NL7905843A - DEVICE FOR EXTRACTING ENERGY FROM GAS WITH LOW HEATING VALUE. - Google Patents

DEVICE FOR EXTRACTING ENERGY FROM GAS WITH LOW HEATING VALUE. Download PDF

Info

Publication number
NL7905843A
NL7905843A NL7905843A NL7905843A NL7905843A NL 7905843 A NL7905843 A NL 7905843A NL 7905843 A NL7905843 A NL 7905843A NL 7905843 A NL7905843 A NL 7905843A NL 7905843 A NL7905843 A NL 7905843A
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
gas
combustion
air
lhv
heat exchanger
Prior art date
Application number
NL7905843A
Other languages
Dutch (nl)
Original Assignee
Gulf Research Development Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US05/930,557 external-priority patent/US4202169A/en
Application filed by Gulf Research Development Co filed Critical Gulf Research Development Co
Publication of NL7905843A publication Critical patent/NL7905843A/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas- turbine plants for special use
    • F02C6/04Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/06Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output providing compressed gas
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/16Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons
    • E21B43/24Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons using heat, e.g. steam injection
    • E21B43/243Combustion in situ
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/20Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
    • F02C3/22Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products the fuel or oxidant being gaseous at standard temperature and pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/08Heating air supply before combustion, e.g. by exhaust gases
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/40Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the use of catalytic means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/00002Gas turbine combustors adapted for fuels having low heating value [LHV]

Description

4 - 1 - if ΙΓ.Ο. 27.9564 - 1 - if ΙΓ.Ο. 27,956

Gulf Research & Development Company, te PITTSBURGH, Pennsylvanië, Yer.St.v.AmerikaGulf Research & Development Company, in PITTSBURGH, Pennsylvania, Yer. St. America

Inrichting voor het winnen van energie uit gas met ge-ringe verwarmingswaarde____Device for recovering energy from gas with low heating value____

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op het j winnen van energie uit gas met een geringe verwarmings- ' waarde en meer in het bijzonder op een gasturbine-systeem,j dat is aangepast om een dergelijk gas te gebruiken voor ; i het opwekken van energie. ; 5 Eén methode voor het vergrotdn van de produktie * van zware ruwe oliën met grote viscositeit uit ondergrond-; se formaties is het in-situ verbrandingsproces. Bij deze werkwijze wordt lucht geïnjecteerd bij een hoge druk door een injectieput in de ondergrondse formatie, die de zware ; 10 olie bevat. De olie in de formatie wordt grenzend aan de injectieput ontstoken volgens één van de bekende methoden,' zoals bijvoorbeeld beschreven in het Amerikaanse octrooi-schrift 5.172.4-72. Injectie van lucht wordt voortgezet na de ontsteking om een deel van de olie in de formatie te 15 verbranden en de druk in de formatie grenzend aan de injectieput te vergroten en daarbij olie in de formatie voort te drijven naar een produktieput, die op afstand van ' . de injectieput aanwezig is. Een in-situ verbrandingsproces is beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 2.771.951.' 20 ‘ De door verbranding van een deel van de olie in de forma- ;The present invention relates to the recovery of energy from gas with a low heating value and more particularly to a gas turbine system adapted to use such a gas for; i generating energy. ; One method for increasing the production * of heavy crudes of high viscosity from substrate; se formations is the in-situ combustion process. In this method, air is injected at a high pressure through an injection well into the underground formation, which is the heavy; 10 contains oil. The oil in the formation is ignited adjacent to the injection well by any of the known methods, as described, for example, in U.S. Patent No. 5,172.4-72. Injection of air is continued after ignition to burn some of the oil in the formation and increase the pressure in the formation adjacent the injection well, thereby propelling oil in the formation to a production well remote from . the injection well is present. An in-situ combustion process is described in U.S. Patent 2,771,951. 20 "The by burning part of the oil in the forma-;

i Ii I

tie vrijgekomen warmte verwarmt de formatie en de olie, i : waarbij de viscositeit van de olie aanzienlijk verminderd j . wordt door de hoge temperatuur, het kraken van de olie en ; door oplossing in de olie van koolwaterstoffen met laag ' 25This release of heat heats the formation and the oil, i: which considerably reduces the viscosity of the oil j. is due to the high temperature, cracking of the oil and; by solution in the oil of low 25 hydrocarbons

SS

i molecuulgewicht, die bij het kraken zijn gevormd. De ver- I minderde viscositeit en de druk van de geïnjecteerde gas- -I- 7905843 2 sen doet de olie door de ondergrondse formatie stromen naar een produktieput.Molecular weight formed during cracking. The reduced viscosity and pressure of the injected gas flows the oil through the underground formation to a production well.

Tijdens in-situ verbrandingsprocessen beweegt bet verbrandingsfront, waarbij olie in de formatie wordt verbrand, niet radiaal naar buiten vanaf de injectieput met 5 een gelijkmatige snelheid in alle richtingen. Een deel van de geïnjecteerde lucht gaat in de vorm van vingers door zones met grote permeabiliteit in de formatie naar een produktieput en verbranding heeft plaats aan de grensvlakken van de vingers. Er is gewoonlijk een doorbraak van 10 verbrandingsprodukten als een verbrandingsgas lang voordat de produktie van olie volgens het in-situ proces voltooid is. Vluchtige bestanddèlen in de olie of gevormd bij het kraken van de olie, worden meegesleept in de geïnjecteerde lucht of verbrandingsgassen en daardoor overgebracht naar 15 de produktieput. Al deze factoren dragen bij tot een ongelijkmatigheid in de samenstelling en verwarmingswaarde van het geproduceerde gas.During in-situ combustion processes, the combustion front, burning oil in the formation, does not move radially outward from the injection well at an even speed in all directions. Some of the injected air passes in the form of fingers through zones of high permeability in the formation to a production well and combustion occurs at the interfaces of the fingers. There is usually a breakthrough of combustion products as a combustion gas long before the production of oil by the in-situ process is completed. Volatile constituents in the oil or formed upon cracking the oil are entrained in the injected air or combustion gases and thereby transferred to the production well. All these factors contribute to an unevenness in the composition and heating value of the gas produced.

De bij de produktieput voortgebrachte stromen worden gescheiden tot vloeibare aardolieprodukten, die afge- 20 geven worden voor opslag of aan een afgifteleiding en gasvormige produkten. De gasvormige produkten worden gewoonlijk naar de atmosfeer afgevoerd. De gasvormige produkten, hierna aangeduid als LEV gas (gas met geringe verwarmingswaarde), uit de in-situ verbranding van zware aardolie be-r 25 vat geringe concentraties aan methaan en koolwaterstoffen met 2 tot 6 koolstofatomen, alsmede stikstof, koolstofdioxide, zwavelverbindingen, zoals waterstofsulfide, mercaptan en carbonylsulfide en in sommige gevallen een kleine hoeveelheid koolstofmonoxide. Deze gasvormige produkten 30 vormen de brandstof met geringe verwarmingswaarde, in staat een aanzienlijk deel van de energie te leveren, die vereist is om de lucht voor injectie in de ondergrondse formatie bij de injectieput te comprimeren. Het te kort aan aardgas maakt het belangrijk, dat de energie bij de pro- 35 duktie van een in-situ verbrandingsproces volledig wordt 7905843 3 benut. Bovendien beeft de verscherping van wetten met betrekking tot verontreiniging van de atmosfeer stringentere beperkingen opgelegd aan de hoeveelheid koolstofmonoxi-de, de zwavelverbindingen, die veelal in de gasvormige produkten aanwezig zijn en koolwaterstoffen anders dan me- 5 thaan, die naar de atmosfeer kunnen worden geloosd.The streams generated at the production well are separated into liquid petroleum products, which are delivered for storage or to a delivery line and gaseous products. The gaseous products are usually vented to the atmosphere. The gaseous products, hereinafter referred to as LEV gas (low heating value gas), from the in-situ combustion of heavy petroleum contains low concentrations of methane and hydrocarbons with 2 to 6 carbon atoms, as well as nitrogen, carbon dioxide, sulfur compounds, such as hydrogen sulfide, mercaptan and carbonyl sulfide and in some cases a small amount of carbon monoxide. These gaseous products 30 form the low heating fuel capable of providing a substantial portion of the energy required to compress the air for injection into the underground formation at the injection well. The shortage of natural gas makes it important that the energy is fully utilized in the production of an in-situ combustion process 7905843 3. In addition, the tightening of atmospheric pollution laws imposes stricter restrictions on the amount of carbon monoxide, the sulfur compounds, which are commonly present in the gaseous products, and hydrocarbons other than methane, which can be released to the atmosphere. .

