the flammable components in the IHV gas burned. The amount of air mixed with the IEY gas is less than the stoichiometry

sche equivalent van de brandbare bestanddelen in het IEYchemical equivalent of the flammable components in the IEY

7905597 * 6 gas en beperkt daardoor de hoeveelheid verbranding en de maximum temperatuur, die in de verbrandingsruimte kunnen voorkomen. Bij een voorkeursuitvoeringsvorm wordt het LH? gas verbrand in een primaire en een secundaire katalytische verbrandingsruimte met ongeveer 50 % van de totale 5 hoeveelheid lucht toegevoerd aan elke verbrandingsruimte.7905597 * 6 gas, thereby limiting the amount of combustion and the maximum temperature that can occur in the combustion chamber. In a preferred embodiment, the LH? gas burned in a primary and a secondary catalytic combustion space with about 50% of the total amount of air supplied to each combustion space.

Hete gassen afgevoerd uit de eerste katalytische verbrandingsruimte worden gemengd met de lucht voor de tweede verbranding en vervolgens gekoeld tot een temperatuur, die geschikt is voor toevoeging aan de tweede katalytische 10 verbrandingsruimte. De gekoelde gassen worden overgehracht in de tweede katalytische verbrandingsruimte voor verbranding van brandbaar materiaal, dat in het gas is achtergebleven. Bij voorkeur worden de verbrandingsprodukten afgevoerd uit de tweede verbrandingsruimte geëxpandeerd in een 15 turbine om energie te ontwikkelen voor het samenpersen van lucht, die gebruikt wordt bij het in situ verbrandingsproces.Hot gases discharged from the first catalytic combustion chamber are mixed with the air for the second combustion and then cooled to a temperature suitable for addition to the second catalytic combustion chamber. The cooled gases are transferred into the second catalytic combustion chamber for combustion of combustible material remaining in the gas. Preferably, the combustion products discharged from the second combustion space are expanded in a turbine to generate energy for compressing air, which is used in the in situ combustion process.

Korte beschrijving van de tekeningenBrief description of the drawings

Big. 1 van de tekeningen is een schematisch stro- 20 mingsdiagram van een voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding, zoals gebruikt voor de winning van energie uit LH? gas, afgevoerd uit een in situ verbran-dingssysteem voor het winnen van olie uit een ondergronds oliereservoir. 25Big. 1 of the drawings is a schematic flow diagram of a preferred embodiment of the present invention, as used for energy recovery from LH? gas discharged from an in situ combustion system to recover oil from an underground oil reservoir. 25

Fig. 2 is een schematisch stromingsdiagram van een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding, waar-in de verbrandingsprodukten stoom ontwikkelen, die gebruikt wordt voor het aandrijven van een turbine.Fig. 2 is a schematic flow diagram of an embodiment of the present invention, wherein the combustion products generate steam which is used to drive a turbine.

Fig. 3 is een grafiek, die de verandering in de 30 verwarmingswaarde laat zien van gassen, geproduceerd bij een in situ verbrandingsproces voor het winnen van olie uit een oliereservoir over een periode van jaar.Fig. 3 is a graph showing the change in the heating value of gases produced in an in situ combustion process for recovering oil from an oil reservoir over a period of years.

Beschrijving van de voorkeursuitvoeringsvormDescription of the preferred embodiment

Onder verwijzing naar fig. 1 wordt een formatie 35 10 onder het oppervlak, die ruwe olie bevat, gewoonlijk 790 55 97 7 met een grote dichtheid en viscositeit, gepenetreerd door een produktieput 12 en een injectieput 14, die op afstand van de produktieput aanwezig is. Stromen afkomstig van de produktieput 12 worden door een leiding 16 toegevoerd aan een scheidingsinrichting 18, waarin het geproduceerde LHV 5 gas gescheiden wordt van de vloeistoffen, voortgebracht door put 12. De vloeistoffen worden afgevoerd uit het onderste einde van de scheidingsinrichting 18 naar een af-voerleiding 20 en het LHV gas wordt boven uit de scheidingsinrichting 18 afgevoerd naar een toevoerleiding 22. 10Referring to Fig. 1, a subsurface formation 35 containing crude oil, usually high density and viscosity 790 55 97 7, is penetrated through a production well 12 and an injection well 14 remote from the production well. . Streams from the production well 12 are fed through a conduit 16 to a separator 18, in which the LHV 5 gas produced is separated from the liquids generated by well 12. The liquids are discharged from the lower end of the separator 18 to a discharge feed line 20 and the LHV gas is discharged from the separator 18 at the top to a feed line 22. 10

Het zal gewoonlijk wenselijk zijn het gas uit de scheidingsinrichting 18 te voeren door een geschikte gasreini-* gingsihrichting, die niet getekend is, voor het verwijderen van vaste deeltjes, katalysatorvergiften, of andere ongewenste bestanddelen vóór de toevoer naar leiding 22. 15It will usually be desirable to pass the gas from the separator 18 through a suitable gas cleaning device, not shown, to remove solid particles, catalyst poisons, or other undesirable components prior to supply to line 22. 15

Een stromingsregelaar 25 handhaaft een constante stromingssnelheid van het LHV gas naar de turbine, zoals hierna beschreven.A flow controller 25 maintains a constant flow rate of the LHV gas to the turbine, as described below.

Gebruikelijke koolwaterstofconcentraties in het LHV gas variëren van ongeveer 1 tot ongeveer 8 vol.%. 20Usual hydrocarbon concentrations in the LHV gas range from about 1 to about 8% by volume. 20

De koolwaterstoffen zijn ih hoofdzaak methaan; de concentratie van koolwaterstoffen met 2 tot 6 koolstofatomen is gewoonlijk minder dan 2 %. In de in het LHV gas aanwezige concentraties wordt een stabiele verbranding van methaan en de andere koolwaterstoffen met laag molecuulgewicht, 25 verkregen bij de in situ produktie, slechts verkregen bij aanwezigheid van een katalysator. De verwarmingswaarde van het LHV gas, geproduceerd uit een in situ verbranding in oliereservoirs kan variëren van 186 tot 2980 kJ/m^ en zal gewoonlijk in het traject zijn van 1490 tot 2610 kJ/m^, 30 een traject, waarbij de werkwijze bijzonder geschikt is.The hydrocarbons are mainly methane; the concentration of hydrocarbons with 2 to 6 carbon atoms is usually less than 2%. At the concentrations present in the LHV gas, a stable combustion of methane and the other low molecular weight hydrocarbons obtained in the in situ production is obtained only in the presence of a catalyst. The heating value of the LHV gas produced from an in situ combustion in oil reservoirs can range from 186 to 2980 kJ / m 3, and will usually be in the range from 1490 to 2610 kJ / m 3, a range, the process being particularly suitable is.

Bij sommige gelegenheden, gewoonlijk gedurende korte perioden, kan de verwarmingswaarde stijgen tot 3725 kJ/m^.On some occasions, usually for short periods of time, the heating value may rise to 3725 kJ / m ^.

LHV gas met een verwarmingswaarde groter dan 559 kJ/m^ kan verbrand worden in een katalytische verbrandingsin- 33 richting zonder een uitwendige warmtebron. Wanneer andere 790 55 97 8 * warmtebronnen beschikbaar zijn voor het verschaffen van additionele voorverwarming, kan LHV gas met een Verwards mingswaarde van 186 kJ/iir geoxydeerd worden in katalytische verbrandingsruimten·.LHV gas with a heating value greater than 559 kJ / m2 can be burned in a catalytic combustion device without an external heat source. When other 790 55 97 8 * heat sources are available to provide additional preheating, LHV gas with an upgrade value of 186 kJ / liter can be oxidized in catalytic combustion rooms.

Voor het meest doelmatige gebruik bij het aan- 5 drijven van een gasturbine om lucht samen te persen, die gebruikt wordt bij het in situ verbrandingsproces dienen bijvoorbeeld gassen afkomstig van de scheidingsinrichting 18 een druk te bezitten van ten minste 517»5 kPa. Wanneer het gas bij lagere druk is, wordt een deel van de energie 10 gebruikt voor het samenpersen van het LHV gas tot een druk, die hoog genoeg is om een turbine aan te drijven, echter kan LHV gas bij lagere drukken veel energie bevatten, die gebruikt kan worden bij het leveren van warmte aan ver-hittingsinrichtingen en andere olieveldapparatuur of voor 15 het ontwikkelen van energie door het leveren van warmte voor stoomontwikkeling bij een druk, die hoog genoeg is om een turbine aan te drijven. De druk in de produktie-putten van een in situ verbrandingsproces varieert gewoonlijk van en igszins boven atmosferische druk tot 5512 kPa. 20For the most effective use in driving a gas turbine to compress air used in the in situ combustion process, for example, gases from the separator 18 should have a pressure of at least 517-5 kPa. When the gas is at lower pressure, some of the energy 10 is used to compress the LHV gas to a pressure high enough to drive a turbine, however LHV gas at lower pressures can contain a lot of energy, which can be used in supplying heat to heaters and other oil field equipment or for generating energy by supplying heat for steam generation at a pressure high enough to drive a turbine. The pressure in the production wells of an in situ combustion process usually ranges from and slightly above atmospheric pressure to 5512 kPa. 20

De druk is afhankelijk, ten minste ten dele van de diepte van de formatie, waarop de verbranding plaats heeft. Drukken hoger dan 5512 kPa in de produktieputten kunnen gebruikt worden, maar dergelijke hoge drukken hebben te lijden van het nadeel van hoge kosten voor het samendrukken 25 van de lucht, geïnjecteerd in de ondergrondse formatie; echter kan veel van de energie, gebruikt voor het samenpersen van lucht, teruggewonnen worden.The pressure depends, at least in part, on the depth of the formation at which combustion takes place. Pressures higher than 5512 kPa in the production wells can be used, but such high pressures suffer from the disadvantage of high cost of compressing the air injected into the underground formation; however, much of the energy used to compress air can be recovered.

