NL8006848A - Werkwijze en inrichting voor de winning van energie uit gas van lage verhittingswaarde. - Google Patents

Description

f ί*., * N.O. 29737 1

Werkwijze en inrichting voor het winnen van energie uit gas met lage verwarmingswaarde.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op het winnen van energie uit gas met een geringe verwarmingswaarde. De uitvinding is bijzonder geschikt voor de winning van energie in gassen, die bij een in-situ verbrandings_ 5 proces voor de produktie van olie uit ondergrondse koolstof houdende afzettingen en meer in het bijzonder uit ondergrondse afzettingen van olie en leisteenolie worden voortgebracht.

Eén methode voor het vergroten van de produktie van 10 zware ruwe oliën met grote viscositeit uit ondergrondse 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 olie bevat. De olie in de formatie wordt grenzend aan de injec-15 tieput ontstoken volgens één van de bekende methoden, zoals bijvoorbeeld beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3.172.A-72. Injectie van lucht wordt voortgezet na de ontsteking om een deel van de olie in de formatie te verbranden en de druk in de formatie grenzend aan de injec-20 tieput 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·

De door verbranding van een deel van de olie in de forma-25 tie vrijgekomen warmte verwarmt de formatie en de olie, waarbij de viscositeit van de olie aanzienlijk verminderd wordt door de hoge temperatuur, het kraken van de olie en door oplossing in de olie van koolwaterstaoffen met laag molecuulgewicht, die bij het kraken zijn gevormd. De 30 verminderde viscositiet en de druk van de geïnjecteerde gassen doet de olie door de ondergrondse formatie stromen naar een produktieput.

Tijdens in-situ verbrandingsprocessen beweegt het ver-brandingsfront, waarbij olie in de formatie wordt verbrand, 35 niet radiaal naar buiten vanaf de injectieput met een gelijkmatige snelheid in alle richtingen. Gewoonlijk zal het oliereservoir in permeabiliteit en olieverzadiging van de 8006848 2 ene plaats tot de andere tussen de infectie- en produk-tieputten variëren. Een deel van de geïnjecteerde lucht gaat in de vorm van vingers door de formatie naar een produktieput en verbranding heeft plaats aan de grens-5 vlakken van de vingers. Er is gewoonlijk een doorbraak van verbrandingsprodukten als een verbrandingsgas lang voordat de produktie van olie volgens het in-situ proces voltooid is. Vluchtige bestanddelen in de olie of gevormd bij het kraken van de olie, worden meegesleept in de ge-10 injecteerde lucht of verbrandingsgassen en daardoor overgebracht naar de produktieput. Al deze factoren dragen bij tot variaties in de samenstelling en verwarmingswaarde van het gas dat van tijd tot tijd tijdens een in-situ verbranding wordt geproduceerd voor de produktie van olie 15 uit een reservoir. Dergelijke variaties kunnen resulteren in periodieke toenamen van 100% of meer in de verwarmings-voorwaarde van het geproduceerde gas.

De bij de produktieput voortgebrachte stromen worden gescheiden tot vloeibare aardolieprodukten, die afgege-20 ven 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 EHV gas uit de in-situ verbranding bevatten geringe concentraties aan methaan en koolwater-25 stoffen met 2 tot 6 koolstofatomen, alsmede stikstof, koolstofdioxide, zwavelverbindingen, zoals waterstofsulfide, mercaptan en carbonylsulfide en in sommige gevallen een kleine hoeveelheid koolstofmonoxide en sporen zuurstof. Deze gasvormige produkten vormen de brandstof 50 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 in de produkten van een 55 in-situ verbrandingsproces volledig wordt benut. Bovendien heeft de verscherping van wetten met betrekking tot verontreiniging van de atmosfeer stringentere beperkingen opgelegd aan de hoeveelheid koolstofmonoxide, de zwavel-verbindingen, die veelal in de gasvormige produkten aan-40 wezig zijn en koolwaterstoffen anders dan methaan, die 8006848 4* » 3 * naar de atmosfeer kunnen worden geloosd.

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 3 in een ondergrondse olie-leisteenafzetting door middel 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 op-10 waarts door de put naar het oppervlak te dwingen.

De samenstelling van de met de olie geproduceerde gassen verschilt van de gassamenstelling verkregen bij een gebruikelijk in-situ verbrandingsproces in een oliereservoir. Vanwege de verschillende gassamenstelling is men 15 volgens dit Amerikaanse octrooischrift in staat het afval-gas direct te verbranden in een vlamverbrandingsinrichting van een gasturbine, die gebruikt wordt om een luchtcompressor aan te drijven. ·

In het Amerikaanse octrooischrift 2.449.096 wordt een 20 werkwijze beschreven voor de winning van energie uit gas, dat wordt afgevoerd uit een regenerator in een gefluidi-seerd katalytisch kraakproces..De hete gassen van de generator worden eerst in tegenstroom met een niet vluchtige olie in een wasser geleid, waarbij slechts een kleine hoe-25 veelheid koolwaterstoffen in het gas wordt achtergelaten.

Het gas met meegesleepte koolwaterstoffen wordt door een katalytische oxidatie-inrichting geleid voor verbranding van de koolwaterstoffen en de verbrandingsprodukten worden hetzij afgeleverd aan een turbine voor directe energie-30 winning hetzij naar een stoomgenerator.

In het Amerikaanse octrooischrift 2.859»954* wordt een energiewinningssysteem beschreven voor een hoogoven, waarbij hoogovengas wordt gecomprimeerd, verbrand, en vervolgens geëxpandeerd in een turbine om energie te ver-35 schaffen voor het comprimeren 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 verdunde mengsels met inerte gassen dan methaan. Het hoog-40 ovengas, dat gewoonlijk een verwarmingswaarde heeft van 8006848 » 4 meer dan 3350 kJ/m^ wordt volgens dit octrooischrift verbrand in verbrandingsinrichtingen van het vlamtype voor het vrijmaken van thermische energie·

In het Amerikaanse octrooischrift 3*928.961 wordt de 5 katalytische verbranding van brandstoffen beschreven voor het aandrdjven van gasturbines. De werkwijze volgens dit octrooischrift heeft betrekking op katalytische oxidaties bij een temperatuur in het traject van 927 tot 1758°C, bij voorkeur in het traject van 1093 tot 1647°0» beschreven 10 als het zelfontbrandingstraject. Die temperatuur is voldoende hoog om thermische verbranding te initiëren, maar niet hoog genoeg om een aanzienlijke vorming van stikstofoxiden te veroorzaken. Verbranding volgens deze werkwijze is in de eerste plaats een thermische verbranding. Lucht 15 in een tenminste stoichiometrisch equivalent ten opzichte van de brandstof wordt gebruikt om de oxidatie te voltooien. Wanneer de verbranding gebruikt wordt voor gasturbine toepassingen, is de gewichtsverhouding lucht tot brandstof ver boven de stoichiometrische verhouding en 20 varieert van ongeveer 30:1 tot 200 of meer tot 1. Omdat de verbranding van de brandstof constant is veroorzaakt de overmaat zuurstof in het lucht-brandstofmengsel geen grote variaties in de temperatuur van de verbrandingsproduk-ten.

25 Omdat leisteenolie permeabel is vereisen in-situ ver brandingsprocessen voor de winning van olie uit leisteenolie dat permeabiliteit van de leisteen tot stand wordt gebracht, voordat de in-situ verbranding wordt begonnen. Het verdient de voorkeur, dat de permeabiliteit tot stand 30 wordt gebracht door leisteen in een geselecteerd gedeelte van de leisteenafzetting tot puin te verwerken voor de vorming van een ondergronds retort. Verbranding van leisteen in de retort om leisteenolie vrij te maken wordt bij voorkeur tot stand gebracht bij lagefdrukken om gas lekkage T* 35 na/aangrenzende retorten te vermijden, die tot puin worden verwerkt. Gassen afgevoerd uit retorten voor in-situ verbrandingsprocessen voor leisteenolieproduktie zijn daarom gewoonlijk bij te lage drukken voor directe aflevering naar gasturbines voor energiewinning.