In het Amerikaanse octrooischrift 3·113·620 wordt een in-situ verbrandingsproces in een enkelvoudige put beschreven, waarbij een holte gevuld met puin gevormd wordt in een ondergrondse olie-leisteenafzetting door middel 10 van een kernexplosie. Een in-situ verbrandingsproces in de holte wordt vervolgens uitgevoerd om olie uit de rots te verwijderen, het uitlekken van de olie in een reservoir in de bodem van de holte te bevorderen en de olie opwaarts door de put naar het oppervlak te dwingen. Het gas, dat 15 met de olie is voortgebracht bij de in-situ verbranding van olie-leisteen bevat een hogere concentratie koolstof-monoxide, dan gas verkregen volgens een gebruikelij'k in-situ verbrandingsproces in een oliereservoir. Omdat gas verkregen uit olie-leisteen een hoge concentratie kool- 20 stofmonoxide en waterstof heeft in vergelij'king met het afvalgas van de in-situ verbranding in aardoliereservoirs, kan het afvalgas van olie-leisteen in sommige gevallen direkt verbrand worden in een vlamverbrandingsinrichting van een gasturbine, die gebruikt wordt voor het aandrij- 25 ven van een luchtcompressor.US patent 3,116,620 discloses an in-situ single well combustion process in which a void filled with debris is formed in an underground oil slate deposit by means of a nuclear explosion. An in-situ cavity combustion process is then performed to remove oil from the rock, promote the draining of the oil into a reservoir in the bottom of the cavity, and force the oil upward through the well to the surface. The gas generated with the oil in the in-situ combustion of oil slate contains a higher concentration of carbon monoxide than gas obtained by a conventional in-situ combustion process in an oil reservoir. Since gas obtained from oil slate has a high concentration of carbon monoxide and hydrogen compared to the off-gas from the in-situ combustion in petroleum reservoirs, the oil-slate off-gas can in some cases be burned directly in a flame burner a gas turbine, which is used to drive an air compressor.

In een lezing 'getiteld "Power Generation from Shale Oil Process Off-Gas” door «J.M. McCrank en G.K. Short gehouden op de IEEE-ASME Joint Power Generation Conferem-tie in Buffalo, Η.Γ., september 19-22, 1976, worden de re- 30 sultaten beschreven van een technisch onderzoek van de opwekking van energie uit het afvalgas van de in-situ verbranding van olie-leisteen. Afvalgas van de olie-leisteen wordt verbrand volgens een verbranding van het vlamtype voor het verkrij'gen van hete verbrandingsprodukten, die 35 gebruikt worden om een gasturbine aan te drijven. Zoals 7905843 4 hiervoor vermeld vergemakkelijkt· de hoge concentratie van koolstofmonoxide in het afvalgas van de retort-verbranding in-situ van olie-leisteen de vlamverbranding, maar variaties in de samenstelling van het afvalgas kunnen het onderhouden van een stabiele vlam onzeker maken. 5In a lecture entitled "Power Generation from Shale Oil Process Off-Gas" by "JM McCrank and GK Short held at the IEEE-ASME Joint Power Generation Conference in Buffalo, Η.Γ., Sept. 19-22, 1976, Describes the results of a technical study of the generation of energy from the waste gas from the in-situ combustion of oil-slate Waste gas from the oil-slate is burned according to a flame-type combustion to obtain hot combustion products used to drive a gas turbine As mentioned above, 7905843 4, the high concentration of carbon monoxide in the waste gas from the in-situ retort combustion of oil-slate facilitates flame combustion, but variations in the composition of the waste gas can make maintenance of a stable flame uncertain

Een lezing getiteld "Catalysts for Gas Turbine Combustors-Experimental Test Results" door S.M, DeCorso, S. Mumford, R. Carrubba en R. Heek, gehouden op de bijeenkomst van 21-25 maart, 1976 van The American Society of Mechanical Engineers beschrij'ft de verbranding van een 10 brandstof, die beschreven wordt als een gas met geringe verbrandingswaarde in een katalytische verbrandingsruimte op een laboratorium. Het gas met lage verbrandingswaarde wordt verder geïdentificeerd als synthetisch koolgas'met een verwarmingswaarde van 4693 kJ/m^. De verbranding; werd 15 uitgevoerd door een mengsel van het gas en voorverhitte lucht te brengen op een temperatuur waarbij' de katalytisch thermische verbranding van het type beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3·928.961 plaats heeft.A talk entitled "Catalysts for Gas Turbine Combustors-Experimental Test Results" by SM, DeCorso, S. Mumford, R. Carrubba, and R. Heek, delivered at the March 21-25, 1976 meeting of The American Society of Mechanical Engineers described the combustion of a fuel, which is described as a low calorific value gas in a catalytic combustion chamber at a laboratory. The low calorific value gas is further identified as synthetic carbon gas with a heating value of 4693 kJ / m 2. The combustion; was performed by bringing a mixture of the gas and preheated air to a temperature at which the catalytic thermal combustion of the type disclosed in U.S. Patent 3,928,961 occurs.

Bij deze werkwijze is het mengsel van brandstof en lucht 20 nabij het katalysatoroppervlak op een temperatuur, waar- . bij thermische verbranding plaats heeft met een snelheid hoger dan de katalytische snelheid en het katalysator-oppervlak is boven de onmiddellijke zelfontstekingstempe-ratuur van het brandstof-luchtmengsel. 25In this method, the mixture of fuel and air 20 near the catalyst surface is at a temperature, where. thermal combustion occurs at a rate higher than the catalytic rate and the catalyst surface is above the instantaneous ignition temperature of the fuel-air mixture. 25

De onderhavige uitvinding is gelegen in het systeem voor het winnen van energie uit gas met lage verwarmingswaarde (LHV gas), zoals verkregen wordt bij een in-situ verbrandingsproces voor het winnen van aardolie of een in-situ verbrandingsproces voor de retort-behandeling 30 van olie-leisteen. EHY gas wordt met lucht vermengd en verhit tot een temperatuur, waarbij verbranding van het LHY gas geïnitieerd zal worden bij contact met een oxyda-tiekatalysator. Het systeem omvat een gasturbine met een uitwendige verbrandingsinrichting, die een eerste en een 35 tweede trap van een katalytische verbrandingsruimte bevat 7905843 5 met een warmteuitwisselaar tussen de verbrandingsruimten.The present invention resides in the system of recovering energy from low heating value gas (LHV gas) as obtained in an in-situ combustion process for petroleum recovery or an in-situ combustion process for the retort treatment of oil slate. EHY gas is mixed with air and heated to a temperature at which combustion of the LHY gas will be initiated upon contact with an oxidation catalyst. The system comprises a gas turbine with an external combustion device, which contains a first and a second stage of a catalytic combustion space 7905843 5 with a heat exchanger between the combustion spaces.

Het mengsel van lucht en gas wordt door de warmteuitwisselaar geleid, voordat afgifte aan de katalytische verbrandingsruimte van de eerste trap plaats heeft en wordt daar verhit door indirekte warmteuitwisseling met verbrandings- 5 produkten afgevoerd uit de katalytische verbrandingsruimte van de eerste trap. Middelen voor het verschaffen van een regeling van de stroomsnelheid van de lucht voor het beperken van de maximum temperatuurstijging, waarbij overmatige temperaturen vermeden worden in de uitwendige kataly- 10 tische verbrandingsruimte door het handhaven van een sub-stoechiometrische luchtstroom in de verbrandings inrichting.The mixture of air and gas is passed through the heat exchanger before delivery to the first stage catalytic combustion space and is heated there by indirect heat exchange with combustion products discharged from the first stage catalytic combustion space. Means for providing control of the air flow rate for limiting the maximum temperature rise, avoiding excessive temperatures in the external catalytic combustion space by maintaining a sub-stoichiometric air flow in the combustion device.

Fig. 1 is een schematische voorstelling van een systeem voor het winnen van energie uit LEV gas van een in-situ verbrandingsproces voor de produktie van aardolie, 15 waarbij het IHV gas wordt geleverd bij een druk, die hoog genoeg is om een turbine aan te drijven.Fig. 1 is a schematic representation of a system for recovering energy from LEV gas from an in-situ combustion process for petroleum production, the IHV gas being supplied at a pressure high enough to drive a turbine.