Het gas in leiding 22 wordt gemengd met lucht uit een leiding 24 en wordt tijdens het opstarten door een 50 verhitter 26 geleid. Een brandstof zoals LPG, toegevoerd door leiding 28, wordt in de verhitter 26 verbrand om de temperatuur van het mengsel van LHV gas en lucht te verhogen tot een temperatuur, waarbij oxydatie zal plaats vinden bij contact met de oxydatie-katalysator, die hier- 35 na beschreven wordt. De verhitter 26 wordt slechts tijdens 790 5 5 97 * 9 het opstarten gebruikt en nadat de oxydatie van het LEV gas begint, wordt de verhitter 26 overgeslagen, door de lucht uit leiding 22 door omloopleiding 30 te doen stromen.The gas in line 22 is mixed with air from line 24 and is passed through a heater 26 during start-up. A fuel such as LPG supplied through line 28 is burned in heater 26 to raise the temperature of the mixture of LHV gas and air to a temperature at which oxidation will occur upon contact with the oxidation catalyst, which after being described. Heater 26 is used only during start-up, and after oxidation of the LEV gas begins, heater 26 is bypassed by flowing the air from line 22 through bypass line 30.

Het mengsel van lucht en LHV gas, afkomstig van de verhitter 26, wordt door leiding 32 toegevoerd naar 5 een warmteuitwisselaar 34. Geen warmteoverdracht naar het mengsel van lucht en LHV gas heeft plaats in de warmte-uitwisselaar 34 tot nadat de verbranding begonnen is in de katalytische verbrandingsruimte, zoals hierna beschreven. Ha passage door de warmteuitwisselaar 34, wordt het 10 mengsel van lucht en LHV gas door leiding 36 toegevoerd aan een primaire katalytische verbrandingsruimte 38. De temperatuur van het gas,'dat wordt toegevoerd naar de verbrandingsruimte 38, dient in het traject van ongeveer 205 tot 427°0 te liggen, waarbij oxydatie geïnitieerd zal 15 worden bij contact van LHV gas met de katalysator. Gewoonlijk zal de toevoertemperatuur in het bovenste gedeelte zijn van dat temperatuurtraject.The mixture of air and LHV gas, coming from the heater 26, is fed through line 32 to a heat exchanger 34. No heat transfer to the mixture of air and LHV gas takes place in the heat exchanger 34 until after the combustion has started in the catalytic combustion space, as described below. After passing through the heat exchanger 34, the mixture of air and LHV gas is supplied through line 36 to a primary catalytic combustion chamber 38. The temperature of the gas supplied to the combustion chamber 38 should range from about 205 to 427 ° C, whereby oxidation will be initiated upon contact of LHV gas with the catalyst. Usually the supply temperature will be in the upper part of that temperature range.

In een katalytische oxydatieruimte, die de voorkeur verdient, is platina afgezet op de oppervlakken van 20 een in de handel verkrijgbare keramische katalysatordra-ger van het honingraattype, opgesteld in de primaire verbrandingsruimte 38 in een serie dwarse platen 39» van elkaar gescheiden door vrije ruimten 40. De vrije ruimten tussen de platen zijn ontworpen om gelijkschakeling van 25 de temperatuur van de gassen tussen de platen mogelijk te maken en daarbij de ontwikkeling van hete plaatsen zo klein mogelijk te maken; echter is een bevredigende werking bereikt met aangrenzende platen, die elkaar raken.In a preferred catalytic oxidation space, platinum is deposited on the surfaces of a commercially available honeycomb ceramic catalyst support disposed in the primary combustion space 38 in a series of transverse plates 39 »separated by free spaces 40. The clearances between the plates are designed to allow equalization of the temperature of the gases between the plates and thereby minimize the development of hot spots; however, a satisfactory effect has been achieved with adjacent plates touching each other.

De honingraatstructuur van de katalysatordrager is doelma- 30 tig om hoge doorvoeren mogelijk te maken met een lage drukval door de katalysator. In een gebruikelijke verbrandingsruimte kunnen 10 tot 20 of zelfs meer platen 39 aanwezig zijn. Een katalysator die gebruikt kan worden is beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3.870.455· 55The honeycomb structure of the catalyst support is effective to allow high throughputs with a low pressure drop through the catalyst. In a conventional combustion space, 10 to 20 or even more plates 39 may be present. A catalyst that can be used is described in U.S. Pat. No. 3,870,455,55

De aangegeven opstelling en katalysator verdienen de voor- 790 5 5 97 é 10 keur voor gebruik bij de onderhavige uitvinding; echter is de onderhavige uitvinding niet beperkt tot het gebruik van een deeltjesvormige katalysator. Andere oxydatiekata-lysatoren aangebracht op andere dragers kunnen gebruikt worden. Bijvoorbeeld kunnen katalysatoren, die kobalt of 5 lanthaan als de katalytisch werkzame bestanddelen bevatten, aangebracht op dragers van een honingraat- of sponsstructuur, gebruikt worden. Andere katalysatoren die gebruikt kunnen worden zijn beschreven in het Amerikaanse octrooi-schrift 3.565·830. Oxydatiekatalysatoren, gebruikt bij 10 temperaturen hoger dan 1093°C zijn beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3*928.961.The indicated arrangement and catalyst are preferred for use in the present invention; however, the present invention is not limited to the use of a particulate catalyst. Other oxidation catalysts applied to other supports can be used. For example, catalysts containing cobalt or lanthanum as the catalytically active ingredients applied to supports of a honeycomb or sponge structure can be used. Other catalysts that can be used are described in U.S. Patent 3,565,830. Oxidation catalysts used at temperatures above 1093 ° C are described in U.S. Patent 3,928,961.

De gassen worden uit de verbrandingsruimte 38 afgevoerd bij een maximumtemperatuur, bij voorkeur ongeveer 877°C, door leiding 4-1 en gemengd met extra lucht, 15 toegevoerd door leiding 42. De maximum-temperatuur is beperkt door de hoogste temperatuur die de katalysator k^i doorstaan over lange werkingsperioden zonder achteruitgang. Oxydatiekatalysatoren, die voor de onderhavige uitvinding de voorkeur verdienen, waarbij verbrandingsprodukten ge- · 20 leid worden door een gasturbine, die bestaan uit platina op een keramische drager, kunnen hogere temperaturen dan 871°C gedurende korte perioden doorstaan, maar hun levensduur wordt bekort door voortgezet gebruikt bij de hogere temperaturen. Zoals hiervoor aangegeven is de hoeveelheid 25 lucht, toegevoerd door leiding 42, bij voorkeur ongeveer de helft van de totale hoeveelheid lucht, toegevoerd voor oxydatie van het IiHV gas. Toevoeging van lucht door leiding 42 zal gewoonlijk resulteren in een temperatuurval van ongeveer 93°C in de gassen in leiding 41. De gassen 30 worden toegevoerd door leiding 41 aan een warmteuitwisselaar 34 en daarin geleid in een indirekte warmteuitwisse-ling met het oorspronkelijke mengsel van lucht en LHV gas, toegevoerd naar de warmteuitwisselaar door leiding 32. Het mengsel van lucht en ten dele geoxydeerd LHV gas wordt af- 35 gevoerd uit de warmteuitwisse1aar 34 bij een temperatuur 790 55 97 11 > ♦ van bij voorkeur 316°C tot 427°C en via leiding 44 toegevoerd aan een tweede katalytische verbrandingsruimte 46.The gases are vented from the combustion space 38 at a maximum temperature, preferably about 877 ° C, through line 4-1 and mixed with additional air, supplied through line 42. The maximum temperature is limited by the highest temperature the catalyst k ^ i endured over long operating periods with no deterioration. Preferred oxidation catalysts for the present invention, where combustion products are passed through a gas turbine consisting of platinum on a ceramic support, can withstand temperatures higher than 871 ° C for short periods, but their life is shortened by used continuously at the higher temperatures. As indicated above, the amount of air supplied through line 42 is preferably about half of the total amount of air supplied for oxidation of the IHHV gas. Addition of air through line 42 will usually result in a temperature drop of about 93 ° C in the gases in line 41. The gases 30 are fed through line 41 to a heat exchanger 34 and passed therein in an indirect heat exchange with the original mixture of air and LHV gas, supplied to the heat exchanger through line 32. The mixture of air and partially oxidized LHV gas is discharged from the heat exchanger 34 at a temperature of 790 55 97 11> ♦ preferably 316 ° C to 427 ° C and supplied via line 44 to a second catalytic combustion chamber 46.

De tweede katalytische verbrandingsruimte 46 kan identiek zijn aan de eerste katalytische verbrandingsruimte 38·The second catalytic combustion chamber 46 may be identical to the first catalytic combustion chamber 38

Oxydatie van brandbare bestanddelen in het ten dele geoxy- 5 deerde LHV gas, afgevoerd uit de warmteuitwisselaar 34, heeft plaats in de secundaire verbrandingsruimte 46. Door beperking van de totale luchtstroom in de primaire en secundaire katalytische verbrandingsruimte tot een hoeveelheid, die enigszins (bijvoorbeeld 5 %) lager is dan het 10 stoechiometrische equivalent van een LHV gas verwarmings-waarde, die de maximaal mogelijke temperatuurstijging zou veroorzaken, worden overmatige temperaturen' in de katalytische verbrandingsruimten vermeden zelfs hoewel de samenstelling van het LHV gas ruim kan variëren. 13Oxidation of flammable components in the partially oxidized LHV gas discharged from the heat exchanger 34 takes place in the secondary combustion space 46. By limiting the total air flow in the primary and secondary catalytic combustion space to an amount slightly (eg 5%) below the stoichiometric equivalent of an LHV gas heating value, which would cause the maximum possible temperature rise, excessive temperatures in the catalytic combustion spaces are avoided even though the composition of the LHV gas can vary widely. 13

Warmte vrijgegeven in de tweede verbrandingsruimte, kan de temperaturen van de gassen verhogen tot bijvoorbeeld ongeveer 872°G bij de afvoerleiding 48 uit de secundaire verbrandingsruimte. Gewoohlijk zal het gewenst zijn de gassen in leiding 48 te koelen om de temperatuur van de 20 gassen te verlagen tot een temperatuur, die een veiligheidsmarge verschaft beneden de maximum werktemperatuur van een gasturbine 52, waaraan het gas wordt af geleverd.Heat released into the second combustion space can raise the temperatures of the gases to, for example, about 872 ° G at the discharge line 48 from the secondary combustion space. It will usually be desirable to cool the gases in line 48 to lower the temperature of the gases to a temperature that provides a safety margin below the maximum operating temperature of a gas turbine 52 to which the gas is delivered.