40 Gebruikelijke in-situ verbrandingsprocessen voor de 8 0 0 6 8 4 8 « * 5 winning van olie uit leisteenolie zijn beschreven in de Amerikaanse octrooischriften 2.780,449 en 3*001,776.

De onderhavige uitvinding is gelegen in een werkwijze en inrichting voor het winnen van energie uit LHV gas, bij 5 voorkeur LHV gas afgevoerd uit produktieputten van in-situ verbrandingsprocessen voor de olieproduktie. Het LHV gas wordt voorverhit tot een temperatuur hoger dan ongeveer 204°C, gemengd met een beperkte hoeveelheid lucht en het mengsel wordt afgeleverd aan een katalytische verbrandings-10 ruimte, waarin brandbare bestanddelen in het LHV gas worden verbrand. De hoeveelheid lucht gemengd met het EÏÏV gas is lager dan het stoichiometrische equivalent van de brandbare produkten in het LHV gas en beperkt daarbij de hoeveelheid verbranding en de maximum temperatuur, die kan 15 voorkomen in de verbrandingsruimte. Bij een voorkeursuitvoeringsvorm wordt het LHV gas verbrand in een primaire en een secundaire katalytische verbrandingsruimte met ongeveer 50% van de totale hoeveelheid lucht toegevoerd aan elke verbrandingsruimte. Hete gassen afgevoerd uit de 20 primaire katalytische verbrandingsruimte worden gekoeld tot een zodanige temperatuur, dat bij menging met lucht voor de tweede verbrandingstrap het verkregen secundaire verbrandingsmengsel een temperatuur zal hebben, die geschikt is voor toevoer aan de secundaire katalytische ver-25 brandingsruimte. Het secundaire verbrandingsmengsel xvordt afgeleverd aan de secundaire katalytische verbrandingsruimte voor verbranding van brandbaar materiaal, dat in het gas is achtergebleven. De uit de tweede verbrandingsruimte afgevoerde verbrandingsprodukten worden uitgezet 30 in een turbine voor het opwekken van energie.

Figuur 1 van de tekeningen is een schematisch stro-mingsdiagram van een voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding, zoals gebruikt voor de winning van energie uit LHV gas af gevoerd bij een in-situ verbran-35 dingssysteem voor de winning van olie uit een ondergronds oliereservoir.

Figuur 2 van de tekeningen is een schematisch stro-mingsdiagram van een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding, waarbij de verbrandingsprodukten stoom opwek-40 ken, die gebruikt wordt voor de aandrijving van een turbine.

8006848 δ

Figuur 3 is een grafiek, die de variatie laat zien in de verwarmingswaarde van gassen geproduceerd "bij een in-situ verbrandingsproces voor de winning van olie uit een oliereservoir over een periode van twee-eneenhalf 5 daar.

Volgens figuur 1 wordt een ondergronds 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 aan-10 wezig is. Stromen verkregen uit de produktieput 12 worden door een leiding 16 naar een scheidingsinrichting 18 ge- sa voerd, waarin het verkregen LHV gas gescheiden wordt van vloeistoffen, die door put 12 zijn voortgebracht. De vloeistoffen worden afgevoerd aan het ondereinde van de schei-15 dingsinrichting 18 naar een leveringsleiding 20 en het LHV gas wordt boven uit de scheidingsinrichting afgevoerd in een toevoer leiding 22. Het zal gewoonlijk wenselijk zijn het gas van de scheidingsinrichting 18 te leiden door een niet aangegeven geschikte gasreiniger, om vaste deeltjes, 20 katalysatorgiften of andere ongewenste bestanddelen te verwijderen voordat aflevering plaats heeft naar leiding 22. Een stromingsregelingsinrichting 23 handhaaft een constante stroomsnelheid van het LHV gas naar de hierna beschreven turbine.

25 Gebruikelijke koolwaterstofconcentraties in het LHV

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 minder dan 2%. In de in het LHV gas aanwezige concentra-30 ties wordt een stabiele verbranding van methaan en de andere koolwaterstoffen net laag molecuul gewicht verkregen bij de in-situ produktie slechts bij aanwezigheid van een katalysator verkregen. De verwarmingswaarde van het LHV gas, verkregen van een in-situ verbranding in oliereser-35 voirs kan variëren van 185 tot 2985 kJ/m^ en zal gewoonlijk liggen in een traject van 1490 tot 2610 kJ/m^, een traject, waarbij deze werkwijze bijzonder geschikt is. Bij sommige gelegenheden, gewoonlijk gedurende korte perioden kan de verwarmingswaarde stijgen tot 3725 kJ/m^. LHV gas 40 met een verwarmingswaarde boven 560 kJ/n^ kan verbrand 8006848 * 4 7 worden in een katalytische verbrandingsinrichting zonder uitwendige warmtebron. Wanneer andere warmtebronnen beschikbaar zijn voor het verschaffen van de extra voorver-hitting, kan LHV gas met een verwarmingswaarde van slechts 5 185 kJ/m^ geoxydeerd worden in katalytische verbrandings ruimten.

Voor het meest doelmatige gebruik bij het aandrijven van een gasturbine voor het comprimeren van lucht, toegepast bij het in-situ verbrandingsproces, dienen bijvoor--10 beeld de gassen afgevoerd uit de scheidingsinrichting 18 een druk te bezitten van tenminste 516 kPa. Wanneer het gas bij een lagere druk is, wordt een deel van de energie gebruikt voor het comprimeren van het LHV gas tot een druk, die hoog genoeg is om een turbine aan te drijven, 15 echter kan LHV gas bij lagere drukken een aanzienlijke hoeveelheid energie bevatten, die gebruikt .kan worden voor het leveren van warmte aan thermische behandelings-inrichtingen en andere olieveld apparatuur of voor het ontwikkelen van energie door levering van warmte voor stoom-20 opwekking bij een voldoende hoge druk om een turbine aan te drijven, De druk in de produktieputten van een in-situ verbrandingsproces in een oliereservoir varieert gewoonlijk van enigszins boven atmosferische druk tot 5516 kPa.

De druk is afhankelijk, tenminste ten dele van de diepte 25 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 lijden van nadelen van hoge kosten voor het comprimeren van de lucht, geïnjecteerd in de ondergrondse formatie.

50 Tijdens het opstarten wordt het gas in leiding 22 door een verhitter 26 geleid. Een brandstof, zoals LPG, toegevoerd door leiding 28 wordt in de verhitter 26 verbrand om de temperatuur van het LHV gas op te voeren tot een zodanige temperatuur, dat na menging met primaire ver-55 brandingslucht oxydatie zal plaats hebben bij contact met de hierna beschreven oxydatie katalysator. De verhitter 26 wordt alleen tijdens het opstarten gebruikt en nadat oxydatie van het LHV gas begint wordt de verhitter 26 overgeslagen door het LEV uit leiding 22 door omlooplei-40 ding 30 te doen gaan.