Fig. 2 is een schematische voorstelling van een systeem voor toepassing bij het winnen van energie uit een LHV gas, dat bij een lage druk geleverd wordt. 20Fig. 2 is a schematic representation of a system for use in recovering energy from an LHV gas supplied at a low pressure. 20

Volgens fig. 1 wordt een ondergrohds oliereservoir 10, dat ruwe olie bevat, gewoonlijk van hoge dichtheid en viscositeit, gepenetreerd door een produktieput 12 en een injectieput 14, die op afstand van de produktieput aanwezig is. Stromen verkregen uit de produktieput 12 worden 25 door een leiding 16 naar een scheidingsinrichting 18 gevoerd, waarin het verkregen LHV gas gescheiden wordt van vloeistoffen, die door put 12 zijn voortgebracht. De vloeistoffen worden afgevoerd aan het ondereinde van de scheidingsinrichting 18 naar een leveringsleiding 20 en het 30 LHV gas wordt boven uit de scheidingsinrichting afgevoerd in een toevoerleiding 22. Het zal gewoonlijk wenselijk zijn het gas van de scheidingsinrichting 18 te leiden door een geschikte gasreiniger, aangegeven door 24, om vaste deeltjes, katalysatorgiften of andere ongewenste bestand- 55 delen te verwijderen voordat aflevering plaats heeft naar 7905843 . ' 6 energie-winningssysteem. Het is belangrijk voor een doelmatige werking van een gasturbine, dat variaties in de mas-sastroom van gas naar de turbine tot een minimum gereduceerd worden. Een stromingsregelingsinrichting 26 handhaaft een constante stroomsnelheid van het LH7 gas in het 5 systeem.Referring to FIG. 1, a bottom oil reservoir 10 containing crude oil, usually of high density and viscosity, is penetrated through a production well 12 and an injection well 14 remote from the production well. Streams obtained from the production well 12 are passed through a conduit 16 to a separator 18, in which the LHV gas obtained is separated from liquids generated by the well 12. The liquids are vented at the lower end of the separator 18 to a delivery line 20 and the LHV gas is vented from the top of the separator into a supply line 22. It will usually be desirable to pass the gas from the separator 18 through a suitable gas cleaner, indicated through 24, to remove solids, catalyst poisons, or other unwanted components 55 before delivery to 7905843. 6 energy recovery system. It is important for the efficient operation of a gas turbine that variations in the mass flow from gas to the turbine are minimized. A flow control device 26 maintains a constant flow rate of the LH7 gas in the system.

Gebruikelijke koolwaterstofconcentraties in het HTV gas variëren van ongeveer 1 tot 8 vol.%. De koolwaterstoffen bestaan in hoofdzaak uit methaan; de concentratie aan koolwaterstof met 2 tot 6 koolstofatomen is gewoonlijk 10 minder dan 2 %. De verwarmingswaarde van het LHV gas, ver- ' kregen van een in-situ verbranding in oliereservoirs kan variëren van 185 tot 2985 kJ/m^ en zal 'gewoonlijk liggen in een traject van 1505 tot 2595 kJ/m^, een traject, waarbij deze werkwijze bijzonder geschikt is. Met de concen*· 15 traties van koolwaterstoffen gewoonlijk aanwezig in LHV gas verkregen door een in-situ verbranding in oliereservoirs, kunnen een stabiele verbranding van methaan en de andere koolwaterstoffen met gering molecuulgewicht, voortgebracht bij de in-situ produktie, niet verkregen worden 20 bij afwezigheid van een oxydatiekatalysator, maar worden alleen verkregen bij aanwezigheid van een katalysator.Usual hydrocarbon concentrations in the HTV gas range from about 1 to 8% by volume. The hydrocarbons mainly consist of methane; the concentration of hydrocarbons with 2 to 6 carbon atoms is usually less than 2%. The heating value of the LHV gas obtained from an in-situ combustion in oil reservoirs can range from 185 to 2985 kJ / m 2 and will usually range from 1505 to 2595 kJ / m 2, a range in which this method is particularly suitable. With the concentrations of hydrocarbons usually present in LHV gas obtained by in-situ combustion in oil reservoirs, stable combustion of methane and the other low molecular weight hydrocarbons produced in the in-situ production cannot be obtained. in the absence of an oxidation catalyst, but are only obtained in the presence of a catalyst.

LEV gas met een verwarmingswaarde groter dan 560 kJ/m^ kan verbrand worden in een katalytische verbrandingsin-richting zonder uitwendige warmtebron. Wanneer andere warm- 25 tebronnen beschikbaar zijn voor het verschaffen van de extra vöorverhitting, kan LHV gas met een verwarmingswaarde van slechts 185 kJ/m^ geoxydeerd worden in katalytische verbrandingsruimten.LEV gas with a heating value greater than 560 kJ / m2 can be burned in a catalytic combustion device without an external heat source. When other heat sources are available to provide the additional preheating, LHV gas with a heating value of only 185 kJ / m2 can be oxidized in catalytic combustion spaces.

Voor het meest doelmatige gebruik bij het aandrij- 30 ven van een gasturbine voor het comprimeren van lucht, toegepast bij het in-situ verbrandingsproces, dienen bij-, voorbeeld de gassen afgevoerd uit de scheidingsinrichting 18 een druk te bezitten van ten minste 516 kPa. Wanneer het gas bij een lagere druk is, wordt een deel van de 35 energie voortgebracht door de gasturbine gebruikt voor het 7905843 7 comprimeren van het LEE? gas tot een druk, die hoog genoeg is om een turbine aan te drijven, zoals beschreven is onder verwijzing naar fig. 2. De druk in de produktieputten van een in-situ verbrandingsproces in een oliereservoir kan variëren van enigszins boven atmosferische druk tot 5 5516 kPa. De druk is afhankelijk, ten minste ten dele van de diepte van de formatie, waarin de verbranding plaats heeft. Drukken hoger dan 5516 kPa in de produktieputten kunnen gebruikt worden, maar dergelijke hoge drukken hebben te lij.den van nadelen van hoge kosten voor het compri- 10 meren van de lucht, geïnjecteerd in de ondergrondse formatie.For the most effective use in driving a gas turbine to compress air used in the in-situ combustion process, for example, the gases discharged from the separator 18 should have a pressure of at least 516 kPa. When the gas is at a lower pressure, some of the energy generated by the gas turbine is used to compress the LEE 7905843 7? gas to a pressure high enough to drive a turbine, as described with reference to Fig. 2. The pressure in the production wells of an in-situ combustion process in an oil reservoir can range from slightly above atmospheric pressure to 5516 kPa. The pressure depends, at least in part, on the depth of the formation in which combustion takes place. Pressures higher than 5516 kPa in the production wells can be used, but such high pressures suffer from disadvantages of high cost of compressing the air injected into the underground formation.

Tijdens het opstarten van de gasturbine wordt LH? gas door leiding 22 toegevoerd naar een voorverhitter 28, waarin het gas verhit wordt tot een zodanige temperatuur, 15 dat wanneer het LEV gas, gemengd met lucht, in aanraking komt met de katalysator, verbranding van het LEV gas zal plaats hebben. De voorverhitter wordt verhit door een brandstof, zoals aardgas, propaan of LPG toegevoerd door leiding 30. Desgewenst kan de verbrandingslucht voor de 20 verbranding in de katalytische verbrandingsruimte van de eerste trap, hierna beschreven, gemengd worden met LHV gas, voordat het LH? gas door de voorverhitter 28 wordt geleid.When the gas turbine starts up, LH? gas is supplied through line 22 to a preheater 28, in which the gas is heated to such a temperature that when the LEV gas, mixed with air, contacts the catalyst, combustion of the LEV gas will occur. The preheater is heated by a fuel such as natural gas, propane or LPG supplied through line 30. If desired, the combustion air for combustion in the first stage catalytic combustion chamber, described below, can be mixed with LHV gas before the LH? gas is passed through the preheater 28.

Het mengsel van lucht en LH? gas, toegevoerd aan de katalytische verbrandingsruimte, dient een temperatuur van 25 ten minste 204°0 en bij voorkeur van 316 tot 4-27° C te bezitten om de verbranding te initiëren. De voorverhitter wordt alleen gebruikt tijdens het opstarten. ïïadat de katalytische verbranding van de eerste trap geïnitieerd is wordt het LEV gas om de voorverhitter 28 geleid door om- 30 loopleiding 32 en de kleppen bij de toevoer en de afvoer van de voorverhitter worden gesloten.The mixture of air and LH? gas fed to the catalytic combustion space should have a temperature of at least 204 ° C and preferably from 316 to 4-27 ° C to initiate combustion. The preheater is only used during start-up. After the catalytic combustion of the first stage has been initiated, the LEV gas is passed around the preheater 28 through bypass line 32 and the valves at the inlet and outlet of the preheater are closed.