Sommige turbines zijn in staat temperaturen te doorstaan tot ongeveer 1093°C; het verdient echter de voorkeur de 25 temperatuur van de gassen te verlagen tot 815°C tot 872°C door verdunning met lucht, voordat afvoer naar de turbine plaats heeft. De gewenste koeling kan bewerkstelligd worden door koellucht in te voeren in leiding 48 uit leiding 50. De temperatuur, waarbij de verbrandingsprodukten de 30 secundaire verbrandingsruimte verlaten, is ver beneden de temperatuur die vereist is om die partieel verbrande gassen met lage verwarmingswaarde bij afwezigheid van een katalysator te ontsteken; dientengevolge is er geen gevaar van verdere verbranding met resulterende ontwikkeling van 35 overmatige temperaturen, die plaats hebben bij het mengen 7905597 12 met lucht uit leiding 50 met de hete gassen in leiding 48, zelfs hoewel de hete gassen gewoonlijk onverbrande hrand-bare bestanddelen bevatten. De lucht, die door leiding 50 wordt toegevoerd, is derhalve eerder koele lucht dan verbrandingslucht . 5Some turbines are able to withstand temperatures up to about 1093 ° C; however, it is preferable to lower the temperature of the gases to 815 ° C to 872 ° C by dilution with air before discharge to the turbine. The desired cooling can be accomplished by introducing cooling air into line 48 from line 50. The temperature at which the combustion products exit the secondary combustion space is well below the temperature required to produce those partially burned, low heat gases. ignite the catalyst; consequently, there is no danger of further combustion with resulting development of excess temperatures which occur when mixing with air from line 50 with the hot gases in line 48, even though the hot gases usually contain unburnt flammable ingredients. The air supplied through line 50 is therefore cool air rather than combustion air. 5

Onder verwijzing naar fig. 5 van de tekeningen wordt opgemerkt, dat de verwarmingswaarde van het LHV gas, geproduceerd tij'dens een gebruikelijk in situ verbrandingsproces, aanzienlijk varieert. Het grootste deel van de tijd tijdens de jaar durende werking, aangegeven in fig. 5» 10 had het LHV gas, geproduceerd volgens, het in.situ proces, een verwarmingswaarde boven ongeveer 2050 kJ/m^; echter was de verwarmingswaarde veelal in het traject van 2608 kJ/m^ en bij één gelegenheid verhoogd tot meer dan 3726 kJ/m^. Op andere tijdstippen daalde de verwarmings- 15 waarde beneden 1863 kJ/m^. De ruime wisselingen in de LHV gassamenstelling brengen problemen tot stand van regeling van de temperatuur ter vermijding van overmatige tempera-. turen, die de katalysator of de gasturbine zouden beschadigen en toch de gasturbine onder optimale omstandigheden 20 zou werken. Voor het regelen van de maximum temperatuur, die bereikt kan worden en tevens om een gelijkmatige temperatuur te handhaven, worden de katalytische verbrandingsruimten gebruikt met minder lucht dan het stoechiometri-sche equivalent van de brandbare bestanddelen in het LHV 25 gas. Op deze wijze brengt de hoeveelheid lucht toegevoerd aan de katalytische verbrandingsruimten, de maximum temperatuurstijging tot stand in de katalytische verbrandingsruimten en dientengevolge de maximum temperatuur, die bereikt wordt. Wanneer de maximum toelaatbare temperatuur 30 in de katalytische verbrandingsruimte 8?1O0 is, zal de hoeveelheid lucht, gemengd met het koude LHV gas, dat de warmteuitwisselaar 34 binnentreedt, zodanig moeten zijn, dat wanneer de zuurstof in die lucht volledig verbruikt wordt bij het verbranden van brandbare bestanddelen in het 35 LHV gas, de temperatuur in de verbrandingsruimte niet bo- 7905597 13 ven 871 °C zal stijgen. Wanneer oxydatiekatalysatoren met een aanvaardbare levensduur, indien toegepast bij hogere temperaturen om het LHV gas te verbranden, zouden worden gebruikt, en de verbrandingswaarde van het LHV gas zou hoog genoeg zijn om de temperatuur van de verbrandingspro- 5 dukten boven de maximum werktemperatuur van de katalysator te doen stijgen, zou de hoeveelheid lucht, toegevoerd aan de verbrandingsruimten, vergroot kunnen worden en daarbij' de maximum temperatuur verhogen, die bereikt zou kunnen worden in de verbrandingsruimten. De hoeveelheid 10 lucht zou minder zij'n dan het stoechiometrische equivalent van het LEV gas, om de gewenste temperatuurregeling te handhaven.Referring to FIG. 5 of the drawings, it is noted that the heating value of the LHV gas produced during a conventional in situ combustion process varies considerably. Most of the time during the year-long operation, shown in FIG. 5, the LHV gas produced by the in-situ process had a heating value above about 2050 kJ / m 2; however, the heating value was often in the range of 2608 kJ / m ^ and increased on one occasion to more than 3726 kJ / m ^. At other times, the heating value dropped below 1863 kJ / m2. The wide variations in the LHV gas composition create problems controlling the temperature to avoid excessive temperatures. that would damage the catalyst or gas turbine and yet operate the gas turbine under optimal conditions. To control the maximum temperature that can be achieved and also to maintain a uniform temperature, the catalytic combustion chambers are used with less air than the stoichiometric equivalent of the flammable components in the LHV 25 gas. In this way, the amount of air supplied to the catalytic combustion chambers accomplishes the maximum temperature rise in the catalytic combustion chambers and, consequently, the maximum temperature reached. When the maximum allowable temperature 30 in the catalytic combustion space is 8-10O, the amount of air mixed with the cold LHV gas entering the heat exchanger 34 should be such that when the oxygen in that air is completely consumed upon combustion of flammable components in the 35 LHV gas, the temperature in the combustion space will not rise above 871 ° C. If oxidation catalysts with an acceptable service life, when used at higher temperatures to burn the LHV gas, were used, and the calorific value of the LHV gas would be high enough to keep the temperature of the combustion products above the maximum operating temperature of the catalyst by increasing the amount of air supplied to the combustion spaces, thereby increasing the maximum temperature that could be reached in the combustion spaces. The amount of air would be less than the stoichiometric equivalent of the LEV gas to maintain the desired temperature control.

Aannemende, dat het mengsel van LEV gas en lucht in..leiding 32 naar de voorverhitter 34· een temperatuur 15 heeft van 99°C en de maximum toelaatbare katalysatortem-peratuur 871°C is, kan de maximum totale hoeveelheid lucht, gemengd met het LHV gas, dat de primaire verbrandingsruimte 38 binnentreedt en met de hete verbrandings-produkten, afgevoerd uit die verbrandingsruimte, zuurstof 20 stoechiometrisch equivalent aan de brandbare bestanddelen in LEV gas met een verwarmingswaarde van ongeveer 1863 kJ/m? bevatten. Wanneer de verwarmingswaarde van het LHV gas zou zij'n zoals aangegeven in fig. 35 zou de hoeveelheid lucht minder zijn dan stoechiometrisch equiva- 25 lent gedurende ongeveer 90 % van de tijd. Bij voorkeur wordt ongeveer 50 % van de totale hoeveelheid verbrandingslucht aan het systeem toegevoerd door mengen met het LHV gas vóór aflevering aan de primaire verbrandingsruimte en de rest wordt gemengd met de verbrandingsprodukten ' 30 van de eerste verbrandingsruimte, vóór afgifte aan de secundaire verbrandingsruimte.Assuming that the mixture of LEV gas and air in line 32 to preheater 34 has a temperature of 99 ° C and the maximum allowable catalyst temperature is 871 ° C, the maximum total amount of air mixed with the LHV gas entering the primary combustion space 38 and with the hot combustion products discharged from that combustion space, oxygen 20 stoichiometrically equivalent to the combustible components in LEV gas with a heating value of about 1863 kJ / m 2. contain. If the heating value of the LHV gas were as shown in Fig. 35, the amount of air would be less than stoichiometrically equivalent about 90% of the time. Preferably, about 50% of the total amount of combustion air is supplied to the system by mixing with the LHV gas before delivery to the primary combustion space and the remainder is mixed with the combustion products from the first combustion space, before delivery to the secondary combustion space.