8 00 68 4 8 8

Het uit de verhitter 26 afgevoerde LHV gas wordt door leiding 32 toegevoerd aan een warmte uitwisselaar 34* Geen warmte overdracht naar het LHV gas heeft plaats in de warmte uitwisselaar 34 tot nadat de verbranding begonnen 5 is in de katalytische verbrandingsruimte, als hierna beschreven. Na passage door de warmte uitwisselaar 34 wordt het LHV gas gemengd met gecomprimeerde lucht toegevoerd door leiding 35 en Het mengsel wordt door leiding 36 toegevoerd aan een primaire katalytische verbrandingsruimte 10 38. De temperatuur van het naar de verbrandingsruimte 38 toegevoerde gas dient in het traject van ongeveer 205 tot 427°C te zijn, waarbij oxydatie geïniteerd zal worden bij contact van het LHV gas met de katalysator. Gewoonlijk zal de inlaattemperatuur in het bovenste deel van dat tempe-15 ratuurtraject zijn. Adiabatische compriméring van lucht tot een druk van 517 kPa zal de temperatuur tot ongeveer 204°C doen oplopen; dientengevolge kan het noodzakelijk zijn het LHV gas tot iets hoger dan ongeveer 427°C in de warmte-uitwisselaar 34 te verhitten voor het verkrijgen van de ge-20 wenste temperatuur van het gasmengsel.

In een katalytische oxydatieruimte, die de voorkeur verdient, is platina afgezet op de oppervlakken van een in de handel verkrijgbare keramische katalysatordrager van het honingraat ;ype, opgesteld in een primaire verbrandings-25 ruimte 38 in een reeks dwarse platen 39 gescheiden van elkaar door vrije ruimten 40. De vrije ruimten tussen de platen zijn ontworpen om het gelijk maken van de temperatuur van de gassen tussen de platen moge lijk te maken en daarbij de ontwikkeling van hete plaatsen zo klein mogelijk te 30 houden; echter is een bevredigende toepassing verkregen met rakende aangrenzende platen. De katalysatordrager van het honingraat.type is doelmatig, doordat grote doorvoeren met een lage drukval door de katalysator mogelijk worden gemaakt. In een gebruikelijke verbrandingskamer kunnen 10 tot 35 20 of zelfs meer platen 39 aanwezig zijn. Een katalysator die gebruikt kan worden is beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3*870.455* De aangegeven opstelling en katalysator verdienen de voorkeur voor toepassing bij de onderhavige uitvinding; echter is de onderhavige uitvinding niet 40 beperkt tot het gebruik van een bijzondere katalysator.

8006848 + * 9

Andere oxydatie katalysatoren aangebracht op andere dragers kunnen gebruikt worden. Bijvoorbeeld kunnen katalysatoren, die cobalt of lanthaan bevatten als de katalytisch werkzame bestanddelen aangebracht op dragers van het honing-5 raat· of sponstype, gebruikt worden. Andere katalysatoren die gebruikt kunnen worden zijn beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3*565-830. Oxydatie katalysatoren gebruikt bij temperaturen hoger dan 1095°C zijn beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3*928.961.

10· De gassen worden uit de verbrandingsruimte 38 afge voerd bij een maximum temperatuur van bij voorkeur ongeveer 870°C door leiding 41. De maximum temperatuur wordt beperkt door de hoogste temperatuur, die de katalysator kan doorstaan gedurende lange bedrijfsperioden zonder achteruitgang 15 en wordt geregeld door de hoeveelheid lucht gemengd met het LHV gas toegevoerd aan de verbrandingsruimte 38. Oxydatie katalysatoren, die voor de onderhavige uitvinding de voorkeur verdienen, waarbij verbrandingsproducten geleid worden door een gasturbine, die bestaan uit platina op een 20 keramische drager kunnen hogere temperaturen dan 871°C gedurende korte perioden doorstaan, maar hun levensduur wordt verkort door voortgezet gebruik bij de hogere temperaturen. Het LEV gas wordt door leiding 41 toegevoerd aan de warmte uitwisselaar 34 en daarin in indirect warmte uit-25 wisselingscontact geleid met het oorspronkelijke mengsel van lucht en LHV gas toegevoerd aan de warmte uitwisselaar door leiding 32. Het partieel geoxydeerde LHV gas wordt uit de warmte uitwisselaar 34 afgevoerd bij een temperatuur, die bij voorkeur ongeveer 425°C bedraagt, en toegevoerd na 30 menging met secundaire verbrandingslucht toegevoerd door leiding 42 via leiding 44 naar een secundaire katalytische verbrandingsruimte 46. De secundaire katalytische verbrandingsruimte 46 kan identiek zijn aan de primaire katalytische verbrandingsruimte 38. 2oals hiervoor vermeld is 35 de h(heelheid lucht toegevoerd door leiding 42 bij voorkeur ongeveer de helft van de totale hoeveelheid lucht ter verdere oxydatie van het LHV gas. De oxydatie van brandbare bestanddelen in het partieel geoxydeerd LHV gas afkomstig van de warmte uitwisselaar 34 heeft plaats in de secun-. , Door beperking van de 40 daire verbrandingsruimte 46. / totale luchtstroom naar de 8006848 1° primaire en secundaire katalytische verbrandingsruimten tot een hoeveelheid, die enigszins (bijvoorbeeld 5%) lager is dan het stoichiometrische equivalent van een LHV gas verwarmingswaarde, die de maximum toelaatbare temperatuur-5 stijging zou veroorzaken, worden overmatige temperaturen in de katalytische verbrandingsruimten voorkomen zelfs hoewel de samenstelling van het LHV gasuim kan variëren.

In de secundaire verbrandingsruimte afgegeven warmte 10 kan de temperatuur van de gassen verhogen tot bijvoorbeeld ongeveer 871°C bij de afvoerleiding 48 uit de secundaire verbrandingsruimte. Gewoonlijk zal het gewenst zijn de gassen in leiding 48 te koelen om de temperatuur van de gassen te verminderen tot een temperatuur, die een veiligheidsmarge 15 verschaft onder de maximum bedrijfstemperatuur van gasturbine §§mSI|iilu5‘^iniisz^&I,^i. l£itie^§£$êraturen tot ongeveer 1095°G te doorstaan; het verdient echter de voorkeur de temperatuur van de gassen te verlagen tot 760°C tot 874°C door verdunning met lucht voor aflevering aan de turbine.

20 De gewenste koeling kan tot stand worden gebracht door koelende lucht uit leiding 50 in te voeren in leiding 48.

De temperatuur, waarbij de verbrandingsprodukten de secundaire verbrandingsruimte verlaten is ver beneden de temperatuur die vereist is om die partieel verbrande gassen 25 met lage verwarmingswaarde bij afwezigheid van een katalysator te ontsteken; dientengevolge is er geen gevaar van verdere verbranding met daaruit volgensde ontwikkeling van overmatige temperaturen, die plaats hebben bij menging met lucht uit leiding 50 met de hete gassen in leiding 48 zelfs 50 hoewel de hete gassen gewoonlijk niet verbrande brandbare bestanddelen bevatten. De lucht, die door leiding 50 wordt ingevoerd is derhalve liever koelende lucht dan verbrandingslucht.

Uit figuur 3 van de tekeningen blijkt, dat de verwar-55 mingswaarde van het LHV gas voortgebracht tijdens een gebruikelijk in-situ verbrandingsproces aanzienlijk varieert.

Het grootste deel van de bedrijfsduur van 2,5 jaar aangegeven in figuur 3 bezat het LHV gas voortgebracht volgens het in-situ proces een verwarmingswaarde van meer dan on-40 geveer 2050 kJ/m^; echter was de verhittingswaarde veelal 8006848 ·· * 11 in het traject van 2500 kJ/m^ en in één geval toegenomen tot meer dan 3725 kJ/m^. Op andere tijdstippen daalde de verwarmingswaarde beneden 1860 kJ/m^. De grote veranderingen in de LH? gas samenstelling brengen problemen teweeg voor 5 het regelen van de temperatuur om overmatige temperaturen te voorkomen, die de katalysator of de gasturbine zouden beschadigen en toch de gasturbine onder optimum omstandigheden te laten werken. Voor het regelen van de maximum temperatuur, die bereikt kan worden en ook om een gelijkwaar-10 dige temperatuur te handhaven, worden de katalytische verbrandingsruimten toegepast met minder lucht dan het stoi-chiometrische equivalent van de brandbare bestanddelen in het LH? gas. Op deze wijze bepaalt de hoeveelheid lucht toegevoerd aan de katalytische verbrandingsruimten de maximum 15 temperatuurstijging in de katalytische verbrandingsruimten en dientengevolge de maximum temperatuur, die bereikt wordt.