Bij de uitvoeringsvorm, zoals toegelicht in fig. 1, wordt het LH? gas van de voorverhitter 28 tijdens het opstarten of uit de omloopleiding 32 daarna toegevoerd aan 35 een leiding 34·, waarin het gemengd wordt met primaire ver- 7905843 8 brandingslucht, toegevoerd uit een eerste verbrandings-luchtleiding 56. Het mengsel wordt toegevoerd aan een warm-teuitwisselaar 58, waar het passeert in indirekte warmte-uitwisseling met hete verhrandingsprodukten van de katalytische verbrandingsruimte van de eerste trap, zoals hierna 5 beschreven, om het mengsel te verhitten tot een temperatuur boven ongeveer 204°C, bij voorkeur 516 tot 427°C, waarbij verbranding geïnitieerd wordt bij contact met de katalysator. Het verhitte mengsel van LHY gas en lucht wordt van de warmteuitwisselaar 58 door leiding 40 toegevoerd aan 10 het inlaateinde van de primaire katalytische verbrandingsruimte 4-2. Bij een voorkeursstructuur bevat de katalytische verbrandingsruimte 42 een veelvoud van op afstand aangebrachte permeabele schijven 44, transversaal ten opzichte van de verbrandingsruimte opgesteld, waarop een ka- 15 talytisch actief metaal van de platinagroep is aangebracht*·In the embodiment, as illustrated in Fig. 1, the LH? gas from the preheater 28 during start-up or from the bypass line 32 thereafter fed to a line 34, in which it is mixed with primary combustion air supplied from a first combustion air line 56. The mixture is supplied to a hot exchanger 58, where it passes in indirect heat exchange with hot combustion products from the first stage catalytic combustion space, as described below 5, to heat the mixture to a temperature above about 204 ° C, preferably 516 to 427 ° C , which initiates combustion upon contact with the catalyst. The heated mixture of LHY gas and air is supplied from heat exchanger 58 through line 40 to the inlet end of the primary catalytic combustion chamber 4-2. In a preferred structure, the catalytic combustion space 42 includes a plurality of spaced-apart permeable discs 44 arranged transversely of the combustion space on which a catalytically active platinum group metal is applied.

De ruimten 46 tussen de schijven maken het opnieuw mengen van de verhrandingsprodukten uit de schijven mogelijk ter voorkoming van de ontwikkeling van hete plaatsen in de katalysator. 20The spaces 46 between the disks allow for remixing of the burn products from the disks to prevent hot spots from developing in the catalyst. 20

De schijven 44 zijn bij voorkeur van een keramisch materiaal van honingraatstructuur of andere configuratie met passages, die zich uitstrekken van de inlaatzijde tot de tegenover liggende zijde van de schijven om passage van de gassen longitudinaal door de primaire verbrandingsruim- 25 te 42 mogelijk te maken. Katalysatoren, die gebruikt kunnen worden, zijn beschreven in de Amerikaanse octrooi-schriften 5-870.455 en 5.565*850. De onderhavige uitvinding is niet beperkt tot het gebruik van een bijzondere katalysatordrager of een bijzonder katalytisch materiaal. 50The disks 44 are preferably of a honeycomb ceramic or other configuration with passages extending from the inlet side to the opposite side of the disks to allow passage of the gases longitudinally through the primary combustion space 42. Catalysts that can be used are described in U.S. Patent Nos. 5-870,455 and 5,565 * 850. The present invention is not limited to the use of a particular catalyst support or a particular catalytic material. 50

Andere oxydatiekatalysatoren zoals kobalt, lanthaan, palladium, rhodium, nikkel, ijzer of andere typen dragers, zoals granules, zadels of ringen van vuurvaste materialen, kunnen gebruikt worden.Other oxidation catalysts such as cobalt, lanthanum, palladium, rhodium, nickel, iron or other types of supports, such as granules, saddles or rings of refractories, can be used.

De verbrandingsprodukten van de primaire kataly- 55 tische verbrandingsruimte worden afgevoerd bij ongeveer 790 58 43 9 871°C door leiding 48 en toegevoerd aan de warmteuitwisse-laar 38 voor warmteoverdracht met het LHV gas-luchtmengsel toegevoerd door leiding 36. De warmteuitwisselaar 38 is hij voorkeur een warmteuitwisselaar van het huis- en schaaltype, waarbij de hete verbrandingsprodukten passe- 5 ren door de buizen en het IHV gas-luchtmengsel passeert over de buitenwand van de buizen en door de ruimte tussen dergelijke buitenwanden en de schaal van de warmteuitwisselaar. Bij een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding wordt secundaire lucht van de verbranding in een secundai- 10 re katalytische verbrandingsruimte 54 van niet-verbrand brandbaar materiaal in de verbrandingsprodukten afgevoerd uit de verbrandingsruimte 42, toegevoerd door een leiding 50 naar leiding 48, waarin de lucht gemengd wordt met de verbrandingsprodukten af gevoerd uit de verbrandingsruimte 15 42 vóór toevoer aan de voorverhitter 38. De menging van de secundaire lucht met de afvoerstroom van de eerste verbrandingsruimte 42 verlaagt gewoonlijk de temperatuur met ongeveer 110°C.The combustion products of the primary catalytic combustion chamber are vented at about 790 58 43 9 871 ° C through line 48 and fed to the heat exchanger 38 for heat transfer with the LHV gas-air mixture fed through line 36. The heat exchanger 38 is preferably a house and shell type heat exchanger, wherein the hot combustion products pass through the tubes and the IHV gas-air mixture passes over the outer wall of the tubes and through the space between such outer walls and the shell of the heat exchanger. In a preferred embodiment of the invention, secondary air from combustion in a secondary catalytic combustion space 54 of unburned combustible material in the combustion products is exhausted from the combustion space 42, supplied through a conduit 50 to conduit 48, in which the air is mixed with the combustion products discharged from the combustion chamber 42 before supplying to the preheater 38. The mixing of the secondary air with the exhaust stream from the first combustion chamber 42 usually lowers the temperature by about 110 ° C.

Heet brandbaar gas gemengd met secundaire lucht 20 wordt toegevoerd bij een temperatuur van 204°C tot 427°C, bij voorkeur van 316°C tot 427°C, uit de warmteuitwisselaar 38 door leiding 52 naar het toevoereinde van de secundaire katalytische verbrandingsruimte 54. De secundaire katalytische verbrandingsruimte 54 is bij voorkeur 25 soortgelijk aan de verbrandingsruimte 42. Brandbare verbindingen achtergebleven in de produkten afgevoerd uit de verbrandingsruimte 42 worden in de verbrandingsruimte 54 geoxydeerd en uit deze verbrandingsruimte afgevoerd naar een loding voor heet gas 56. 30Hot combustible gas mixed with secondary air 20 is supplied at a temperature from 204 ° C to 427 ° C, preferably from 316 ° C to 427 ° C, from the heat exchanger 38 through line 52 to the supply end of the secondary catalytic combustion chamber 54. The secondary catalytic combustion chamber 54 is preferably similar to the combustion chamber 42. Combustible compounds remaining in the products discharged from the combustion chamber 42 are oxidized in the combustion chamber 54 and discharged from this combustion chamber to a hot gas lodging 56. 30

Verbranding van brandbare verbindingen, in hoofd— zaak koolwaterstoffen, in het IHV gas maakt warmte vrij, die de temperatuur van de gassen in de verbrandingsruimte verhoogt tot een temperatuur, die niet de maximum toelaatbare werktemperatuur van de katalysator overschrijdt. 35Combustion of flammable compounds, mainly hydrocarbons, in the IHV gas releases heat, which increases the temperature of the gases in the combustion chamber to a temperature that does not exceed the maximum allowable operating temperature of the catalyst. 35

Voorkeurskatalysatoren, die thans in de handel verkrijg- 790 58 43 10 baar zijn, hebben een maximum-werktemperatuur van ongeveer 871°C. De katalysatoren kunnen gebruikt worden bij hogere temperaturen, maar hogere temperaturen verkorten de levensduur van de katalysator. De regeling van de temperatuur in de katalytische verbrandingsruimte 42 wordt ver- 5 kregen door beperking van de hoeveelheid lucht toegevoerd aan de verbrandingsruimte tot een hoeveelheid, die, indien volledig verbruikt bij' de verbranding, de temperatuurstijging tot het gewenste traject zal beperken. Verbranding in de verbrandingsruimte 42 is altijd met een hoeveel- 10 heid lucht minder dan het stoechiometrische equivalent van de brandbare bestanddelen in het LHV gas. Eegeling van de verbranding in het LHV gas door regeling van de hoeveelheid lucht toegevoerd aan de verbrandingsruimten tót een hoeveelheid, die lager is dan het stoechiometrische equi- 15 valent van de brandbare bestanddelen in het LHV gas, maakt de maximum temperatuur onafhankelijk van de verwarmings-waarde van het LHV gas. Variaties in de verwarmingswaarde van het gas kunnen geen overmatige katalysatortemperatu-ren veroorzaken. De vermijding van overmatige temperaturen 20 door handhaving van een lucht stroomsnelheid naar de katalytische verbrandingsruimten, die de maximum temperatuurstijging van beperken afgezien van de verwarmihgswaarde van het LHV gas is beschreven in de Amerikaanse octrooiaanvrage 791.850 (1977). De temperatuurbeperkingen in de 25 secundaire verbrandingsruimte 54 zijn dezelfde als in de primaire verbrandingsruimte 42. De maximum temperatuurstijging in de verbrandingsruimte 54 wordt beperkt, door de hoeveelheid lucht te beperken, die wordt toegevoerd door leiding 50 tot een hoeveelheid, die geheel zal wor- 50 den verbruikt door verbranding van brandbare bestanddelen, die de temperatuur tót het gewenste maximum zal verhogen; dientengevolge zal een plotselinge toename in de verwarmingswaarde van het LHV gas niet resulteren in overmatige temperaturen. Bij voorkeur wordt ongeveer de helft van de 55 totale verbrandingslucht toegevoerd naar elk van de ver- 790 58 43 11 brandingsruimten.Preferred catalysts which are currently commercially available have a maximum operating temperature of about 871 ° C. The catalysts can be used at higher temperatures, but higher temperatures will shorten the life of the catalyst. The control of the temperature in the catalytic combustion chamber 42 is accomplished by limiting the amount of air supplied to the combustion chamber to an amount which, when fully consumed in combustion, will limit the temperature rise to the desired range. Combustion in the combustion space 42 is always with an amount of air less than the stoichiometric equivalent of the flammable components in the LHV gas. Combustion control in the LHV gas by controlling the amount of air supplied to the combustion spaces to an amount lower than the stoichiometric equivalent of the flammable components in the LHV gas makes the maximum temperature independent of the heating value of the LHV gas. Variations in the heating value of the gas cannot cause excessive catalyst temperatures. The avoidance of excessive temperatures by maintaining an air flow rate to the catalytic combustion chambers, which limit the maximum temperature rise beyond the heating value of the LHV gas, is described in U.S. Patent Application 791,850 (1977). The temperature restrictions in the secondary combustion space 54 are the same as in the primary combustion space 42. The maximum temperature rise in the combustion space 54 is limited by limiting the amount of air supplied through line 50 to an amount that will be completely den consumed by combustion of flammable components, which will raise the temperature to the desired maximum; consequently, a sudden increase in the heating value of the LHV gas will not result in excessive temperatures. Preferably, about half of the 55 total combustion air is supplied to each of the combustion rooms.