Wanneer regeling van de snelheid van luchtmenging met het LHV gas, toegevoerd aan de primaire en de secundaire katalytische verbrandingsruimte met een snelheid, die 35 minder is dan het stoechiometrische equivalent van de nor- 790 5 5 97 14 male LHV gas-samenstelling, de maximum temperatuurstijging in de verbrandingsruimten beperkt en doelmatig is bij de bescherming van de katalysator tegen temperatuurstijgingen, die anderszins zouden kunnen resulteren uit toenamen in de verwarmingswaarde: van het LEV gas, is nauw- 5 keurige regeling om een constante massa-stroomsnelheid en temperatuur van het gas, afgegeven aan de turbine, te handhaven wenselijk voor de meest doelmatige werking van de turbine. De stromingsregelaar 23 in leiding 22 vanaf de scheidingsinrichting 18 handhaaft de gewenste stroom- 10 snelheid van LHV gas naar_het systeem. Aangezien de stroomsnelheid van lucht naar de verbrandingsruimten constant is, wijst een daling in de temperatuur van gassen afge-voerd uit de secundaire katalytische verbrandingsruimte erop, dat de brandbare materialen in het LHV gas minder 15 zijn dan het stoechiometrische equivalent van de verbrandingslucht, toegevoerd aan het systeem. De gewenste temperatuur kan verkregen worden met weinig verandering in de massa-stroomsnelheid door een hulpbrandstof aan het systeem toe te voeren. Een temperatuurvoeler 53 in lei- 20 ding 48, grenzend aan het afvoereinde van de secundaire verbrandingsruimte 46, kan verbonden worden om een stroom-regelingsklep 55 in een hulpbrandstof leiding 57 in werking te stellen. Wanneer de temperatuur in leiding 48 zou dalen, zou de temperatuurvoeler 53 de stroomregelingsklep 25 55 activeren om het mengsel, afgevoerd aan de secundaire verbrandingsruimte 46, te verrijken. Om een stabiele werking te verschaffen zullen de regelingen voldoende hulpbrandstof injecteren om de verwarmingswaarde van het LHV gas, afgeleverd aan de verbrandingsruimten, met een zoda- 30 nige hoeveelheid te vergroten, dat de lucht enigszins minder is dan het stoechiometrische equivalent van de totale brandbare bestanddelen in het LHV gas en de hulpbrandstof.When controlling the rate of air mixing with the LHV gas supplied to the primary and the secondary catalytic combustion chamber at a rate less than the stoichiometric equivalent of the normal 790 5 5 97 14 male LHV gas composition, the maximum temperature rise in the combustion spaces is limited and effective in protecting the catalyst from temperature rises, which could otherwise result from increases in heating value: of the LEV gas, is precise control to maintain a constant mass flow rate and temperature of the gas delivered to the turbine, to maintain desirable for the most efficient operation of the turbine. The flow regulator 23 in line 22 from the separator 18 maintains the desired flow rate of LHV gas to the system. Since the flow rate of air to the combustion chambers is constant, a drop in the temperature of gases discharged from the secondary catalytic combustion chamber indicates that the combustible materials in the LHV gas are less than the stoichiometric equivalent of the combustion air supplied to the system. The desired temperature can be obtained with little change in mass flow rate by supplying an auxiliary fuel to the system. A temperature sensor 53 in line 48, adjacent the discharge end of the secondary combustion space 46, may be connected to actuate a flow control valve 55 in an auxiliary fuel line 57. When the temperature in line 48 were to drop, the temperature sensor 53 would activate the flow control valve 55 to enrich the mixture discharged to the secondary combustion space 46. To provide stable operation, the controls will inject sufficient auxiliary fuel to increase the heating value of the LHV gas delivered to the combustion chambers by such an amount that the air is slightly less than the stoichiometric equivalent of the total combustibles in the LHV gas and the auxiliary fuel.

Ook kan een koolwaterstofanalyse-inrichting aangebracht worden voor het onttrekken van een monster aan leiding 22 35 en voor de bepaling van het koolwaterstofgehalte en dien- 790 5 5 97 o 15 tengevolge de verwarmingswaarde van het LHV gas. Een signaal, dat ontwikkeld wordt door de koolwaterstofanaly-se-inrichting, kan gebruikt worden om de klep 55 te regelen. Het is duidelijk dat de hulpbrandstof aan bet systeem op elke plaats stroomopwaarts van de secundaire ka- 5 den talytische verbrandingsruimte, zoals in leiding 22, kar wor-nomen. Gewoonlijk zal de hulpbrandstof aardgas of LPG zijn.Also, a hydrocarbon analyzer may be provided to extract a sample from line 22 35 and to determine the hydrocarbon content, and thereby the heating value of the LHV gas. A signal developed by the hydrocarbon analyzer can be used to control valve 55. It is clear that the auxiliary fuel to the system is carted at any location upstream of the secondary catalytic combustion space, such as in line 22. Usually the auxiliary fuel will be natural gas or LPG.

De verwarmingswaarden van aardgas en LPG zijn hoog en de concentratie van inerte bestanddelen is gering; dientengevolge kan een gewenste toename in temperatuur van de 10 verbrandingsprodukten bereikt worden met een verwaarloosbare verandering in de massa-stroomsnelheid naar de turbine.The heating values of natural gas and LPG are high and the concentration of inert components is low; consequently, a desired increase in temperature of the combustion products can be achieved with a negligible change in the mass flow rate to the turbine.

De hete gassen worden in de turbine geëxpandeerd tot nagenoeg atmosferische druk en de gassen uit de tur- 15 bine worden naar de atmosfeer afgevoerd. Indien noodzakelijk kunnen gassen, afgevoerd uit de turbines, door een geschikte wasser worden geleid om verontreinigingen te verwijderen, voordat afvoer naar de atmosfeer plaats heeft.The hot gases are expanded in the turbine to near atmospheric pressure and the gases from the turbine are vented to the atmosphere. If necessary, gases discharged from the turbines can be passed through a suitable scrubber to remove contaminants before venting to the atmosphere.

De gassen uit turbine 52 zullen heet zijn en kunnen door 20 een warmte-uitwisselaar worden geleid om warmte toe te voeren aan het proces of een andere toepassing, indien gewenst.The gases from turbine 52 will be hot and can be passed through a heat exchanger to supply heat to the process or other application, if desired.

Energie voortgebracht door turbine 52 wordt gebruikt om lucht samen te persen, die gebruikt wordt bij 25 de verbranding van het LEV gas en bij het in situ verbrandingsproces. Bij de toegelichte uitvoeringsvorm is de getoonde turbine direkt verbonden voor het aandrijven van een lage-druk-compressor 54, die lucht comprimeert tot een druk, die voldoende groter is dan de werkdruk van de 30 katalytische verbrandingsruimte 38 om een gemakkelijke regeling van de luchtstroming naar het systeem mogelijk te maken. Deze lucht wordt toegevoerd aan een leiding 56, waarmee de leiding 24, 42 en 50 zijn verbonden voor de afgifte van lucht, indien noodzakelijk, voor de verbranding 35 van het LHV gas en daaropvolgende koeling van de verbran- 790 55 97 * 16 dingprodukten uit de secundaire verbrandingsruimte.Energy generated by turbine 52 is used to compress air, which is used in the combustion of the LEV gas and in the in situ combustion process. In the illustrated embodiment, the turbine shown is directly connected to drive a low-pressure compressor 54, which compresses air to a pressure sufficiently greater than the operating pressure of the catalytic combustion chamber 38 for easy control of air flow to enable the system. This air is supplied to a pipe 56, to which pipes 24, 42 and 50 are connected, for the supply of air, if necessary, for the combustion 35 of the LHV gas and subsequent cooling of the combustion products from 790 55 97 * 16 the secondary combustion chamber.

Turbine 52 drijft eveneens een hoge-druk-compres-sor 58 aan, die lucht comprimeert voor toepassing bij bet in situ verbrandingsproces. Lucbt, die in compressor 54 gecomprimeerd is, in overmaat van de lucbt vereist voor 5 verbranding van bet LHV gas en koeling wordt af genomen van de compressor 54· en toegevoerd aan compressor 58 door een leiding 59. leiding 59 is voorzien van stroomregelings-middelen, aangegeven door klep 61, voor bet regelen van de stroming van af genomen lucbt naar compressor 58. Bij een 10 voorkeursopstelling comprimeert de compressor 58 van bet turbinetype lucbt tot een middelmatige druk in de orde-grootte van 1725 tot 2070. kPa en die lucbt wordt door leiding 60 toegevoerd naar een centrifugale of been en weer gaande compressor 62 voor verdere comprimering tot een 15 druk, die gewoonlijk in bet traject ligt van 15.800 tot 20.700 kPa. De druk, waartoe de lucbt gecomprimeerd wórdt door compressor 62, zal afhangen van bet bijzondere in situ verbrandingsproces en zal variëren met verschillende parameters van bet in situ verbrandingsproces, zoals de diep- 20 te van de ondergrondse formatie, waarin de lucbt geïnjecteerd moet worden, de viscositeit van de olie, de permeabiliteit van de ondergrondse formatie, de injectiesnelheid van lucbt in de formatie en de gewenste druk bij de pro-duktie. Lucbt van compressor 62 wordt door leiding 64- toe- 25 gevoerd naar de injectieput 14. Bij een andere opstelling is de lucbtcompressor 58 geconstrueerd om de onttrekking van lucbt mogelijk te maken uit een tussentrap van de compressor bij een lage druk voor gebruik bij de verbranding van bet LHV gas. Met deze opstelling zal de lage- 50 druk-compressor 54· niet nodig zijn.Turbine 52 also drives a high pressure compressor 58, which compresses air for use in the in situ combustion process. Lucbt, which is compressed in compressor 54, in excess of the lucbt required for combustion of the LHV gas and cooling, is taken from compressor 54 and supplied to compressor 58 through a line 59. line 59 is provided with flow control means , indicated by valve 61, for controlling the flow of withdrawn air to compressor 58. In a preferred arrangement, the turbine-type compressor 58 compresses air to a medium pressure of the order of 1725 to 2070. kPa and that air. is fed through line 60 to a centrifugal or leg and recoil compressor 62 for further compression to a pressure, which is usually in the range of 15,800 to 20,700 kPa. The pressure to which the air is compressed by compressor 62 will depend on the particular in situ combustion process and will vary with different parameters of the in situ combustion process, such as the depth of the underground formation into which the air is to be injected, the viscosity of the oil, the permeability of the underground formation, the injection rate of lucbt into the formation and the desired pressure in production. Air from compressor 62 is supplied through line 64 to the injection well 14. In another arrangement, the air compressor 58 is constructed to allow the extraction of air from an intermediate stage of the compressor at a low pressure for use in combustion. of the LHV gas. With this arrangement, the low-pressure compressor 54 · will not be needed.