Wanneer de maximum toelaatbare temperatuur in de katalytische verbrandingsruimte 871°0 is, zal de hoeveelheid 20 lucht gemengd met het koude LEV gas, dat de primaire verbrandingsruimte 38 binnen treedt, zodanig zijn, dat wanneer de zuurstof in de lucht volledig verbruikt is bij het verbranden van brandbare bestanddelen in het LH? gas, de temperatuur in de verbrandingsruimte niet 871°C zal over-' 25 schrijden.

Wanneer oxydatie katalysatoren met een aanvaardbare levensduur, indien gebruikt bij hogere temperaturen voor het verbranden van LH? gas dienen te worden gebruikt, en de verwarmingswaarde van het LHV gas moet voldoende hoog zijn 30 om de temperatuur van de verbrandingsprodukten te doen stijgen boven de maximum bedrijfstemperatuur van de katalysator, kan de hoeveelheid lucht toegevoerd aan de verbrandingsruimten vergroot worden en daarbij de maximum temperatuur, die bereikt kan worden in de verbrandingsruimten, 35 verhogen. De hoeveelheid lucht zal minder zijn dan het stoichiometrische equivalent van het LH? gas om de gewenste temperatuurregeling te handhaven.

Aannemende dat het LH? gas in leiding 32 naar de voor-verhitter 3^ op een temperatuur van 380°G is en de maximum 4-0 toelaatbare katalysatortemperatuur 871°C is, kan de 8006848 12 maximum totale hoeveelheid lucht gemengd met het LHV gas, dat de primaire verbrandingsruimte 38 binnentreedt en met de hete verbrandingsprodukten uit die verbrandingsruimte toegevoerd aan de secundaire verbrandingsruimte, zuurstof 5 bevatten in een stoichiometrisch hoeveelheid equivalent aan de brandbare bestanddelen in het LÏÏV gas met een ver- % warmingswaarde van ongeveer 1860 kJ/m . Wanneer de ver-warmingswaarde van het IKV gas moet zijn zoals bij de hiervoor vermelde veldproef, dient de hoeveelheid lucht lager 10 te zijn dan de stoichiometrisch hoeveelheid equivalent aan de brandbare bestanddelen in het IKV gas gedurende ongeveer 90% van de tijd. Bij voorkeur worden ongeveer 50% van de totale hoeveelheid verbrandingslucht in het systeem gevoerd door menging met het IKV gas vóór toelevering aan de 15 primaire verbrandingsruimte en de rest wordt gemengd met de verbrandingsprodukten van de primaire verbrandingsruimte vóór toelevering aan de secundaire verbrandingsruimte.

Terwijl de luchtsnelheid geregeld wordt beperkt de menging met het IKV gas ingevoerd in de primaire en in de 20 secundaire katalytische verbrandingsruimten bij een snelheid, die lager is dan het stoichiometrische equivalent van de normale IKV gas samenstelling, de maximum temperatuurstijging in de verbrandingsruimten en is doelmatig bij de bescherming van de katalysator tegen temperatuurstijgingen, 25 die anders zouden resulteren uit toenamen in de verwarmings-waarde van het IKV gas, is een nauwkeurige regeling om een constante massastromingssnelheid en temperatuur van het gas toegevoerd aan de turbine gewenst voor de meest doelmatige toepassing van de turbine.

30 Een stromingsregelaar 24 in leiding 22 uit de schel der 18 handhaaft de gewenste stromingssnelheid van IKV gas in het systeem. Aangezien de lucht stromingssnelheid naar de verbrandingsruimten constant is, wijst een daling in de temperatuur van de gassen afgevoerd uit de secundaire ka-35 'talytische verbrandingsruimte erop, dat de brandbare bestanddelen in het IKV gas kleiner zijn dan het stoichiometrische equivalent van de verbrandingslucht toegevoerd aan het systeem. De gewenste temperatuur kan verkregen worden met weinig verandering in de massastromingssnelheid door 40 een hulpbrandstof aan het systeem toe te voeren. Een tempe- 8 0 0 6 8 4 8 13 ratuurvoeler 53 in. leiding 48 grenzend aan liet afvoereinde van de secundaire verbrandingsruimte 46 kan verbonden zijn om een stromingscontroleklep 55 in een hulpbrandstofleiding 57 in werking te stellen. Wanneer de temperatuur in 5 leiding 48 zou dalen, zou de temperatuurvoeler 53 de stro-mingsregelingsklep 55 activeren om bet mengsel toegevoerd aan de secundaire verbrandingsruimte 46 te verrijken. Voor bet verschaffen van een stabiel bedrijf zullen de regelingen voldoende hulpbrandstof injecteren om de verwarmingswaarde 10 van bet LHV gas toegevoerd aan de verbrandingsruimten te vergroten met een zodanige boeveelbeid, dat de lucbt enigszins lager is dan bet stoicbiometrische equivalent van de totale brandbare bestanddelen in bet LHV gas en de hulpbrandstof. Ook kan een koolwatersofanalyse inrichting 15 geïnstalleerd worden om een monster-leiding 22 te ont trekken en bet koolwater stof gehalte te bepalen en daaruit de verwarmingswaarde van bet LHV gas. Een signaal, dat wordt opgewekt door de koolwaterstofanalyse inrichting kan gebruikt worden om de klep 55 te regelen. Het is duidelijk dat 20 de bulpbrandstof aan bet systeem kan worden toegevoerd bij elk punt stroomopwaarts van de secundaire katalytische verbrandingsruimte, zoals in leiding 22. Gewoonlijk zal de bulpbrandstof aardgas of LPG zijn. De verwarmingswaarden van aardgas en LPG zijn boog en de concentratie van inerte 25 bestanddelen in deze brandstoffen is gering; dientengevolge kan een gewenste toename in de temperatuur van de verbran-dingsprodukten verkregen worden met een verwaarloosbare verandering in de massastromingssnelheid naar de turbine.

De bete gassen worden in de turbine uitgezet tot vrij-30 wel atmosferische druk en gassen uit de turbine worden naar de atmosfeer afgevoerd. Indien noodzakelijk kunnen gassen afgevoerd uit de turbine door een geschikte wasser geleid worden om verontreinigingen te verwijderen voordat lozing naar de atmosfeer plaats beeft. De uit turbine 52 afge-35 voerde gassen zullen warm zijn en kunnen door een warmte uitwisselaar geleid worden om desgewenst warmte te leveren voor bet proces of een ander gebruik.

Door turbine 52 voortgebrachte energie wordt gebruikt om lucbt, toe gepast bij de verbranding van bet LHV gas en bij 40 bet in-situ verbrandingsproces, te comprimeren. In de toe- 8 0 0 6 8 4 8 14 gelichte uitvoeringsvorm is de turbine aangegeven als direct verbonden om een lagedruk compressor 54 aan te drijven, die lucht comprimeert tot een druk die de werkdruk van de katalytische verbrandingsruimte 58 voldoende over-5 schrlj.dt voor een gemakkelijke regeling van de luchtstroming in het systeem. Die lucht wordt toegevoerd aan een kamer 56, waarmee de leidingen 55» 42 en 50 zijn verbonden voor afgifte van lucht indien noodzakelijk voor de verbranding van het LHV gas en daarop volgende koeling van de 10 verbrandingsprodukten uit de secundaire verbrandingsruimte.