Heet gas wordt door leiding 56 toegevoerd naar de inlaatzijde van een gasturbine, zoals in het algemeen aangegeven door referentiegetal 59, waarin het gas geëxpandeerd wordt om de turbine aan te drijven en een aandrijf- 5 as te roteren voor het verschaffen van energie. Wanneer het hete gas in leiding 56 op een temperatuur is boven de maximum werktemperatuur van de turbine, wordt het gas gekoeld tot de gewenste temperatuur door verdunningslucht toegevoerd door leiding 57· Bid afwezigheid van katalysa- 10 tor zal verdunningslucht geen verbranding van brandbare bestanddelen in het hete gas veroorzaken. Bij de uitvoeringsvorm van de uitvinding toegelicht in fig. 1 bevat de gasturbine 59 twee secties, een eerste sectie 58 en een tweede sectie 60. Geëxpandeerd gas uit sectie 58 wordt toe- 15 gevoerd aan de inlaat van de tweede sectie 60, waar verdere expansie plaats heeft, voordat het. afvalgas door een leiding 62 naar de atmosfeer wordt afgevoerd.Hot gas is supplied through line 56 to the inlet side of a gas turbine, as generally indicated by reference number 59, in which the gas is expanded to drive the turbine and rotate a drive shaft to provide energy. When the hot gas in line 56 is at a temperature above the maximum operating temperature of the turbine, the gas is cooled to the desired temperature by dilution air supplied through line 57 • Pray in the absence of the catalyst, dilution air will not burn combustibles in the cause hot gas. In the embodiment of the invention illustrated in Figure 1, the gas turbine 59 includes two sections, a first section 58 and a second section 60. Expanded gas from section 58 is supplied to the inlet of the second section 60 where further expansion before it. waste gas is vented to atmosphere through a conduit 62.

Sectie 58 van de turbine drijft as 65 aan voor het doen roteren van een luchtcompressor 66. Gecomprimeerde 20 lucht van compressor 66 wordt afgevoerd naar een leiding 68, waaruit gecomprimeerde lucht wordt toegevoerd aan de leidingen 56, 50 en 57. Ben ander gedeelte van de gecomprimeerde lucht uit compressor 66 is afgenomen lucht toegevoerd door een leiding 70 naar een luchtcompressor 72 25 aangedreven door een tweede sectie van de gasturbine om lucht te verschaffen voor het in-situ verbrandingsproces.Section 58 of the turbine drives shaft 65 to rotate an air compressor 66. Compressed air from compressor 66 is exhausted to a line 68, from which compressed air is supplied to lines 56, 50, and 57. A different portion of the compressed air from compressor 66 is drawn air supplied through a conduit 70 to an air compressor 72 driven by a second section of the gas turbine to provide air for the in-situ combustion process.

Lucht afgevoerd uit de luchtcompressor 72 wordt toegevoerd door een leiding 74 naar een luchtcompressor 76 voor comprimeren tot een geschikte druk voor injectie in 50 de formatie 10 voor het in-situ verbrandingsproces.Air exhausted from the air compressor 72 is supplied through a conduit 74 to an air compressor 76 for compression to an appropriate pressure for injection in formation 10 for the in-situ combustion process.

Bij de werking van de inrichting toegelicht in fig. 1, wordt LHV gas, afgevoerd door de stromingsrege-linginrichting 26, tijdens het opstarten toegevoerd door leiding 80 naar een opstartturbine 82. De opstartturbine 55 82 is verbonden door as 84- met een geschikte koppeling 86 790 58 43 12 naar de luchtcompressor 66. LHV gas af gevoerd uit de op-startturbine 82 wordt afgevoerd naar de atmosfeer.In the operation of the device illustrated in Fig. 1, LHV gas discharged from the flow control device 26 is supplied during start-up through line 80 to a start-up turbine 82. The start-up turbine 55 82 is connected by shaft 84- to a suitable coupling. 86 790 58 43 12 to the air compressor 66. LHV gas vented from the start-up turbine 82 is vented to the atmosphere.

Een gedeelte van de LHV gasstroom wordt toegevoerd door leiding 22 aan de voorverhitter 28, waar het gas verhit wordt door indirekte warmteoverdracht met hete ver- 5 brandingsprodukten van de verbranding van een brandstof 30.A portion of the LHV gas stream is supplied through line 22 to the preheater 28, where the gas is heated by indirect heat transfer with hot combustion products from the combustion of a fuel 30.

Lucht uit de compressor 66 wordt door leiding 36 toegevoerd voor mengen met het LHV gas van de voorverhitter 28 en het mengsel wordt door de warmteuitwisselaar 38 geleid.Air from compressor 66 is supplied through line 36 for mixing with the LHV gas from preheater 28 and the mixture is passed through heat exchanger 38.

Bij het begin van het opstarten heeft geen verhitting van 10 het LHV gas-luchtmengsel plaats in de warmteuitwisselaar.At the start of the start-up, no heating of the LHV gas-air mixture takes place in the heat exchanger.

Het hete LHV gas-luchtmengsel stroomt in de primaire verbrandingsruimte 42, waar het mengsel eerst de katalysator verhit tot reactietemperatuur en vervolgens in een katalytische oxydatie verbrandt. 15The hot LHV gas-air mixture flows into the primary combustion chamber 42, where the mixture first heats the catalyst to reaction temperature and then burns in a catalytic oxidation. 15

Hete verbrandingsprodukten afgevoerd uit de katalytische verbrandingsruimte 42 worden gemengd met secundaire lucht toegevoerd door leiding 50 en geleid door warmteuitwisselaar 38 in indirekte warmteuitwisseling met het LHV gas-luchtmengsel, toe te voeren aan de primaire 20 katalytische verbrandingsruimte 42. Het mengsel van secundaire lucht en ten dele verbrand LHV gas, afgevoerd uit de warmteuitwisselaar 38, wordt door leiding 52 toegevoerd naar de secundaire katalytische verbrandingsruimte 54, waar een additionele verbranding plaats heeft. De verbran- 25 dingsprodukten afgevoerd uit de secundaire verbrandingsruimte 54 hebben gewoonlijk een temperatuur van ongeveer 871°C. Dit hete mengsel wordt door leiding 56 geleid in gasturbine 58. Gewoonlijk is het gewenst de gasturbine te laten werken bij een temperatuur van 760°C tot 813°C. 30Hot combustion products vented from the catalytic combustion chamber 42 are mixed with secondary air supplied through line 50 and passed through heat exchanger 38 in indirect heat exchange with the LHV gas-air mixture, to be supplied to the primary catalytic combustion chamber 42. The secondary air mixture and partially burned LHV gas, discharged from the heat exchanger 38, is supplied through line 52 to the secondary catalytic combustion chamber 54, where additional combustion takes place. The combustion products discharged from the secondary combustion space 54 usually have a temperature of about 871 ° C. This hot mixture is passed through line 56 into gas turbine 58. It is usually desirable to operate the gas turbine at a temperature of 760 ° C to 813 ° C. 30

Koeling van de hete gassen in leiding 56 wordt bewerkstelligd door deze gassen te mengen met verdunningslucht toegevoerd door leiding 57.Cooling of the hot gases in line 56 is accomplished by mixing these gases with dilution air supplied through line 57.