Wanneer toevoering van lucbt in een mate, die minder is dan bet stoecbiometriscbe equivalent van de brandbare bestanddelen in bet LHV gas enig verlies veroorzaakt van de potentiële energie die beschikbaar is in 55 de brandbare bestanddelen in bet LHV gas, wordt bet belang 790 5 5 97 17 van een dergelijk verlies tot een minimum teruggebracht door de winst in de gecomprimeerde lucht, die beschikbaar wordt gemaakt voor toepassing bij het in situ verbrandingsproces. Wanneer lucht werd afgevoerd naar de katalytische verbrandingsruimten in een mate, die equivalent is 5 aan het stoechiometrische equivalent van een IHV gas met een verwarmingswaarde van 2608 kJ/m^ bijvoorbeeld en de maximum toelaatbare temperatuur in de gasturbine bij' 871 °C bleef, zou het noodzakelijk zij'n het gas te koelen, dat afkomstig is van de secundaire verbrandingsruimte, 10 voordat afvoer naar de turbine plaats heeft. Wanneer lucht uit compressor 54- gebruikt dient te worden om de verbrandingsprodukten te verdunnen en daarbij deze te koelen tot de gewenste temperatuur voor aflevering naar de gasturbine, zou dergelij'ke lucht de hoeveelheid lucht, 15 geleverd door compressor 54· naar compressor 58 voor gebruik bij het in situ verbrandingsproces verminderen.When supply of air to an extent less than the biometric equivalent of the flammable components in the LHV gas causes any loss of the potential energy available in 55 the flammable components in the LHV gas, the interest becomes 790 5 5 97 17 such loss is minimized by the gains in the compressed air, which are made available for use in the in situ combustion process. For example, if air were vented to the catalytic combustion chambers to an extent equivalent to the stoichiometric equivalent of an IHV gas with a heating value of 2608 kJ / m 2, for example, and the maximum allowable temperature in the gas turbine remained at 871 ° C, it is necessary to cool the gas coming from the secondary combustion space before discharge to the turbine takes place. When air from compressor 54- is to be used to dilute the combustion products and thereby cool it to the desired temperature for delivery to the gas turbine, such air would be the amount of air supplied by compressor 54 to compressor 58 for use. in the in situ combustion process.

Het is een belangrij'k voordeel van de onderhavige uitvinding, dat de gewenste waarborgen tegen temperatuur en stroomsnelheidsvariaties en overmatige temperaturen 20 verkregen kunnen worden, terwij'l zij' voldoen aan de gebruikelijke anti-verontreinigingsvoorschriften. Waterstofsulfide en de koolwaterstoffen met hoger molecuulge-wicht worden bij' voorkeur, in vergelij'king met methaan, in de katalytische verbrandingsruimten geoxydeerd. Het niet- 25 geoxydeerde, brandbare materiaal afgevoerd uit de secun- is daire verbrandingsruimte vanwege het te kort aan lucht, vrijwel geheel methaan, een gas, dat gewoonlijk niet onderhevig is aan anti-verontreinigingsvoorschriften.It is an important advantage of the present invention that the desired safeguards against temperature and flow rate variations and excessive temperatures can be obtained while meeting the usual anti-pollution regulations. Hydrogen sulfide and the higher molecular weight hydrocarbons are preferably oxidized, in comparison with methane, in the catalytic combustion spaces. The non-oxidized, flammable material discharged from the secondary combustion space because of the shortage of air, almost all of methane, is a gas not usually subject to anti-pollution regulations.

Als een voorbeeld van de voorkeursoxydatie van de 30 koolwaterstoffen met een hoger molecuulgewicht dan methaan, werd een koolwaterstofgas-luchtmengsel in contact gebracht met een platina-katalysator, afgezet op een keramische drager bij een inlaattemperatuur van 4-27°C en een maximumtemperatuur van 777°0. De koolwaterstoffen werden gemengd 35 met ongeveer 50 % van de stoechiometrische hoeveelheid 7905597 \ 18 lucht, waarbij een mengsel verkregen werd met een ernstig te kort aan lucht. De samenstelling van de koolwaterstoffen, de uitlaatsamenstelling en het percentage omzetting van elk van de koolwaterstoffen zijn hierna vermeld:As an example of the preferred oxidation of the higher molecular weight hydrocarbons than methane, a hydrocarbon gas-air mixture was contacted with a platinum catalyst deposited on a ceramic support at an inlet temperature of 4-27 ° C and a maximum temperature of 777 ° 0. The hydrocarbons were mixed with about 50% of the stoichiometric amount of air, yielding a mixture with severe air shortage. The hydrocarbons composition, exhaust composition and percentage conversion of each of the hydrocarbons are listed below:

Tabel ATable A

Koolwaterstofomzetting ' ' Toevoer- Afvoer- % omzetting samenstelling samenstelling _ methaan 1 »09 % 0,97 % 11,00, ethaan 0,22 % 0,15 % 31 »8 propaan 0,54 % 0,19 % 44,1 iso-butaan 0,06 % 0,03 % 50,0 n.butaan 0,22 % 0,10 % 54,5 iso-pentaan 0,06 % 0 % 100,0 n-pentaan 0,08 % 0 % 100,0Hydrocarbon conversion '' Supply- Drain% conversion composition composition _ methane 1 »09% 0.97% 11.00, ethane 0.22% 0.15% 31» 8 propane 0.54% 0.19% 44.1 iso -butane 0.06% 0.03% 50.0 n-butane 0.22% 0.10% 54.5 iso-pentane 0.06% 0% 100.0 n-pentane 0.08% 0% 100, 0

Soortgelijke proeven werden uitgevoerd met grote- 5 re equivalentverhoudingen (verhouding van de hoeveelheid toegevoerde lucht tot de hoeveelheid lucht die stoechiome- trisch equivalent is aan de brandbare bestanddelen in het gas). De resultaten zijn in de tabellen B en C opgenomen.Similar tests were performed with larger equivalent ratios (ratio of the amount of supplied air to the amount of air stoichiometrically equivalent to the combustible components in the gas). The results are shown in Tables B and C.

Tabel BTable B

KoolwaterstofomzettingHydrocarbon conversion

Toevoer- Afvoer- % omzetting samenstelling samenstelling ________ methaan 3,54 % 0,47 % 87 % ethaan 0,39 % 0 % 100 % propaan 0,32 % 0 % 100 % iso-butaan 0,11 % 0 % 100 % n-butaan 0,24- % 0 % 100 % iso-pentaan 0,14· % 0 % 100 % n-pentaan 0,16 % 0 % 100 %Supply- Drain% conversion composition composition ________ methane 3.54% 0.47% 87% ethane 0.39% 0% 100% propane 0.32% 0% 100% iso-butane 0.11% 0% 100% n -butane 0.24-% 0% 100% iso-pentane 0.14% 0% 100% n-pentane 0.16% 0% 100%

Equivalentverhouding = 0,96 790 5 5 97 19Equivalent ratio = 0.96 790 5 5 97 19

Tabel GTable G

KoolwaterstofomzettingHydrocarbon conversion

Toevoer- Afvoer- % omzetting samenstelling samenstelling___ methaan 3»62 % 2,23 % 38 % ethaan 0,40 % 0,16 % 60 % propaan 0,28 % 0,06 % 79 % iso-butaan 0,09 % 0 % 100 % n-butaan 0,18 % 0 % 100 % iso-pentaan 0,08 % 0 % 100 % n—pentaan 0,07% 0% 100%Supply- Drain% conversion composition composition___ methane 3 »62% 2.23% 38% ethane 0.40% 0.16% 60% propane 0.28% 0.06% 79% iso-butane 0.09% 0% 100% n-butane 0.18% 0% 100% iso-pentane 0.08% 0% 100% n-pentane 0.07% 0% 100%

Equivalentverhouding = 0,60 Uit de resultaten van de tabellen A, B en C blijkt, dat zelfs met een te kort aan lucht, dat meer ernstig is dan normaal zou worden veroorzaakt door een plotselinge stijging van brandbare bestanddelen in het LEV gas, de voorkeursverwijdering vm^e zwaarste 5 koolwaterstoffen uit het 'LHV gas tot stand gebracht in de katalytische verbrandingsruimte. Verbranding van methaan bleef ver achter bij de verbranding van andere koolwaterstoffen. Naarmate de equivalent-verhouding toenam tot het gewoonlijk gebruikte traject, worden de koolwaterstoffen 10 anders.dan methaan eigenlijk volledig verbruikt. De onderhavige uitvinding is derhalve bijzonder doelmatig, wanneer de beschikbare brandstof in verwarmingswaarde varieert en bestaat uit een mengsel van brandbare bestanddelen, die methaan bevatten als een van de brandbare com- 15 ponenten.Equivalent Ratio = 0.60 The results of Tables A, B and C show that even with a shortage of air, which is more severe than usual, would be caused by a sudden increase in flammable components in the LEV gas, the preferred removal The heaviest hydrocarbons from the LHV gas produced in the catalytic combustion chamber. Methane combustion was far behind the combustion of other hydrocarbons. As the equivalent ratio increased to the commonly used range, the hydrocarbons other than methane are actually completely consumed. The present invention is therefore particularly effective when the available fuel varies in heating value and consists of a mixture of flammable components containing methane as one of the flammable components.