(Turbine 52 drijft voorts een hogedruk compressor 58 aan, die lucht comprimeert voor gebruik bij het in-situ verbrandingsproces. Lucht gecomprimeerd in compressor 54 in overmaat van de lucht vereist voor de verbranding van 15 het LHV gas en koeling wordt onttrokken aan de compressor 54 en toegevoerd aan compressor 58 door een leiding 59* Leiding 59 is voorzien van stromingsregelingsorganen aangegeven door klep 61 voor het regelen van de stroming van aan · een compressor 58 onttrokken lucht. Bij een voorkeursop-20 stelling comprimeert de compressor 58 van het turbine type lucht tot een onmiddellijke druk in de orde grootte van 1750 tot 2100 kPa en die lucht wordt door leiding 60 toegevoerd aan een centrifugale of heen en weer gaande compressor 62 voor verdere comprimering tot een druk, die 25 gewoonlijk ligt in het traject van 14000 tot 21000 kPa. De druk, waartoe de lucht door compressor 62 wordt gecomprimeerd zal afhangen van het bijzondere in-situ verbrandingsproces en zal variëren met verschillende parameters van het in-situ verbrandingsproces, zoals de diepte van de onder-50 grondse formatie, waarin de lucht dient te worden geïnjecteerd, de viscositeit van de olie, de permeabiliteit van de ondergrondse formatie, de injectiesnelheid van de lucht in de formatie en de gewenste druk bij de produktieput.

Lucht uit compressor 62 wordt door leiding 64 toegevoerd 55 aan de injectieput 14. Bij een andere opstelling is de luchtcompressor 58 geconstrueerd om onttrekking van lucht mogelijk te maken aan een tussentijdse trap van de compressor bij een lage druk voor gebruik bij de verbranding van het LHV gas. Met die opstelling zal een lagedruk compres-40 sor 54 niet noodzakelijk zijn.

8 0 0 6 8 4 8 15

Terwijl lucht, toegevoerd in een mate die kleiner is dan het stoichiometrische equivalent van de "brandbare "bestanddelen in het IHV gas enig verlies van de potentiële energie "beschikbaar in de "brandbare bestanddelen in het 5 LHV gas veroorzaakt, wordt het belang van een dergelijk verlies geminimaliseerd door het voordeel in de gecomprimeerde lucht, die beschikbaar wordt gemaakt voor toepassing bij het in-situ verbrandingsproces. Indien lucht zou worden toegevoerd aan de katalytische verbrandingsruimten in een 10 mate, die equivalent is aan het stoichiometrische equivalent van het IHV gas met een verwarmingswaarde van bijvoorbeeld 2600 kJ/m^ en de maximum toelaatbare temperatuur in de gasturbine 871 °C bleef, zou het noodzakelijk zijn het gas te koelen, dat wordt afgevoerd uit de secundaire ver-15 brandingsruimte vóór toevoering aan de turbine. Wanneer lucht uit de compressor 54 gebruikt zou worden om de ver-brandingsprodukten te verdunnen en deze daarbij te koelen tot de gewenste temperatuur voor toelevering aan de gasturbine, zou dergelijke lucht de hoeveelheid lucht geleverd 20 door compressor 54 aan compressor 58 voor gebruik bij het in-situ verbrandingsproces verminderen.

Het is een belangrijk voordeel van de onderhavige uitvinding, dat de gewenste veiligheden tegen temperatuur en stromingssnelheidsvariaties en overmatige temperaturen 25 verkregen kunnen worden, terwijl voldaan wordt aan de gebruikelijke anti-verontreinigingsregelingen. Waterstofsulfide en de koolwaterstoffen met een vrij groot molecuulge-wicht worden in vergelijking met methaan bij voorkeur ge-oxydeerd in de katalytische verbrandingsruimten. Het niet 50 geoxydeerde brandbare materiaal afgevoerd uit de secundaire verbrandingsruimte is vanwege het te kort aan lucht vrijwel geheel methaan, een gas, dat gewoonlijk niet onderworpen is aan anti-verontreinigingsregelingen.

Als een voorbeeld van de voorkeurs oxydatie van de 55 koolwaterstoffen met een groter molecuulgewicht dan methaan, met een koolwaterstof gas-lucht mengsel in aanraking met een platina katalysator afgezet op een keramische drager doorgeleid bij een inlaattemperatuur van 449°C en een maximum temperatuur van 778°C. De koolwaterstoffen werden met 40 ongeveer 50% van de stoichiometrische hoeveelheid lucht 8006848 16 gemengd, waardij een mengsel verkregen wordt met een ernstig tekort aan lucht. De samenstelling van de koolwaterstoffen, de samenstelling van de uitlaatprodukten en het percentage omzetting van elk van de koolwaterstoffen 5 zijn hierna gegeven:

Tabel A

koolwaterstof omzetting toevoersamen- afvoersamen- % omzetting stelling stelling 10 methaan 1,09% 0,97% 11.00 ethaan 0,22% 0,15% 31,8 propaan 0,34·% 0,19% 44,1 isohutaan 0,06% 0,03% 50,0 n-hutaan 0,22% 0,10% 54,5 15 is opentaan 0,06% 0% 100,0 n-pentaan 0,08% 0% 100,0

Soortgelijke proven werden uitgevoerd met grotere equivalentieverhoudingen (verhouding van de hoeveelheid toegevoerde lucht tot de hoeveelheid lucht stoichiometrisch 20 equivalent aan de brandbare produkten in het gas). De resultaten zijn voorgesteld in de tabellen B en C:

Tabel B

koolwaterstofomzetting toevoersamen- afvoersamen- % omzetting 25 stelling stelling methaan 3,54% 0,47% 87% ethaan 0,39% 0% 100% propaan 0,32% 0% 100% isobutaan 0,11% 0% 100% 30 n-butaan 0,24% 0% 100% isopentaan 0,14% 0% 100% n-pentaan 0,16% 0% 100% equivalentieverhouding = 0,96 8006848

V

Tabel G

koolwaterstofomzetting toevoersamen- afvoersamen- % omzetting stelling stelling 5 methaan 3*62% 2,23% 38% ethaan 0,4-0% 0,16% 60% propaan 0,28% 0,06% 79% isobutaan 0,09% 0% 100% n-butaan 0,18% 0% 100% 10 isopentaan 0,08% 0% 100% n-pentaan 0,07% 0% 100% equivalentieverhouding = 0,60 Het is uit de resultaten aangegeven in de tabellen A, B en C duidelijk, dat zelfs met een tekort aan lucht, 15 ernstiger dan normaal veroorzaakt zou zijn door een plotselinge toename in brandbare bestanddelen in het LHV gas, de voorkeursverwijdering van de zwaarste koolwaterstoffen uit het LHV gas bewerkstelligd werd in de katalytische verbrandingsruimte. Verbranding van methaan bleef ver 20 achter de verbranding van andere koolwaterstoffen. Wanneer de equivalentieverhouding toenam tot het gewoonlijk gebruikte traject worden de koolwaterstoffen anders dan methaan nagenoeg volledig verbruikt. De onderhavige uitvinding is daarom bijzonder doelmatig, wanneer de beschikbare brand-25 stof varieert in verwarmingswaarde en bestaat uit een mengsel van brandbare bestanddelen, die methaan bevatten als een van de brandbare bestanddelen.

Een belangrijk voordeel van de werkwijze van de onderhavige uitvinding bij het gebruik van LHV gas afkomstig 30 van in-situ verbrandingsprocessen, waaruit het LHV gas wordt voortgebracht bij drukken, bij voorkeur groter dan 525 kPa, voldoende hoog om een gasturbine aan te drijven, is dat het gebruik van energie in het LHV gas meer doelmatig is dan in gas van een hogere verwarmingswaarde. Wan-35 neer brandstoffen van een hoge verwarmingswaarde, zoals aardgas, gebruikt worden in gasturbines, is de lucht tot brandstofverhouding hoog, zoals 4-0 tot 1 of hoger, om de verbrandingsprodukten te verdunnen en daarbij temperaturen hoger dan de turbinebladen kunnen doorstaan, te vermijden.