Nadat- d« verbranding in de primaire verbrandingsruimte 42 is ingeleid, wordt de stroming van LHV gas naar 35 de voorverhitter 28 onderbroken en wordt LHV gas door lei- 7905843 13 ding 34· door omloopleiding 32 geleid. De stroomsnelheid van LHV gas wordt geleidelijk verhoogd om de turbine 58 tot belasting te brengen. Als de gasturbine 58 de belasting van de compressor 66 overneemt, wordt koppeling 86 onderbroken om de opstartturbine 82 af te scheiden van de 5 compressor 66 en de klep in leiding 80 wordt gesloten om de stroming van LHV gas naar de opstartturbine 82 te stoppen.After combustion has been initiated into the primary combustion space 42, the flow of LHV gas to the preheater 28 is interrupted and LHV gas is passed through conduit 32 through bypass line 32. The flow rate of LHV gas is gradually increased to load the turbine 58. When the gas turbine 58 takes over the load from the compressor 66, coupling 86 is interrupted to separate the start-up turbine 82 from the compressor 66 and the valve in line 80 is closed to stop the flow of LHV gas to the start-up turbine 82.

De variaties in de samenstelling van LHV gas van tijd tot tijd voortgebracht bij een in-situ verbrandings- 10 nen proces kan/resulteren in een daling van de verwarmmgs-waarde van het gas tot een zodanig niveau, dat de temperatuur van de produkten afgevoerd uit de secundaire verbrandingsruimte 54- lager is dan de gewenste temperatuur.The variations in the composition of LHV gas generated from time to time in an in-situ combustion process may result in a drop in the heating value of the gas to such a level that the temperature of the products discharged from the secondary combustion space 54- is lower than the desired temperature.

Om de meest doelmatige werking van de gasturbine te hand- 15 haven worden monsters LEV gas genomen uit leiding 22 en door een koolwaterstof-analyse-inrichting 88 geleid voor bepaling van de verwarmingswaarde van het LHV gas. Koolwater s to fanalys e-inrichtingen zijn in de handel gemakke-lijk verkrijgbare inrichtingen. De analyse-inrichting 88 20 geeft een signaal af, dat wordt toegevoerd naar de regel-klep 90 in een hulpbrandstofleiding 92. Wanneer de verwarmingswaarde van het LEV gas daalt tot een niveau, waarbij de temperatuur van produkten afgevoerd uit de tweede verbrandingsruimte lager is dan gewenst, levert klep 99 25 hulpbrandstof door leiding 92. De lucht toegevoerd door de leidingen 36 en 50 is voldoende om een geschikte verbranding mogelijk te maken ter verhoging van de temperatuur tot het gewenste niveau, maar is niet voldoende voor het teweeg brengen van overmatige temperaturen, wanneer 30 de verwarmingswaarde van het LHV gas plotseling zou toenemen. Wanneer de temperatuur in leiding 56 zou dalen beneden de gewenste temperatuur, kan een signaal opgewekt door temperatuurreactie middelen gebruikt worden om de klep in leiding 50 te regelen tot vergroting van de secun- 35 daire lucht.To maintain the most efficient operation of the gas turbine, samples of LEV gas are taken from line 22 and passed through a hydrocarbon analyzer 88 to determine the heating value of the LHV gas. Hydrocarbon analysis devices are commercially readily available devices. The analyzer 88 20 outputs a signal which is supplied to the control valve 90 in an auxiliary fuel line 92. When the heating value of the LEV gas drops to a level, the temperature of products discharged from the second combustion space is less than desired, valve 99 provides auxiliary fuel through line 92. The air supplied through lines 36 and 50 is sufficient to allow suitable combustion to raise the temperature to the desired level, but is not sufficient to produce excessive temperatures if the heating value of the LHV gas suddenly increased. If the temperature in line 56 should drop below the desired temperature, a signal generated by temperature response means can be used to control the valve in line 50 to increase the secondary air.

790 58 43 - . 14790 58 43 -. 14

De inrichting toegelicht in fig. 3 is voor LHV gas, dat aanvankelijk geleverd wordt hij een lage druk, zoals gewoonlijk zal worden voortgebracht bij de in-situ verbranding van olie-leisteen. Aangezien het LEV gas bij een druk is, die te laag is om een turbine-doelmatig aan 5 te drijven, is het noodzakelijk het LHV gas te comprimeren tot een hogere druk, die een doelmatige werking van de gasturbine zal mogelijk maken. In het algemeen is een aanvankelijke LHV gasdruk van ten minste 516 kPa vereist voor een doelmatig gebruik van een gasturbine. Voor dit 10 doel is een LHV gas compressor 100 gemonteerd op dezelfde as als compressor 66. Een primaire startbewegingsinrich-ting 102, die een dieselmotor, elektromotor, enz. kan zijn, is aangepast om de LHV gas-compressor 100 door een as 104 aan te drijven. Een koppeling 106 maakt het losmaken mo- 15 gelijk van de startmotor 102, nadat de gasturbine 58 op snelheid is gebracht, om de LHV gas-compressor 100 en de compressor 66 aan te drijven.The apparatus illustrated in Fig. 3 is for LHV gas initially supplied at a low pressure, as will usually be generated in the in-situ combustion of oil slate. Since the LEV gas is at a pressure that is too low to efficiently drive a turbine, it is necessary to compress the LHV gas to a higher pressure, which will allow efficient operation of the gas turbine. In general, an initial LHV gas pressure of at least 516 kPa is required for the efficient use of a gas turbine. For this purpose, an LHV gas compressor 100 is mounted on the same axis as compressor 66. A primary start-up device 102, which may be a diesel engine, electric motor, etc., is adapted to connect the LHV gas compressor 100 through an axis 104 to float. A clutch 106 allows the release of the starter motor 102, after the gas turbine 58 is brought up to speed, to drive the LHV gas compressor 100 and the compressor 66.

De in fig. 2 toegelichte inrichting is soortgelijk aan die in fig. 1 in de opstelling van de luchtcompressor 20 66, uitwendige katalytische verbrandingsruimten 42 en 54, warmteuitwisselaar 38 en gasturbine 59. Aangezien het noodzakelijk is het LHV gas te comprimeren, alsmede de * lucht te comprimeren voor de verbranding van het LHV gas, kan de hoeveelheid lucht gecomprimeerd door compressor 66 25 geschikt zijn voor alleen de verbranding van het LHV gas.The apparatus illustrated in FIG. 2 is similar to that in FIG. 1 in the arrangement of the air compressor 20 66, external catalytic combustion chambers 42 and 54, heat exchanger 38 and gas turbine 59. Since it is necessary to compress the LHV gas, as well as the * compressing air for the combustion of the LHV gas, the amount of air compressed by compressor 66 may be suitable for combustion of the LHV gas only.

Er zal dan geen luchtafname zijn van compressor 66 naar de zuigzijde van een compressor aangedreven door sectie 69. Sectie 60 kan bijvoorbeeld een elektrische generator aandrijven, die is aangegeven door referentienummer 108. 30There will then be no air draw from compressor 66 to the suction side of a compressor driven by section 69. For example, section 60 may power an electric generator, which is indicated by reference number 108. 30

De hier beschreven gasturbine maakt het winnen van energie mogelijk uit gasvormige brandstoffen met een verwarmingswaarde die te laag is voor de gebruikelijke gasturbine, waarin vlamverbranding wordt gebruikt voor de verbranding van de brandstof. De katalytische verbran- 35 dingsinrichting verschaft een stabiele verbranding van 7905843 15 .The gas turbine described here allows the recovery of energy from gaseous fuels with a heating value too low for the conventional gas turbine, in which flame combustion is used for the combustion of the fuel. The catalytic combustion device provides a stable combustion of 7905843.

brandstoffen met verwarmingswaarden die duidelijk beneden de verwarmingswaarde van gassen liggen, die een stabiele vlam zullen verschaffen en is bijzonder waardevol bij het nuttig gebruik van brandstoffen met lage verwarmingswaarde, waarin het voornaamste brandbare bestanddeel methaan is, 5 een brandstof, die moeilijk te verbranden is. De twee-traps katalytische verbrandingsruimte met een warmte-uit-wisselaar tussen de trappen verschaft een op zichzelf staande eenheid, die het IHV gas-luchtmengsel zal verhogen tot katalytische oxydatietemperaturen zonder het gebruik 10 van een uitwendige warmtebron en vermij'dt overmatige ka-talysatortemperaturen. De inrichting is bij’zonder waardevol voor het nuttig gebruik van gassen van in-situ verbrandingsprocessen voor de produktie van olie.fuels with heating values well below the heating value of gases that will provide a stable flame and are particularly valuable in the useful use of low heating fuels in which the main combustible component is methane, a fuel which is difficult to burn. The two-stage catalytic combustion chamber with an interstage heat exchanger provides a self-contained unit, which will increase the IHV gas-air mixture to catalytic oxidation temperatures without the use of an external heat source and avoids excessive catalyst temperatures . The device is particularly valuable for the useful use of gases from in-situ combustion processes for oil production.