Een belangrijk voordeel van de werkwijze van de onderhavige uitvinding bij toepassing van LÏÏV gas uit in situ verbrandingsprocessen* waarbij het LHV gas wordt geproduceerd bij drukken, bij voorkeur hoger dan 5^7»5 £Pa, 20 hoog genoeg om een gasturbine aan te drijven, is, dat het nuttige gebruik van energie in het LHV gas meer doelmatig is dan in gas met een hogere verwarmingswaarde. Wanneer brandstoffen van een hogere verwarmingswaarde, zoals aard- 790 55 97 * 20 gas, gebruikt worden in gasturbines, is de lucht tot brandstofverhouding hoog, bijvoorbeeld 40 : 1 of hoger, om de verbrandingsprodukten te verdunnen en daarbij temperaturen te vermijden, die hoger zijn dan de turbine-bladen kunnen doorstaan. Een aanzienlijk deel van de 5 energie, voortgebracht door de turbine, wordt gebruikt om de verdunningslucht voor menging met de hete gassen, voor afgifte naar de turbine, te comprimeren. Daarentegen bevat het LHV gas inerte gassen, die dienst zullen doen als een verdunningsmiddel voor het helpen vermijden van 10 een overmatige temperaturen in de turbine, en is het noodzakelijk slechts zeer weinig verdunningslucht boven de hoeveelheid, die vereist is voor de verbranding van de brandbare bestanddelen in het LHV gas, te comprimeren.A major advantage of the process of the present invention when using LIV gas from in situ combustion processes * where the LHV gas is produced at pressures, preferably higher than 5 ^ 7 »5 lb Pa, high enough to power a gas turbine is that the useful use of energy in the LHV gas is more efficient than in gas with a higher heating value. When fuels of a higher heating value, such as natural gas 790 55 97 * 20, are used in gas turbines, the air to fuel ratio is high, for example 40: 1 or higher, to dilute the products of combustion, thereby avoiding higher temperatures than the turbine blades can withstand. A significant portion of the energy generated by the turbine is used to compress the dilution air for mixing with the hot gases for delivery to the turbine. In contrast, the LHV gas contains inert gases, which will act as a diluent to help avoid excessive temperatures in the turbine, and it is necessary to have only very little dilution air above the amount required for the combustion of the flammable components. in the LHV gas.

De temperatuurstijging, die plaats heeft bij de 15 verbranding van een LHV gas van 1865 kJ/m^ met stoechio-metrische lucht bedraagt ongeveer 774°C. Omdat het noodzakelijk is, dat de temperatuur van het LïïV-luchtmengsel, afgeleverd aan de katalysator ten minste 204°C is en bij voorkeur ligt in het traject van 316°0 tot 427°C, zou 20 verbranding van een gas van 1863 kJ/m^ bij een enkele trap katalysatortemperaturen veroorzaken, die uit stegen boven 871°C. Daarom is een eentraps, in eigen behoeften voorziend LHV katalytisch verbrandingsproces, waarbij de brandbare bestanddelen in een LHV gas van 1863 kJ/m^ ver- 25 bruikt worden, alleen mogelijk, wanneer de katalysator eeh voortgezette blootstelling aan temperaturen van 996°C en hoger en bij voorkeur hoger dan 1109°C kan doorstaan.The temperature rise, which occurs with the combustion of an LHV gas of 1865 kJ / m2 with stoichiometric air, is about 774 ° C. Since it is necessary that the temperature of the LïïV air mixture delivered to the catalyst be at least 204 ° C and preferably be in the range of 316 ° 0 to 427 ° C, combustion of a gas of 1863 kJ / m ^ at a single stage cause catalyst temperatures to rise above 871 ° C. Therefore, a single-stage, self-contained LHV catalytic combustion process using the combustible components in an LHV gas of 1863 kJ / m 2 is only possible if the catalyst has continued exposure to temperatures of 996 ° C and above and preferably can withstand temperatures higher than 1109 ° C.

De uitdrukking in eigen behoefte voorziend wordt gebruikt om een werkwijze aan te geven, waarbij de hete verbran- 30 dingsprodukten uit de katalytische verbrandingsruimte het LHV gas-luchtmengsel verhitten tot 204°C of hoger.Self-expression is used to indicate a process in which the hot combustion products from the catalytic combustion chamber heat the LHV gas-air mixture to 204 ° C or higher.

Een eentraps katalytische verbranding met een katalysator, beperkt tot een maximumtemperatuur van 871°C, is beperkt tot het verbranden van brandbare bestanddelen voor het 35 vrijmaken van ongeveer 1230 kJ/m^ van het LHV gas. Een 790 5 5 97 21 dergelijke handeling zou, in tegenstelling tot het voorkeurs tweetrapsproces, lijden aan een nadeel van een lagere turbine-άοelmatigheid, veroorzaakt door de lagere temperatuur van de gassen afgeleverd naar de turbine, wanneer de hete gassen uit de verbrandingsruimte gebruikt 5 worden voor de verhitting van het LHV gas-luchtmengsel tot 204-°C of hoger. Bij een eentrapswerkwijze onder toepassing van een katalysator beperkt tot een maximum-tem-peratuur van 871°C, zal de hoeveelheid lucht gemengd met het LHV gas beperkt zijn tot het stoechiometrische equi- '10 valent van 1230 kJ/m^ LHV gas ter bescherming van de katalysator tegen overmatige temperaturen veroorzaakt door periodieke toename in de verwarmingswaarde van het LHV gas-preparaat, zoals voorkomt bij in situ verbrandingsprocessen. Het conce,-pt van bescherming tegen variaties 15 in brandstof samenstelling door beperking van de zuurstof toe-gevoerd aan de verbrandingsruimte, kan derhalve gebruikt worden bij een eentrapsproces. Een tweetraps katalytisch verbrandingsproces verdient de voorkeur voor LHV gas met een verwarmingswaarde van 14-90 tot 2980 kJ/m^, 20 echter voor het winnen van een groter deel van de energie, beschikbaar in het LHV gas en om de turbine meer doelmatig te doen werken.Single-stage catalytic combustion with a catalyst, limited to a maximum temperature of 871 ° C, is limited to burning flammable components to release about 1230 kJ / m 2 of the LHV gas. A 790 5 5 97 21 such operation would, unlike the preferred two-stage process, suffer from a drawback of lower turbine efficiency caused by the lower temperature of the gases delivered to the turbine when using the hot gases from the combustion chamber 5 for heating the LHV gas-air mixture to 204 ° C or higher. In a one-stage process using a catalyst limited to a maximum temperature of 871 ° C, the amount of air mixed with the LHV gas will be limited to the stoichiometric equivalent of 1230 kJ / m 2 LHV gas for protection of the catalyst against excessive temperatures caused by periodic increases in the heating value of the LHV gas preparation, such as occurs in in situ combustion processes. The concealment of protection against variations in fuel composition by limiting the oxygen supplied to the combustion space can therefore be used in a one-step process. A two-stage catalytic combustion process is preferable for LHV gas with a heating value of 14-90 to 2980 kJ / m ^, 20 however to recover a larger part of the energy available in the LHV gas and to make the turbine more efficient to work.

Wanneer een tweetraps katalytische verbranding van het type, beschreven met betrekking tot fig. 1, ge- 25 bruikt wordt om gassen te verbranden, die consequent hogere verwarmingswaarden bezitten van 2980 kJ/rn^, zal het noodzakelijk zijn een aanzienlijke hoeveelheid van de verwarmingswaarde van het gas af te danken in de vorm van niet-verbrande koolwaterstoffen, die de secundaire 30 verbrandingsruimte verlaten.When a two-stage catalytic combustion of the type described with reference to Fig. 1 is used to burn gases which consistently have higher heating values of 2980 kJ / rn, it will be necessary to use a significant amount of the heating value of to discard the gas in the form of unburned hydrocarbons leaving the secondary combustion space.

Wanneer de normale verwarmingswaarde van het gas bij het in situ verbrandingsproces consequent boven ongeveer 2608 kJ/m^ zou zijn, bijvoorbeeld variërend van 2608 tot 2980 kJ/m^ en de maximum toelaatbare katalysator- 35 en turbine-temperaturen ongeveer 871°0 zijn, is het ge- 7905597 22 wenst een derde katalytische verbrandingsruimte te gebruiken voor het verminderen van het energie-verlies in de niet-verbrande koolwaterstoffen. Het zal dan noodzakelijk zijn de gassen te koelen, die afgevoerd worden uit de secundaire katalytische verbrandingsruimte, voor- 5 dat aflevering van de gassen naar de-derde verbrandingsruimte plaats heeft. Een dergelijke koeling kan verkregen worden door gassen, afgevoerd uit de secundaire verbrandingsruimte, bij voorkeur na menging met lucht voor de derde verbrandingsruimte, door een ketel te leiden in 10 warmte-uitwisseling met water voor Het ontwikkelen van stoom. Stoom ontwikkeld in de ketel kan gebruikt worden als processtoom of voor het aandrijven van een turbine.If the normal heating value of the gas in the in situ combustion process were consistently above about 2608 kJ / m ^, for example ranging from 2608 to 2980 kJ / m ^ and the maximum allowable catalyst and turbine temperatures are about 871 ° C, It is desirable to use a third catalytic combustion chamber to reduce the energy loss in the unburned hydrocarbons. It will then be necessary to cool the gases discharged from the secondary catalytic combustion chamber before delivery of the gases to the third combustion chamber takes place. Such cooling can be achieved by passing gases discharged from the secondary combustion space, preferably after mixing with air for the third combustion space, through a boiler into heat exchange with water to generate steam. Steam developed in the boiler can be used as process steam or to drive a turbine.