4-0 Een aanzienlijk deel van de door de turbine voortgebrachte 8006848 .. 18 energie wordt gebruikt om de verdunningslucht te comprimeren voor menging met de hete gassen vóór afgifte aan de turbine. Daarentegen bevat het LHV gas inerte gassen, die dienst zullen doen als het verdunningsmiddel om overmatige 5 temperaturen in de turbine te helpen vermijden, en het is noodzakelijk slechts zeer weinig verdunningslucht naast lucht vereist voor de verbranding van de brandbare bestanddelen in het LEV gas te comprimeren.

De temperatuurstijging, die plaats heeft bij verbranding 10 van een LHV gas van 1860 kJ/m^ met stoichiometrische lucht is ongeveer 774-°C. Omdat het noodzakelijk is, dat de temperatuur van het LHV-luchtmengsel toegevoerd aan de katalysator tenminste 204°C is, en bij voorkeur in het traject van 316°C tot 427°C, zal verbranding van een gas met 1860 15 kJ/m^ in een enkele trap katalysatortemperaturen veroorzaken, die 871'°C aanzienlijk overschrijden. Daarom is een eentraps, zelf dragend LHV katalytisch verbrandingsproces, waarbij de brandbare bestanddelen in een LHV gas van 1860 kJ/m^ verbruikt worden, alleen mogelijk wanneer de kataly-20 sator een voortgezette blootstelling aan temperaturen van 995°0 en hoger en bij voorkeur hoger dan 1107°C kan doorstaan. De uitdrukking zelfdragend wordt gebruikt om een werkwijze aan te duiden, waarbij de hete verbrandingsproduk-ten uit de katalytische verbrandingsruimte het LHV gas 25 verhitten tot een zodanige temperatuur, dat bij menging met de gecomprimeerde lucht een mengsel gevormd zal worden bij 204°C. Eentraps katalytische verbranding met een katalysator beperkt tot een maximum temperatuur van 871°C is beperkt tot de verbranding van brandbare bestanddelen om 30 ongeveer 1230 kJ/m^ van het LHV gas vrij te maken. Een dergelijke handelwijze zou te lijden hebben van een nadeel, in tegenstelling tot de voorkeurs tweetrapsbewerking, van een lager turbine rendement resulterend uit de lagere temperatuur van de gassen afgeleverd aan de turbine, wanneer de 35 hete gassen van de verbrandingsruimte gebruikt worden om het LHV gas te verhitten tot de temperatuur noodzakelijk voor de vorming van een mengsel van 204°C of hoger na menging met gecomprimeerde lucht. Bij een eentraps werkwijze onder toepassing van een katalysator beperkt tot een maxi-40 mum temperatuur van 871°C, zou de hoeveelheid lucht gemengd 8 0 0 6 8 4 8 19 met het I3V gas "beperkt worden tot het stoichiometrische equivalent van ongeveer 1230 kJ/m^ LHV gas ter bescherming van de katalysator tegen overmatige temperaturen veroorzaakt door periodieke toenamen in de verwarmingswaarde van 5 de LHV gassamenstelling, zoals plaats heeft bij in-situ verbrandingsprocessen. Het beschermingsconcept tegen variaties in brandstofsamenstelling door beperking van de zuurstof toegevoerd aan de verbrandingsruimte kan daarom gebruikt worden bij een eentraps uitvoering. Een tweetraps 10 katalytisch verbrandingsproces verdient de voorkeur voor IiEtV gas met een verwarmingswaarde van 1500 tot 3000 kPa echter voor de winning van een grotere hoeveelheid van de energie beschikbaar in het IHV gas en voor het meer doelmatig toepassen van de turbine.

15 Wanneer de tweetraps katalytische verbranding van het met betrekking tot figuur 1 beschreven type gebruikt wordt om gassen te verbranden die constante verwarmingswaarden hebben groter dan ongeveer 3000 kJ/rn^, zal het noodzakelijk zijn een aanzienlijke hoeveelheid van de verwarmingswaarde 20 van het gas in de vorm van niet verbrande koolwaterstoffen, die de secundaire verbrandingsruimte verlaten, af te danken.

Wanneer de normale verwarmingswaarde van het gas van het in-situ verbrandingsproces constant boven ongeveer 2600 kJ/m^ zou zijn, bijvoorbeeld variërend van 2600 tot 25 3OOO kJ/rn^ en de maximaal toelaatbare katalysator- en turbine temperaturen zijn ongeveer 870°C, is het gewenst een derde katalytische verbrandingsruimte te gebruiken om het energieverlies in de niet verbrande koolwaterstoffen te verminderen. Het zal dan noodzakelijk zijn de gassen af-30 gevoerd uit de secundaire katalytische verbrandingsruimte te koelen voordat toevoer van de gassen naar de derde verbrandingsruimte plaats heeft. Een dergelijke koeling kan verkregen worden door gassen afgevoerd uit de secundaire verbrandingsruimte te leiden door een ketel in warmte uit-35 wisseling met water om stoom op te wekken. De afvoerstroom uit de ketel wordt vervolgens gemengd met tertiaire verbrandingslucht en toegevoerd aan de derde katalytische verbrandingsruimte. Stoom, die in de ketel opgewekt is, kan gebruikt worden als processt-oom of om een turbine aan te 4-0 drijven. Een voorkeursmethode voor de winning van additio- 8006848 20 nele energie uit LHV gas met een verwarmingswaarde, die gewoonlijk groter is dan 2600 kJ/m^ is het plaatsen van een tertiaire katalytische verbrandingsruimte 66 stroomafwaarts van de gasturbine 52 zoals toegelicht in de tekening. De 5 uit de turbine afgevoerde gassen worden toegevoerd aan de derde traps verbrandingsruimte bij een temperatuur in het traject van 204 tot 427°C. Lucht wordt toegevoerd aan de tertiaire verbrandingsruimte 66 door een leiding 67 van een compressor 54- en het mengsel wordt in aanraking met een 10 oxydatiekatalysator in de verbrandingsruimte geleid om koolwaterstoffen achtergebleven in het gas afgevoerd van de turbine, te oxyderen. Kleppen in de leidingen 67 en 59 maken de regeling mogelijk van de hoeveelheid lucht toegevoerd aan de tertiaire katalytische verbrandingsruimte 66 15 en de compressor 58· De hete gassen van de tertiaire verbrandingsruimte 66 worden toegevoerd aan een ketel 68 voor de opwekking van stoom. In het geval dat drie verbrandingsruimten gebruikt worden, wordt de toelevering van lucht naar de eerste twee verbrandingsruimten geregeld om de turbine 20 onder optimale omstandigheden te bedrijven. De derde ver-brandingstrap kan werken bij stoichiometrische omstandigheden of met een overmaat lucht, wanneer de verwarmings-waarde van het gas zodanig is, dat overmatige katalysator-temperaturen bij de derde trap niet ontwikkeld worden. De 25 gasturbine 52 werkt bij minder dan stoichiometrische lucht op alle tijdstippen.

De uitvoeringsvorm van de uitvinding toegelicht in figuur 2 is voor gebruik in die situaties waar het uit het in-situ proces afgevoerde LHV gas niet op een voldoende 50 hoge druk is voor een doelmatig gebruik bij het aandröjven van een gasturbine. Het lagedruk LHV gas kan bijvoorbeeld voortgebracht worden bij een in-situ verbrandingsproces voor de winning van olie uit een ondiep ondergronds reservoir bij een lagedruk of bij de in-situ verbranding van lei-35 steenolie. Het LHV gas wordt toegevoerd door een pijpleiding 70 naar een geschikte gaszuiveringseenheid 72 voor verwijdering van vaste deeltjes of andere componenten, die de daarop volgensde katalytische oxydatie van het gas kunnen belemmeren. De gaszuiveringseenheid 72 kan in de vorm zijn 40 van een geschikte scheidingsinrichting of zeef of was- 8006848 ' 21 apparatuur. LH7 gas uit de gaszuiveringse enheid 72 wordt toegevoerd naar een voorverhitter 74 soortgelijk aan voorverhitter 34 "bij de in figuur 1 toegeiichte uitvoeringsvorm, voor voorverhitting tot een temperatuur van 2C4°0 tot 427^0.