79058437905843

Claims (16)

1. Inrichting voor het winnen van energie uit LHV gas afgevoerd uit een in-situ verbrandingsproces, gekenmerkt door een gasturbine, een luchtcompressor aangedreven door de gasturbine, een uitwendige 5 verbrandingsinrichting voor het verbranden van het LHY gas, waarbij de verbrandingsinrichting een katalytische verbrandingsruimte van de eerste trap en een katalytische verbrandingsruimte van de tweede trap, een warmteuitwisse-laar . 'tussen de katalytische verbrandingsruimte 10 van de eerste trap en de katalytische verbrandingsruimte van de tweede trap, om verbrandingsprodukten afgevoerd uit de katalytische verbrandingsruimte' van de eerste trap door de warmteuitwisselaar toe te voeren naar de katalytische verbrandingsruimte van de tweede trap, een LHV gasleiding 15 naar de warmteuitwisselaar voor het afgeven van het LHV gas van het in-situ verbrandingsproces aan de warmteuitwisselaar, welke warmteuitwisselaar geconstrueerd en opgesteld is voor het doorleiden van het LHV gas in indirek-te warmteuitwisseling met de verbrandingsprodukten van de 20 katalytische verbrandingsruimte van de eerste trap, een leiding van de warmteuitwisselaar naar de inlaat van de katalytische verbrandingsruimte van de eerste trap, welke leiding communiceert door de warmteuitwisselaar met de LHV gasleiding voor de afgfite van LHV gas naar de kata- 25 lytische verbrandingsruimte van de eerste trap, een leiding voor hete gassen vanaf de afvoer van de katalytische verbrandingsruimte van de tweede trap naar de gasturbine voor het afgeven van hete verbrandingsprodukten naar de gasturbine en een luchtleiding vanaf de luchtcompressor, 50 aangesloten voor het toevoeren van gecomprimeerde lucht naar het LHV gas vóór het binnentreden in de katalytische verbrandingsruimte van de eerste trap en aan gas afgeleverd naar de katalytische verbrandingsruimte van de tweede trap, bevat. 351. Apparatus for recovering energy from LHV gas discharged from an in-situ combustion process, characterized by a gas turbine, an air compressor driven by the gas turbine, an external combustion device for burning the LHY gas, the combustion device having a catalytic combustion space of the first stage and a catalytic combustion chamber of the second stage, a heat exchanger. "between the first stage catalytic combustion chamber 10 and the second stage catalytic combustion chamber, for combustion products discharged from the first stage catalytic combustion chamber" by feeding the heat exchanger to the second stage catalytic combustion chamber, an LHV gas line 15 to the heat exchanger for delivering the LHV gas from the in-situ combustion process to the heat exchanger, which heat exchanger is constructed and arranged to pass the LHV gas in indirect heat exchange with the combustion products of the first stage catalytic combustion chamber , a conduit from the heat exchanger to the inlet of the first stage catalytic combustion chamber, which conduit communicates through the heat exchanger with the LHV gas conduit for the delivery of LHV gas to the catalytic combustion chamber of the first stage, a conduit for hot gases from the discharge of the second stage catalytic combustion chamber to the gas turbine for delivering hot combustion products to the gas turbine and an air line from the air compressor, 50 connected for supplying compressed air to the LHV gas before entering the catalytic combustion chamber of the first stage and gas delivered to the second stage catalytic combustion chamber. 35 2. Inrichting volgens conclusie 1, met het 7905843 kenmerk, dat de luchtleiding vanaf de luchtcompressor een eerste leiding omvat naar de LHV gasleiding voor het toevoeren van gecomprimeerde, primaire verbrandingslucht aan het LÏÏV gas, voordat het LHV gas wordt afgeleverd aan de warmteuitwisselaar. 5An apparatus according to claim 1, characterized in that the air line from the air compressor comprises a first line to the LHV gas line for supplying compressed, primary combustion air to the LIV gas before the LHV gas is delivered to the heat exchanger. 5 3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de lucht leiding vanaf de luchtcompres-sor een tweede leiding omvat, die is opgesteld om lucht af te leveren aan de verbrandingsprodukten, af gevoerd uit de katalytische verbrandingsruimte van de eerste trap, 10 voorafgaande aan het binnentreden van deze verbrandingsprodukten in de warmteuitwisselaar.3. Device according to claim 2, characterized in that the air conduit from the air compressor comprises a second conduit arranged to deliver air to the products of combustion discharged from the catalytic combustion chamber of the first stage, prior to on entry of these combustion products into the heat exchanger. 4. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de warmteuitwisselaar een buis- en romp-uitwisselaar is, geconstrueerd en opgesteld om de 15 verbrandingsprodukten door de buizen te leiden en het LHV gas tussen het uitwendige oppervlak van de buizen en de romp te leiden.4. Device according to claim 1, characterized in that the heat exchanger is a tube and body exchanger, constructed and arranged to pass the combustion products through the tubes and to transfer the LHV gas between the external surface of the tubes and the body. lead. 5. Inrichting volgens conclusie 1, g e k e n - m e r k t, door een koel lucht leidingopening in de leiding 20 voor heet gas, een signaleringsmiddel reagerend op de temperatuur van het hete gas in de leiding voor het hete een gas en stromingsregelingsinrichting in de toevoerleiding van koelende lucht reagerend op een signaal van de signa-leringsinrichting in de leiding voor heet gas voor het 25 regelen van de stroomsnelheid van de koelende lucht om de temperatuur van gas afgeleverd aan de turbine beneden een vooraf bepaald maximum te handhaven.Device according to claim 1, characterized by a cool air conduit opening in the hot gas conduit 20, a signaling means responsive to the temperature of the hot gas in the hot conduit and a flow control device in the cooling air supply conduit responsive to a signal from the signaling device in the hot gas conduit for controlling the flow rate of the cooling air to maintain the temperature of gas delivered to the turbine below a predetermined maximum. 6. Inrichting volgens conclusie 5j met het kenmerk, dat de koelgasleiding zich uitstrekt van- 30 af de uitlaat van de compressor naar de leiding voor heet gas.6. Apparatus according to claim 5j, characterized in that the refrigerant gas pipe extends from the compressor outlet to the hot gas pipe. 7. Inrichting volgens conclusie 5> gekenmerkt door de stroomregelingsinrichting in de koelluchtleiding, zodanig geconstrueerd en opgesteld, dat 35 de stroom koelende lucht vergroot wordt in reactie op 7905843 ' ' 18 temperaturen van heet gas hoger dan een vooraf bepaalde temperatuur, een hulpbrandstofleiding aangesloten om hulpbrandstof af te geven aan de uitwendige verbrandings-inrichting, een inrichting voor het registreren van de verwarmingswaarde van het LEV gas en een stromingsrege- 5 lingsinrichting in de hulpbrandstofleiding die reageert op de verwarmingswaarde van het LEV gas, aangepast om stroming van hulpbrandstof mogelijk te maken, wanneer de verwarmingswaarde van het LEV gas beneden een vooraf bepaald minimum daalt. 107. Device according to claim 5, characterized by the flow control device in the cooling air line, constructed and arranged such that the flow of cooling air is increased in response to 7905843 '' 18 hot gas temperatures higher than a predetermined temperature, an auxiliary fuel line connected to auxiliary fuel to be delivered to the external combustion device, a device for recording the heating value of the LEV gas and a flow control device in the auxiliary fuel line responsive to the heating value of the LEV gas, adapted to allow flow of auxiliary fuel , when the heating value of the LEV gas falls below a predetermined minimum. 10 8. Inrichting volgens conclusie 7? met het kenmerk, dat een opening van. de hulpbrandstofleiding in de LEV gasleiding aanwezig is.8. Device according to claim 7? characterized in that an opening of. the auxiliary fuel line is present in the LEV gas line. 9. Inrichting volgens conclusie 6, gekenmerkt door een tweede luchtcompressor aange- 15 dreven door de gasturbine, een luchtleiding vanaf de com-pressoruitlaat aangepast om lucht te ontnemen aan de tweede luchtcompressor in overmaat van de hoeveelheid afgevoerd van de compressor naar de katalytische verbrandingsruimten en naar de leiding voor heet gas. 209. Device according to claim 6, characterized by a second air compressor driven by the gas turbine, an air line from the compressor outlet adapted to deprive air from the second air compressor in excess of the amount discharged from the compressor to the catalytic combustion spaces and to the hot gas pipe. 20 10. Inrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de gasturbine twee secties bevat, waarbij elk van deze secties een afzonderlijke as aandrijft , waarbij de luchtcompressor wordt aangedreven door de ene as en de tweede luchtcompressor wordt aangedreven door de 25 andere as.10. Device according to claim 9, characterized in that the gas turbine comprises two sections, each of these sections driving a separate shaft, the air compressor being driven by one shaft and the second air compressor being driven by the other shaft. 11. Inrichting volgens conclusie 3» g © k e n - merkt door signaleringsinrichtingen in de leiding voor heet gas, die reageren op de temperatuur en een stromingsregelingsinrichting in de tweede luchtleiding, 30 die reageert op de signaleringsinrichting in de leiding voor heet gas, die reageert op de temperatuur, aangepast om de luchtstrook in de tweede leiding te vergroten.11. Device according to claim 3 - characterized by hot-gas signaling devices responsive to temperature and a flow control device in the second air conduit responding to the hot-gas signaling device responsive to the temperature, adjusted to increase the air strip in the second line. 12. Inrichting volgens conclusie 1, gekenmerkt door de katalytische verbrandingsruimten, 35 die een buisvormige ruimte, een veelvoud in de lengte- 7905843 richting op afstand aangebrachte schijven van een keramische katalysatordrager, die zich transversaal uitstrekken over de ruimte, passages, die zich uitstrekken door de schijven van de ene zijde èrvan naar de tegenover liggende zijde om de longitudinale stroming door de kataly- 5 tische verbrandingsruimten mogelijk te maken en een oxy-datiekatalysator afgezet op de schijven, bevatten·12. Device according to claim 1, characterized by the catalytic combustion spaces, comprising a tubular space, a plurality of longitudinally spaced disks of a ceramic catalyst support extending transversely across the space, passages extending through the discs from one side to the opposite side to allow longitudinal flow through the catalytic combustion chambers and an oxidation catalyst deposited on the discs · 13. Inrichting volgens conclusie 7» met het kenmerk, dat de oxydatiekatalysator platina is.13. Device according to claim 7, characterized in that the oxidation catalyst is platinum. 14. Inrichting volgens conclusie 1, geken- 10 merkt door een LHV gas-compressor aangedreven door de gasturbine en een LHV gasleiding, die een leiding omvat vanaf de bron van het LHV gas naar de LHV gas-com-pressor-inlaat en een leiding van de LHV gas-compressor-uitlaat naar de warmteuitwisselaar. 1514. Device according to claim 1, characterized by an LHV gas compressor driven by the gas turbine and an LHV gas pipe, comprising a pipe from the source of the LHV gas to the LHV gas compressor inlet and a pipe from the LHV gas compressor outlet to the heat exchanger. 15 15· Gasturbine-systeem voor het winnen van energie uit LHV gas, gekenmerkt door een katalytische verbrandingsinrichting voor het verbranden van het LHV gas voor het voortbrengen van een heet gas voor het aandrijven van de gasturbine, welke verbrandings- 20 inrichting een primaire katalytische verbrandingsruimte en een secundaire katalytische verbrandingsruimte, welke primaire en secundaire verbrandingsruimten een vaste oxy-datiekatalysator bevatten, die zodanig is samengesteld en opgesteld, dat een innig contact met en een lage drukval 25 in het gas plaats heeft met het gas, dat door de verbrandingsruimten gaat, een warmteuitwisselaar tussen de primaire en secundaire verbrandingsruimten, een leiding van de primaire verbrandingsruimte naar de warmteuitwisselaar en van de warmteuitwisselaar naar de secundaire verbran- 30 dingsruimte, samengesteld en opgesteld om gas, afgevoerd uit de primaire verbrandingsruimte af te geven aan de warmteuitwisselaar en van de warmteuitwisselaar aan de secundaire verbrandingsruimte, een eerste LHV gasleiding voor het afgeven van LHV gas aan de warmteuitwisselaar 35 voor indirekte warmteuitwisseling met het gas, dat is af- 790 5 8 43 s gevoerd uit de primaire verbrandingsruimte, een tweede LÏÏV gasleiding voor het afgeven van LHV gas van de warm-teuitwisselaar aan de inlaat van de primaire verbrandingsruimte, een luchtleiding, samengesteld en opgesteld om lucht af te geven aan het LÏÏV gas, voordat het LÏÏV 5 gas de primaire verbrandingsruimte binnentreedt en aan het gas afgevoerd aan de primaire verbrandingsruimte, voordat dit gas de secundaire verbrandingsruimte binnentreedt en een leiding voor heet gas vanaf de afvoer van de tweede verbrandingsruimte naar de gasturbine, bevat. 10Gas turbine system for recovering energy from LHV gas, characterized by a catalytic combustion device for burning the LHV gas to generate a hot gas for driving the gas turbine, which combustion device has a primary catalytic combustion space and a secondary catalytic combustion space, which primary and secondary combustion spaces contain a solid oxidation catalyst, which is assembled and arranged such that intimate contact with and a low pressure drop in the gas takes place with the gas passing through the combustion spaces, a heat exchanger between the primary and secondary combustion spaces, a conduit from the primary combustion space to the heat exchanger and from the heat exchanger to the secondary combustion space, assembled and arranged to deliver gas discharged from the primary combustion space to the heat exchanger and from the heat exchanger to the se secondary combustion space, a first LHV gas line for delivering LHV gas to the heat exchanger 35 for indirect heat exchange with the gas, which is discharged from the primary combustion space, a second LIV gas line for delivering LHV gas from the heat exchanger at the inlet of the primary combustion chamber, an air line, assembled and arranged to deliver air to the LÏÏV gas, before the LÏÏV 5 gas enters the primary combustion chamber and discharged to the gas to the primary combustion chamber, before this gas enters the secondary combustion space and contains a hot gas conduit from the discharge of the second combustion space to the gas turbine. 10 16. Inrichting volgens conclusie 1, gekenmerkt door een LÏÏV gas-compressor aangedreven door de gasturbine en de LÏÏV gasleiding naar de warmte-uitwisselaar, die een leiding omvat van het in-situ verbrandingsproces naar de inlaat van de LÏÏV gas-compressor 15 en een leiding van de uitlaat van de LHV gas-compressor naar de warmteuitwisselaar. ******** 7905843Device according to claim 1, characterized by a LÏÏV gas compressor driven by the gas turbine and the LÏÏV gas pipe to the heat exchanger, which comprises a pipe from the in-situ combustion process to the inlet of the LÏÏV gas compressor 15 and a pipe from the outlet of the LHV gas compressor to the heat exchanger. ******** 7905843
NL7905843A 1978-08-03 1979-07-27 DEVICE FOR EXTRACTING ENERGY FROM GAS WITH LOW HEATING VALUE. NL7905843A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US93055778 1978-08-03
US05/930,557 US4202169A (en) 1977-04-28 1978-08-03 System for combustion of gases of low heating value