Een voorkeursmethode voor het winnen van extra energie uit LHV gas met een verwarmihgswaarde, die gewoonlijk 15 groter is dan 2608 kJ/m^ is het aanbrengen van een tertiaire katalytische verbrandingsruimte 66 stroomafwaarts van de gasturbine 52. De gassen afgevoerd uit de turbine worden toegevoerd naar de derde traps verbrandingsruimte bij een temperatuur in het traject van 204 tot 427°C. 20A preferred method of recovering additional energy from LHV gas with a heating value usually greater than 2608 kJ / m 2 is to provide a tertiary catalytic combustion space 66 downstream of the gas turbine 52. The gases discharged from the turbine are supplied to the third stage combustion chamber at a temperature in the range of 204 to 427 ° C. 20

Lucht wordt naar de tertiaire verbrandingsruimte 66 toege3-.· voerd door een leiding 67 vanaf de compressor 54 en het mengsel wordt in contact gebracht met een oxydatiekataly-sator in de verbrandingsruimte om koolwaterstoffen, achtergebleven in het gas afkomstig van de turbine, te oxy- 25 deren. Kleppen in de leidingen 67 en 59 maken de regeling mogelijk van de hoeveelheid lucht, toegevoerd aan de tertiaire katalytische verbrandingsruimte 66 en de compressor 58. De hete gassen uit de tertiaire verbrandingsruimte 66 worden toegevoerd aan een ketel 68 voor de ontwikke- 30 ling van stoom. In het geval dat drie verbrandingsruimten gebruikt worden, wordt de afgifte van lucht naar de eerste twee verbrandingstrappen geregeld om de turbine bij optimale omstandigheden te laten werken. De derde ver-brandingstrap kan werken onder stoechiometrische omstan- 39 digheden of met een overmaat lucht, wanneer de verwar- 7905597 23 mingswaarde van het gas zodanig is, dat overmatige kata-lysatortemperaturen niet bij de derde trap ontwikkeld worden. De gasturbine 52 werkt bij minder dan stoechio-metrische lucht in alle gevallen.Air is supplied to the tertiary combustion chamber 66 through a conduit 67 from the compressor 54 and the mixture is contacted with an oxidation catalyst in the combustion chamber to oxidize hydrocarbons remaining in the gas from the turbine. 25 animals. Valves in lines 67 and 59 allow the regulation of the amount of air supplied to the tertiary catalytic combustion chamber 66 and the compressor 58. The hot gases from the tertiary combustion chamber 66 are supplied to a boiler 68 for steam development. . In case three combustion chambers are used, the delivery of air to the first two combustion stages is controlled to operate the turbine under optimal conditions. The third combustion stage can operate under stoichiometric conditions or with an excess of air when the heating value of the gas is such that excessive catalyst temperatures are not developed in the third stage. The gas turbine 52 operates at less than stoichiometric air in all cases.

De uitvoeringsvorm van de uitvinding toegelicht 5 in fig. 2 is voor toepassing in die situaties, wanneer het LHV gas afkomstig van het in situ proces, niet bij een voldoende hoge druk is voor een doelmatig gebruik bij het aandrijven van een gasturbine. Het lage druk LHV gas kan bijvoorbeeld voortgebracht worden bij een in situ 10 verbrandingsprocesfvoor het winnen van oïie uit een on-. diep ondergronds reservoir bij een lage druk of bij de in situ verbranding van olie-leisteen. Het LEV gas wordt afgevoerd door een pijpleiding 70 naar een geschikte gas-reinigingseenheid 72 voor de verwijdering van vaste deel- 15 tjes of andere bestanddelen, die de daarop volgende katalytische oxydatie van het gas kunnen belemmeren. De gas-reinigingseenheid 72 kan in de vorm zijn van een geschikte scheidingsinrichting of zeef of wasinrichting. LHV gas uit de gasreinigingseenheid 72 wordt toegevoerd aan een 20 voorverhitter 74·» soortgelijk aan de voorverhitter 34·, bij de uitvoeringsvorm, die in fig. 1 is toegelicht, voor de voorverhitting tot een temperatuur van 204°C tot 427°C. Voorverhit IHV gas afkomstig van de voorverhitter 74 wordt gemengd met verbrandingslucht, geleverd door een 25 geschikte aanjager of compressor 76 en toegevoerd aan een primaire katalytische verbrandingsruimte bij een temperatuur van 204 tot 427°0. De katalytische verbrandingsruimte 78 is bij voorkeur soortgelijk aan de katalytische verbrandingsruimte 38, toegelicht in fig. 1. 30The embodiment of the invention illustrated in Fig. 2 is for use in those situations when the LHV gas from the in situ process is not at a high enough pressure for efficient use in driving a gas turbine. For example, the low pressure LHV gas can be generated in an in situ combustion process for recovering oil from an oil. deep underground reservoir at low pressure or in-situ combustion of oil slate. The LEV gas is discharged through a pipeline 70 to a suitable gas cleaning unit 72 for the removal of solid particles or other constituents, which may impede subsequent catalytic oxidation of the gas. The gas cleaning unit 72 may be in the form of a suitable separator or sieve or washer. LHV gas from the gas cleaning unit 72 is supplied to a preheater 74 similar to the preheater 34, in the embodiment illustrated in Fig. 1, for preheating to a temperature of 204 ° C to 427 ° C. Preheated IHV gas from the preheater 74 is mixed with combustion air supplied from a suitable blower or compressor 76 and supplied to a primary catalytic combustion space at a temperature of 204 to 427 ° C. The catalytic combustion space 78 is preferably similar to the catalytic combustion space 38 illustrated in Fig. 1. 30

De hete verbrandingsprodukten uit de eerste katalytische verbrandingsruimte 78 worden toegevoerd aan de voorverhitter 74· voor indirekte warmteoverdracht met het LHV gas. De verbrandingsprodukten van de voorverhitter 74- worden gemengd met extra verbrandingslucht afkom- 35 stig van de aanjager 80, hetgeen resulteert in een tempe- 790 55 97 24 ratuur binnen het traject van 204 tot 427°C» en toegevoerd aan een secundaire katalytische verbrandingsruimte 82. Zoals bij de in fig. 1 toegelichte uitvoeringsvorm, kan lucht voor oxydatie in de secundaire ruimte eveneens gemengd worden met de partieel verbrande gassen van de 5 primaire verbrandingsruimte, voordat deze gassen worden toegevoerd aan de voorverhitter 74.The hot combustion products from the first catalytic combustion chamber 78 are fed to the preheater 74 for indirect heat transfer with the LHV gas. The combustion products from the preheater 74- are mixed with additional combustion air from the blower 80, resulting in a temperature within the range of 204 to 427 ° C and supplied to a secondary catalytic combustion chamber 82 As in the embodiment illustrated in Figure 1, air for oxidation in the link chamber may also be mixed with the partially burned gases of the primary combustion chamber before these gases are supplied to the preheater 74.

In plaats van afvoer van de verbrandingsprodukten uit de secundaire katalytische verbrandingsruimte 82 naar een gasturbine, zoals toegelicht in de uitvoeringsvorm 10 van fig. 1, worden de verbrandingsprodukten afgevoerd naar een ketel 84 voor de ontwikkeling van stoom. Omdat de verbrandingsprodukten van de secundaire katalytische verbrandingsruimte 82 niet toegevoerd worden aan een turbine, worden zij niet gekoeld voor "afvoer" naar de ketel 84. 15Instead of discharging the combustion products from the secondary catalytic combustion space 82 to a gas turbine, as illustrated in the embodiment 10 of Fig. 1, the combustion products are discharged to a steam generator boiler 84. Since the combustion products of the secondary catalytic combustion space 82 are not supplied to a turbine, they are not cooled for "exhaust" to the boiler 84. 15

De hoge temperatuur van de verbrandingsprodukten afgevoerd uit de secundaire katalytische verbrandingsruimte, maakt ontwikkeling van stoom mogelijk bij een hoge druk, geschikt voor het aandrijven van een stoomturbine. Stoom van de ketel 84 wordt afgevoerd door leiding 86 naar een 20 stoomturbine 88, die bij voorkeur verbonden is met een generator 90 voor het ontwikkelen van elektriciteit voor het aandrijven van luchtcompressoren voor het in situ verbrandingsproces. De stoomturbine kan ook direkt verbonden zij met compressoren. Stoom afkomstig van turbine 88 25 wordt toegevoerd aan een condensor 92 en de gecondenseerde stoom gaat door een geschikte waterbehandeling 94, die een pomp omvat voor het terugleiden van het gecondenseerde water naar ketel 84. Als een alternatief voor de ontwikkeling van stoom, zoals toegelicht in fig. 2, kunnen 30 afgevoerde gassen met lage druk van een in situ verbranding van olie-leisteen bijvoorbeeld gebruikt worden in het systeem van fig. 1, gemodificeerd om een gedeelte van de energie ontwikkeld door turbine 52 nuttig te gebruiken voor het comprimeren van het LHV gas tot een druk, die 35 hoog genoeg is om de turbine aan te drijven.The high temperature of the combustion products discharged from the secondary catalytic combustion chamber allows steam to be generated at a high pressure, suitable for driving a steam turbine. Steam from the boiler 84 is discharged through line 86 to a steam turbine 88, which is preferably connected to a generator 90 to generate electricity to drive air compressors for the in situ combustion process. The steam turbine can also be directly connected to compressors. Steam from turbine 88 is fed to a condenser 92 and the condensed steam passes through a suitable water treatment 94, which includes a pump for returning the condensed water to boiler 84. As an alternative to steam generation, as illustrated in FIG. 2, low pressure exhaust gases from an in situ oil slate combustion can be used, for example, in the system of FIG. 1, modified to utilize a portion of the energy generated by turbine 52 to compress it. LHV gas up to a pressure high enough to drive the turbine.