5 Voorverhit LÏÏV gas af gevoerd uit de voorverhitter 74 wordt gemengd met verbrandingslucht toegeleverd door een ge_ schikte blaasinrichting of compressor 56 en afgeleverd aan een primaire katalytische verbrandingsruimte bij een temperatuur van 20 4°0 tot 42 7^0. De katalytische verbrandings-10 ruimte 78 is bij voorkeur soortgelijk aan de katalytische verbrandingsruimte 38 toegelicht in figuur 1.

De hete verbrandingsprodukten uit de primaire katalytische verbrandingsruimte 78 worden toegevoerd aan een voorverhitter 74 voor indirecte warmte overdracht met het 15 LHV gas. De verbrandingsprodukten uit de voorverhitter 74 worden gemengd met additionele verbrandingslucht uit blaas-inrichting 80, hetgeen resulteert in een temperatuur in het traject van 20i°C tot 427°C en toegevoerd aan een secundaire katalytische verbrandingsruimte 82. Zoals bij de uit-: 20 voeringsvorm toegelicht in figuur 1 kan lucht voor oxydatie in de secundaire ruimte ook gemengd worden met partieel verbrande gassen uit de primaire verbrandingsruimte voordat deze gassen worden toegevoerd aan de voorverhitter 74.

In plaats van toevoering van de verbrandingsprodukten 25 uit de secundaire katalytische verbrandingsruimte 82 aan een gasturbine, zoals bij de uitvoeringsvorm toegelicht in figuur 1, worden de verbrandingsprodukten toegevoerd aan een ketel 84 voor de opwekking van stoom. Omdat de verbrandingsprodukten uit de secundaire katalytische· verbran-30 dingsruimte 82 niet worden toegevoerd aan een turbine, worden zij niet gekoeld voor toevoering aan de ketel 84. De hoge temperatuur van de Verbrandingsprodukten afgevoerd uit de secundaire katalytische verbrandingsruimte maken de ontwikkeling van stoom mogelijk bij een hogedruk, die ge-35 schikt is voor het aandrijven van een generator zoals een stoomturbine. Stoom uit de ketel 84 wordt door leiding 86 toegevoerd aan een stoomturbine 88, die bij voorkeur verbonden is met een generator 90 voor het opwekken van elektriciteit voor het aandrijven van luchtcompressoren voor 40 het in-situ verbrandingsproces. De stoomturbine kan ook 8006848 22 * direct verbonden zijn met compressoren. Stoom afgevoerd uit turbine 88 wordt toegevoerd aan een condensor 92 en de gecondenseerde stoom wordt door een geschikte waterbehande-lingsinrichting 94 geleid,die een pomp bevat voor terugvoer 5 van het gecondenseerde water naar de ketel 84. Als alternatief voor de opwekking van stoom zoals toegelicht in figuur 2, kunnen lagedruk afvalgassen van in-situ verbranding van leisteenolie bijvoorbeeld gebruikt worden in het systeem van figuur 1 gemodificeerd om een deel van de 10 energie ontwikkeld door turbine 52 te gebruiken voor het comprimeren van het LÏÏV gas tot een druk, die hoog genoeg is om de turbine aan te drijven.

De temperaturen, waartoe het LÏÏV gas wordt voorverhit en verbrandingsprodukten uit de primaire katalytische ver-15 brandingsruimte worden gekoeld in de voorverhitter 74 zijn ontworpen om overmatig hoge temperaturen te vermijden, die de katalysator in de verbrandingsruimten 78 en 82 zouden kunnen beschadigen. Zoals bij de uitvoeringsvorm toegelicht in figuur 1 wordt regeling van de maximum temperaturen 20 verkregen door regeling van de hoeveelheid lucht gemengd met het LÏÏV gas voor toevoer aan de katalytische verbrandingsruimten ter voorkoming van oververhitting van de katalytische verbrandingsruimten zelfs hoewel er een voldoende toename in de concentratie van brandbare bestanddelen in 25 het LÏÏV gas toegevoerd door leiding 70 zou zijn. De hoeveelheid lucht toegevoerd door de blaasinrichting 76 is bij voorkeur ongeveer de helft van het stoichiometrische equivalent van de hoeveelheid brandbare bestanddelen, die het maximum toelaatbare temperatuurgebruik zou geven, en 30 een gelijke hoeveelheid lucht wordt toegevoerd door de blaasinrichting 80 voor de oxydatie in de secundaire verbrandingsruimte 82.

De hier beschreven werkwijze en inrichting zijn zeer doelmatig voor de winning van energie uit LÏÏV gas van in-35 situ verbrandingsprocessen voor de winning van olie vanwege de van tijd tot tijd optredende variaties in de ver-warmingswaarde van het gas. Terwijl de werkwijze het meest geschikt is voor de winning van energie uit het gas voortgebracht bij verhoogde drukken bij in-situ verbrandingspro-4-0 cessen voor de winning van olie uit olie- of teerzand- 8006848 23 reservoirs, is de werkwijze eveneens geschikt voor de winning van energie uit lagedruk afvalgassen van de in-situ verbranding van leisteenolie in die gevallen, wanneer dergelijke afvalgassen verbrand kunnen worden in een vlam-5 verbrandingsinrichting vanwege de geringe verwarmings-waarde. De beperking van de hoeveelheid lucht gemengd met het LHV gas tot het stoichiometrische equivalent van het normale LEV gas verschft bescherming voor zowel de katalysator als de turbine tegen grote variaties, die 10 plaats hebben in de samenstelling van het LHV gas. De onderhavige uitvinding is bijzonder waardevol wanneer methaan een van de brandbare bestanddelen van het LHV gas is.

8006848

Claims (14)

1. Werkwijze voor liet winnen van energie uit LHV gassen van een in-situ verbrandingsproces voor de winning van olie uit een ondergrondse afzetting, met het 5 kenmerk, dat men (a) het LHV gas voorverhit tot een zodanige temperatuur, dat bij menging met lucht, zoals vermeld bij trap (b) het mengsel een temperatuur zal hebben van ongeveer 204°0 tot 427°C, 10 (b) het voorverhitte LHV gas van trap (a) mengt met lucht in een zodanige hoeveelheid, dat de lucht minder is dan het stoichiometrische equivalent van de brandbare bestanddelen in het LHV gas en onvoldoende om te resulteren in een temperatuurtoename bij trap (c), die de oxydatiekatalysator 15 zal beschadigen, (c) het mengsel van lucht en LHV gas in contact brengt met een oxydatiekatalysator om de brandbare bestanddelen in het LHV gas te oxyderen en daarbij hete verbrandingspro-dukten voort te brengen en 20 (d) energie ontwikkelt uit de hete verbrandingsprodukten.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat men de opwekking van energie bij trap (d) tot stand brengt door de hete verbrandingsprodukten in een gasturbine te doen expanderen. 25 3· Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het k e n m e r k, dat men het in-situ verbrandingsproces uitvoert in een aardoliereservoir voor de produktie van aardolie.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het 50 kenmerk, dat men het in-situ verbrandingsproces uitvoert in een tot puin verwerkte retort van leisteenolie in een leisteenolie afzetting voor de produktie van leisteenolie.

5. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het 35 kenmerk, dat men de opwekking van energie bij trap (b) tot stand brengt door de hete verbrandingsprodukten door een ketel te leiden voor de ontwikkeling van stoom en een generator met de stoom aan te drijven.

6. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het 40 kenmerk, dat men de voorverhitting van de LHV gassen 80 0 6 8 4 8 "bij trap (a) tot stand "brengt door indirecte warmte uitwisseling met hete verbrandingsprodukten van trap (c).

7. Werkwijze voor de opwekking van energie uit LÏÏV gassen van een in-situ verbrandingsproces voor de winning 5 van olie uit een ondergrondse afzetting, met het kenmerk, dat men (a) het LÏÏV gas voorverhit tot een zodanige temperatuur, dat bij menging met primaire verbrandingslucht, zoals vermeld bij trap (b) het mengsel een temperatuur zal hebben in 10 het traject van ongeveer 204°C tot 4 27°0, (b) het voorverhitte LHV gas van trap (a) mengt met primaire verbrandingslucht in een zodanige hoeveelheid,; dat de primaire verbrandingslucht minder is dan het stoichio-metrische equivalent van de brandbare bestanddelen in het

15 LHV gas en de temperatuurtoename bij de verbranding bij trap (c) beperkt ter vermijding van beschadiging aan de oxydatie katalysator, (c) het mengsel van lucht en LHV gas bij trap (b) in aanraking brengt met een oxydatie katalysator in een primaire 20 verbrandingsruimte om de brandbare bestanddelen in het LÏÏV gas te oxyderen en daarbij partieel geoxydeerd LÏÏV gas voort te brengen, (d) het partieel geoxydeerde gas uit de primaire -verbrandingsruimte koelt tot een zodanige temperatuur, dat bij 25 menging met secundaire verbrandingslucht zoals vermeld bij trap (e) het mengsel een temperatuur zal hebben in het traject van ongeveer 204°C tot 4 2^0, (e) het gekoelde partieel geoxydeerde gas van trap (d) mengt met secundaire verbrandingslucht in een zodanige 50 hoeveelheid, dat de secundaire verbrandingslucht minder is dan het stoichiometrische equivalent van de resterende brandbare bestanddelen in de afvoerstroom, (f) het mengsel van trap (e) in aanraking brengt met een oxydatie katalysator om brandbare bestanddelen daarin te 55 oxyderen en daarbij hete verbrandingsprodukten voort te brengen en (g) energie opwekt uit de hete verbrandingsprodukten.

8. Werkwijze volgens conclusie 7» m e t het kenmerk, dat men de opwekking van energie bij trap 40 (f) uitvoert door de hete verbrandingsprodukten in een gas 8006848 turbine te expanderen.

9. Werkwijze volgens conclusie 7, 1 e t bet kenmerk, dat men de opwekking van energie uitvoert door de bete verbrandingsprodukten door een ketel te lei- 5 den voor de ontwikkeling van stoom en een generator met de stoom aan te drijven.

10. Werkwijze volgens conclusie 7, 1 e t bet kenmerk, dat men de voorverbitting van bet LHV gas bij trap (a) en de koeling bij trap (d) tot stand brengt 10 door bet LHV gas in indirecte-warmte overdracht i met de afvoerstroom van de primaire oxydatieruimte te leider.

11. Werkwijze volgens conclusie 10, met bet kenmerk, dat men de opwekking van energie tot stand brengt door de bete verbrandingsprodukten uit de secun- 15 daire verbrandingsruimte in een gasturbine te expanderen.

12. Werkwijze volgens conclusie 10, met bet kenmerk, dat men de opwekking van energie tot stand brengt door de bete verbrandingsprodukten uit de secundaire verbrandingsruimte door een ketel te leiden voor de ont- 20 wikkeling van stoom.

13· Werkwijze volgens conclusie 11, m e t bet kenmerk, dat men (g) gassen afgevoerd uit de gasturbine mengt met tertiaire verbrandingslucht, 25 (h) bet mengsel van trap (g) in aanraking brengt met een oxydatiekatalysator in een tertiaire verbrandingsruimte om brandbare bestanddelen in bet gas te oxyderen en (i) gassen van trap (b) leidt door een ketel voor de opwekking van stoom. 30 14·. Inrichting voor de winning van energie uit LHV gas bestaande uit een gasturbine, een luchtcompressor aangedreven door de gasturbine, een uitwendige verbrandings-inriebting voor de verbranding van bet LHV gas, welke ver-brandingsinriebting bestaat uit een katalytische verbran- 35 dingsruimte van de eerste trap en een katalytische verbrandingsruimte van de tweede trap, een warmte uitwisselaar tussen de katalytische verbrandingsruimte van de eerste trap en de katalytische verbrandingsruimte van de tweede trap verbonden om bete gassen afgevoerd uit de kata- 4Ό lytische verbrandingsruimte van de eerste trap toe te 8006848 voeren door de warmte uitwisselaar naar de katalytische verbrandingsruimte van de tweede trap, LHV gas leiding organen naar de warmte uitwisselaar voor de toevoer van het LHV gas aan de warmte uitwisselaar, welke warmte uit-5 wisselaar geconstrueerd en opgesteld is voor het leiden van het LHV gas in indirecte warmte uitwisseling met de hete gassen van de katalytische verbrandingsruimte van de eerste trap, leidingorganen van de warmte uitwisselaar naar de katalytische verbrandingsruimte van de eerste trap 10 voor de toevoer van LHV gas naar de verbrandingsruimte van de eerste trap, leidingorganen voor heet gas vanaf de uitlaat van de katalytische verbrandingsruimte van de tweede trap naar de gasturbine voor de toevoer van hete verbran-dingsprodukten naar de gasturbine voor expansie daarin 15 voor de opwekking van energie en luchtleidingorganen vanaf de luchtcompressor verbonden voor toevoer van gecomprimeerde lucht aan het LHV gas afgevoerd uit de voorverhitter vóór het in contact brengen van het LHV gas met katalysator in de katalytische verbrandingsruimte van de eerste 20 trap en naar hete gassen afgevoerd uit de voorverhitter voor toevoer aan de katalytische verbrandingsruimte van de tweede trap vóór dergelijke hete gassen in contact te brengen met de katalysator in de katalytische verbrandings- · ruimte van de tweede trap.

15. Inrichting voor de winning van energie uit LHV gas bestaande uit een eerste katalytische verbrandingsruimte en een tweede katalytische verbrandingsruimte, een warmte uitwisselaar geconstrueerd en opgesteld voor het ontvangen van verbrandingsprodukten van de primaire ver-50 brandingsruimte en de toevoer daarvan naar de secundaire verbrandingsruimte en voor het in indirect warmte uitwisseling brengen van het LHV gas met de pradukten van de primaire verbrandingsruimte, eerste leidingorganen verbonden met de voorverhitter voor de toevoer van LHV gas 55 daaraan, tweede leidingorganen verbonden met de warmte uitwisselaar en de primaire verbrandingsruimte voor de toevoer van LHV gas naar de primaire verbrandingsruimte, luchtcompressororganen, derde leidingorganen voor de toevoer van gecomprimeerde lucht uit de luchtcomprimeeror-40 ganen in LHV gas afgevoerd uit de warmte uitwisselaar p η n r r / a vóór contact van het LEV gas met katalysator in de primaire verbrandingsruimte, leidingorganen voor de toevoer van gecomprimeerde lucht uit de luchtcomprimeringsorganen naar de verbrandingsprodukten afgevoerd uit de warmte uit-5 wisselaar in de secundaire verbrandingsruimte vóór contact van der ge lijke produkten met katalysator in de secundaire verbrandingsruimte, een ketel, en leidingorganen, die de ketel verbinden met de secundaire verbrandingsruimte voor toevoer van hete verbrandingsprodukten afge-10 voerd uit de secundaire verbrandingsruimte in de ketel voor de opwekking van stoom in de ketel. ****$******* 8006848