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL7905843A true NL7905843A (en) 1980-02-05

Family

ID=25459443

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL7905843A NL7905843A (en) 1978-08-03 1979-07-27 DEVICE FOR EXTRACTING ENERGY FROM GAS WITH LOW HEATING VALUE.

Country Status (3)

Country Link
CA (1) CA1136867A (en)
DE (1) DE2928210A1 (en)
NL (1) NL7905843A (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8210259B2 (en) 2008-04-29 2012-07-03 American Air Liquide, Inc. Zero emission liquid fuel production by oxygen injection

Also Published As

Publication number Publication date
DE2928210A1 (en) 1980-02-21
CA1136867A (en) 1982-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4202169A (en) System for combustion of gases of low heating value
US4472935A (en) Method and apparatus for the recovery of power from LHV gas
US4202168A (en) Method for the recovery of power from LHV gas
US4687491A (en) Fuel admixture for a catalytic combustor
CA1269614A (en) Steam generating system
US4363361A (en) Substoichiometric combustion of low heating value gases
NL8006700A (en) IN SITU COMBUSTION PROCESS FOR THE EXTRACTION OF LIQUID CARBON FUELS FROM UNDERGROUND FORMATIONS,
EA000249B1 (en) Flameless combustor
EP0611433A1 (en) LOW NO x? COMBUSTION PILOTED BY LOW NO x? PILOTS.
US7913654B2 (en) Gas saving device and method for dissociating water
CN102395525A (en) Hydrogen generation device and fuel cell system equipped with same
US3216498A (en) Heating oil-bearing formations
NL7905843A (en) DEVICE FOR EXTRACTING ENERGY FROM GAS WITH LOW HEATING VALUE.
JPS62165570A (en) Automatic igniting burning method and device
TW201504582A (en) Waste heat recovery apparatus and waste heat recovery method
US11459926B2 (en) Apparatus, system, and method for oxidizing methane in a lean-burn engine exhaust
JP2001227330A (en) Engine system
CA1113380A (en) Method for the recovery of power from lhv gas
EP0072676B1 (en) Fuel admixture for a catalytic combustor
EA000250B1 (en) Flameless combustor
NL7905597A (en) PROCESS FOR EXTRACTING ENERGY FROM GAS WITH LOW HEATING VALUE.
US5410990A (en) Reversed dual throughflow of air for primary reactors of cyclic char burning engines and gasifiers
JPH0114806B2 (en)
US883131A (en) Gas-producer.
RU2027100C1 (en) Method of burning solid fuel

Legal Events

Date Code Title Description
BV The patent application has lapsed