790 55 97 25790 55 97 25

De temperaturen, waartoe het LHV gas wordt voorverhit en verbrandingsprodukten van de primaire katalytische verbrandingsruimte worden gekoeld in de voorverhit-ter 74·, zijn opgesteld om overmatig hoge temperaturen te vermijden, die de katalysator in de verbrandingsruimten 5 78 en 82 zoubunnen beschadigen. Zoals bij de uitvoeringsvorm tqegelicht in fig. 1, wordt regeling van de maximum temperaturen verkregen door regeling van de hoeveelheid lucht gemengd met het LHV gas vóór aflevering naar de katalytische verbrandingsruimten, ter vermijding van over- 10 verhitting van de katalytische verbrandingsruimten zelfs hoewel er een aanzienlijke toename is in de concentratie van brandbare bestanddelen in het LHV gas, afgeleverd door leiding 70. De hoeveelheid lucht, toegevoerd door aanjager 76, is bij voorkeur ongeveer de helft van het 15 stoechiometrische equivalent van de hoeveelheid brandbare bestanddelen, die het maximum toelaatbare temperatuurge-bruik zullen geven, en een gelijke hoeveelheid lucht wordt toegevoerd door aanjager 80 voor de oxydatie in de secundaire verbrandingsruimte 82. 20The temperatures to which the LHV gas is preheated and combustion products from the primary catalytic combustion chamber are cooled in the preheater 74 are arranged to avoid excessively high temperatures which would damage the catalyst in the combustion chambers 78 and 82. As in the embodiment illustrated in Figure 1, control of the maximum temperatures is obtained by controlling the amount of air mixed with the LHV gas prior to delivery to the catalytic combustion spaces, to avoid overheating of the catalytic combustion spaces even though there is a there is a significant increase in the concentration of flammable components in the LHV gas delivered through line 70. The amount of air supplied by blower 76 is preferably about half of the stoichiometric equivalent of the amount of flammable components, exceeding the maximum allowable temperature limit. use, and an equal amount of air is supplied by blower 80 for the oxidation in the secondary combustion space 82. 20

De werkwijze en inrichting, zoals hier beschreven, zijn zeer doelmatig voor het winnen van energie uit LHV gas van in situ verbrandingsprocessen voor het winnen van olie, vanwege de variaties van tijd tot tijd in de verwar-mingswaarde van het gas. Terwijl de werkwijze zeer ge- 25 schikt is voor het winnen van energie uit het gas, verkregen bij verhoogde drukken bij in situ verbrandingsprocessen voor het winnen van olie uit olie- of teerzand-reservoirs, is het eveneens geschikt voor het winnen van energie uit lage druk afvalgassen van de in situ verbran- 30 ding van olie-leisteen in die gevallen, wanneer dergelijke afvalgassen niet verbrand kunnen worden in een vlam-verbrandingsinrichting vanwege de lage verwarmingswaarde ervan. De beperking van de hoeveelheid lucht gemengd met het LHV gas tot het stoechiometrische equivalent van het 35 normale LHV gas geeft bescherming voor zowel de katalysa- 790 55 97 26 tor als de turbine tegen grote variaties, die voorkomen in de samenstelling van het IHV gas. Deze uitvinding is bijzonder waardevol wanneer methaan een van de brandbare bestanddelen van het LHV gas is.The method and apparatus, as described herein, are highly effective for recovering energy from LHV gas from in situ oil recovery combustion processes, due to the variations in heating value of the gas from time to time. While the method is very suitable for recovering energy from the gas obtained at elevated pressures in in situ combustion processes for recovering oil from oil or tar sands reservoirs, it is also suitable for recovering energy from low pressure waste gases from the in situ oil slate combustion in those cases, when such waste gases cannot be burned in a flame combustion device because of its low heating value. The restriction of the amount of air mixed with the LHV gas to the stoichiometric equivalent of the normal LHV gas protects both the catalyst and the turbine from large variations occurring in the composition of the IHV gas. This invention is particularly valuable when methane is one of the flammable components of the LHV gas.

* 7905597* 7905597

Claims

Method for the in situ extraction of oil from an underground carbonaceous deposit, characterized in that the carbonaceous deposit is ignited to form a combustion front, 5 air is transferred into the carbonaceous deposit under pressure and the air is displaced through the combustion front to form a burn off part of the carbonaceous deposit and drive oil and LHV gas out before the combustion front brings forth generated oil and LHV gas to the surface, 10 air with the LH? gas and contact the mixture with an oxidation catalyst to oxidize flammable components in the LHV gas to produce hot combustion products, the amount of air mixed with the LHV gas being less than the 1 stoichiometric equivalent of the flammable components in the IHV gas and the maximum temperature reached during the oxidation is limited to the maximum operating temperature of the catalyst, generates energy with the hot combustion products of the oxidation and drives a compressor 20 with generated energy to transfer the air into the carbonaceous compress deposits.

2. Process according to claim 1, characterized in that the generation of energy with the hot combustion products is effected by expansion in a gas turbine and the gas turbine driving the compressor.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that a petroleum reservoir is used as the underground carbonaceous deposit, the oil produced being a petroleum. 30

Process according to claim 1 or 2, characterized in that oil-slate is used as the underground carbonaceous deposit, while the oil produced is slate oil.

5. Process according to claim 2, characterized in that as a carbonaceous deposit a 7905597> F - '28 petroleum reservoir is used, the oil and the LHV gas are separated at the surface, a pressure of the LHV gas of at least 517.5 kPa, the air mixes with the LHV gas in two substantially equal amounts and the oxidation of the flammable components occurs in a first 5 stage and a second stage, the first amount of air mixes with the LHV gas for delivery to the primary oxidation stage to form a primary oxidation mixture, the second amount of air mixes with the effluent from the first oxidation stage to form a secondary oxidation mixture, heat-exchanges the primary oxidation mixture with the secondary oxidation mixture to increase the temperature of the primary oxidation mixture to a temperature at which oxidation takes place on contact with an oxidation catalyst, the primary oxidation mixture after this heat exchange feeds to the primary oxidation stage and the secondary oxidation mixture feeds to the second oxidation stage and the effluent from the second oxidation stage as the hot combustion products feed to the gas turbine. 20

6. Method for recovering vsm energy from LHV gas of variable heating value, obtained in an in situ combustion process for the production of oil, characterized in that (a) the LHV gas is mixed with air in an amount smaller than the stoichiometric equivalent of the combustible components in the LHV gas, the amount of air reaching the temperature upon the oxidation in step (c) being limited to a temperature lower than the maximum operating temperature of the catalyst; 50 (b) heating the mixture from step (a) to a temperature above 204 ° C, initiating combustion upon contact of the mixture with an oxidation catalyst; (c) oxidizing flammable components in the LHV gas by contacting the hot mixture of step (b) 7905597 with an oxidation catalyst to produce hot combustion gas; and (d) passing the hot combustion gas from stage (c) through a gas turbine to generate energy.

7. Process according to claim 6, characterized in that a LET gas is used, which contains higher boiling point methane and hydrocarbons and that the unburned hydrocarbons in the hot combustion gas of step (c) consist essentially of methane.

8. Process according to claim 6 or 7, characterized in that the IHV gas with which the air is mixed is used at a pressure of at least 517.5 kPa.

9. Process according to claim 7, characterized in that the oxidation of the combustible components in the LHY gas is effected in a primary stage and a secondary stage with mutual cooling between the first stage and the second stage and air is mixed with the IEY gas supplied to each stage, the amount of air mixed with the LH7 gas for each stage being less than the stoichiometric equivalent of the flammable ingredients in the LHT gas being added to the stage.

10. A method according to claim 7, characterized in that the oxidation of the combustible components is effected in a primary stage and a secondary stage with mutual cooling between the two stages, wherein about half of the total amount of air is mixed with the LHV gas is mixed with the gas before delivery to each stage. 30

Process according to claim 6, characterized in that the hot combustion gas of step (c) is cooled by diluting with air to a temperature below the maximum operating temperature of the gas turbine, before passage through the gas turbine takes place. 35

Process according to claim 9, characterized in that (1) air (1) is mixed with the LHV gas for the primary oxidation stage, (2) heat-exchanges the stage (1) mixture with combustion products of the primary oxidation - 3 stages for the mutual cooling of such combustion products; (3) contacting the mixture of air and LHV gas from step (1) with an oxidation catalyst in the primary stage of the oxidizing combustion; (4) air of the secondary oxidation stage mixes with combustion products discharged from the primary oxidation stage before such combustion products are heat exchanged with the mixture of stage (1) and 15 (5) the intercooled combustion products of stage (2) contacts an oxidation catalyst in the secondary oxidation stage.

13. A method according to claim 12, characterized in that an amount of air mixed with 20 LHV gas before delivery to the primary oxidation stage and secondary oxidation stage is used, which is less than a stoichiometric amount, the amount of air having an upper limit of 1093 ° C will set the temperature reached during the oxidation in each oxidation step.

14. A process according to claim 12, characterized in that the amount of air mixed with the LHV gas is controlled before delivery to the primary and secondary oxidation stage to limit the maximum oxidation temperature at 871 ° C at each stage.

15. A method according to claim 12, characterized in that a total amount of air is mixed with the LHV gas, which is substantially equivalent to the flammable components in LHV gas with a heating value of 1863 kJ / m 2. 7905597

A method according to claim 13, characterized in that hot combustion gas discharged from the secondary oxidation stage is diluted with air to produce a mixture having a temperature which does not exceed the maximum operating temperature of the gas turbine. 5

Process according to claim 6, characterized in that LHY gas is used from the in situ combustion of petroleum.

18. Process according to claim 6, characterized in that LHV gas is used from the in situ combustion of oil slate.

Process according to claim 18, characterized in that the LHY gas generated by the in situ combustion of oil slate is compressed to a pressure of at least 517.5 kPa. 15

20. Process according to claim 6, characterized in that the oxidation of the combustible components is effected in a primary, secondary and tertiary oxidation stage with mutual cooling between the primary and secondary stages and between the secondary and tertiary stages, and air in an amount less than the stoichiometric equivalent of the flammable ingredients in the mixture fed to each stage, mixes with the gas fed to each stage,

21. A method according to claim 20, characterized in that the intermediate cooling between the secondary and tertiary stages is carried out by passing the hot combustion gas from the secondary stage through the gas turbine and the gas discharged from the gas turbine is fed to the tertiary stairs. 30

Process according to claim 6, characterized in that the hot combustion gas of step (c) is supplied to a boiler.

23. Process according to claim 1, characterized in that the energy is generated by transferring the hot combustion products of the oxidation to a boiler over 7905597.

24. A process for the in situ extraction of oil from an underground carbonaceous deposit, characterized in that the carbonaceous deposit is ignited to form a combustion front, air is supplied to the carbonaceous deposit under pressure and the air is displaced through the combustion front to form a burn part of the carbonaceous deposit and expel oil and LHV gas before the combustion front, generated oil and LHV gas to the. transfers surface, mixes air with the LHV gas and contacts the mixture with an oxidation catalyst to oxidize the flammable components in the LHV gas to produce hot combustion products, the amount of air mixed with the LHV gas 15 is less than the stoichiometric equivalent of the flammable components in the LHV gas and the maximum temperature reached on oxidation is limited to the maximum operating temperature of the catalyst, transfer the hot combustion products to a boiler to generate steam and a turbine powered by steam to generate electrical energy. ♦ * * * * # 790 55 97