RU2443764C1 - Operating method of device for preparation of associated petroleum gases to be used in power plants - Google Patents
Operating method of device for preparation of associated petroleum gases to be used in power plants Download PDFInfo
- Publication number
- RU2443764C1 RU2443764C1 RU2010127226/05A RU2010127226A RU2443764C1 RU 2443764 C1 RU2443764 C1 RU 2443764C1 RU 2010127226/05 A RU2010127226/05 A RU 2010127226/05A RU 2010127226 A RU2010127226 A RU 2010127226A RU 2443764 C1 RU2443764 C1 RU 2443764C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- converter
- catalyst
- associated petroleum
- gas
- conversion
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к системам утилизации и использования попутных нефтяных и сырых природных газов в энергетике.цThe invention relates to the oil and gas industry, in particular to systems for the utilization and use of associated petroleum and raw natural gases in the energy sector
При добыче нефти в процессе сепарации выделяется большой объем растворенных в ней попутных нефтяных газов (ПНГ). Они представляют собой смесь газообразных углеводородов различного молекулярного веса, в основном подразделяемую на метан и так называемую широкую фракцию легких углеводородов (ШФЛУ). Эти попутные газы, обладая высоким энергосодержанием, являются ценным энергетическим сырьем. Использование попутных нефтяных газов для выработки электрической и тепловой энергии с помощью, например, газопоршневых электростанций - возможно наиболее эффективный и технологичный способ его утилизации. Однако данный способ напрямую применим только на месторождениях со стабильно высоким (75% и выше) содержанием метана и низким содержанием ШФЛУ. Многие известные месторождения содержат значительно меньшие количества метана при высоком содержании ШФЛУ, вызывающих детонацию и вывод из строя газопоршневых станций на основе двигателей внутреннего сгорания или превышение допустимого уровня содержания токсичных компонент в выхлопных газах газотурбинных установок. Отдельную проблему представляет непостоянство состава ПНГ, который может быть подвержен существенным колебаниям с течением времени, иногда даже в течение суток. Одним из возможных подходов по утилизации ПНГ, известных в настоящее время, является фракционирование (например, путем разделения при низких температурах, компремирования при высоких давлениях, разделения на мембранных фильтрах или путем проведения адсорбционных процессов) на метан, пригодный для выработки электрической и тепловой энергии, и ШФЛУ, используемую в качестве сырья для химической промышленности. Поскольку данный процесс экономически оправдан только в условиях газоперерабатывающих заводов, нефтяные компании сталкиваются с необходимостью вкладывать значительные средства в создание газотранспортных и перерабатывающих мощностей. Строительство такой инфраструктуры экономически эффективно лишь на крупных промыслах и экономически необоснованно на средних и мелких месторождениях, особенно в отдаленных районах. В принципе, вышесказанное также относится и к сырым, то есть не прошедшим обработки природным газам, в которых доля ШФЛУ также может быть достаточно высокой. В результате, промыслы нефте- и газодобычи не могут использовать добываемые ими попутные или сырые газы для собственных нужд и вынуждены, сжигая их в факелах, использовать дорогое привозное топливо. Общим недостатком всех известных способов подготовки ПНГ и сырых природных газов для использования в энергоустановках является то, что они снижают концентрацию соединений, склонных к детонации, разделяя тяжелые и легкие компоненты и отбрасывая хоть и непригодные для данного типа двигателей, но тем не менее ценные в энергетическом отношении составляющие. Вследствие этого снижается полное энергосодержание газового топлива.When oil is extracted during the separation process, a large amount of associated petroleum gas (APG) is dissolved in it. They are a mixture of gaseous hydrocarbons of various molecular weights, mainly subdivided into methane and the so-called broad fraction of light hydrocarbons (NGL). These associated gases, having a high energy content, are a valuable energy source. The use of associated petroleum gases for the generation of electric and thermal energy using, for example, gas reciprocating power plants is probably the most effective and technologically advanced way of its utilization. However, this method is directly applicable only to fields with a stably high (75% and higher) methane content and low NGL content. Many well-known deposits contain significantly lower amounts of methane with a high content of NGL, causing detonation and failure of gas reciprocating stations based on internal combustion engines or exceeding the allowable level of toxic components in the exhaust gases of gas turbine plants. A separate problem is the inconstancy of the composition of APG, which can be subject to significant fluctuations over time, sometimes even during the day. One of the possible APG utilization approaches currently known is fractionation (for example, by separation at low temperatures, compression at high pressures, separation on membrane filters or by adsorption processes) into methane suitable for generating electric and thermal energy, and BFLH, used as a raw material for the chemical industry. Since this process is economically justified only in gas refineries, oil companies are faced with the need to invest heavily in the creation of gas transmission and processing facilities. The construction of such an infrastructure is economically efficient only in large fields and economically unreasonable in medium and small fields, especially in remote areas. In principle, the above also applies to raw, that is, untreated natural gases, in which the proportion of NGL can also be quite high. As a result, the oil and gas production fields cannot use the associated or crude gases they produce for their own needs and are forced to use expensive imported fuel while burning them in flares. A common drawback of all known methods of preparing APG and raw natural gases for use in power plants is that they reduce the concentration of compounds prone to detonation, separating heavy and light components and discarding engines that are unsuitable for this type of energy, but nonetheless valuable in energy regarding components. As a result, the total energy content of gas fuel is reduced.
Известен способ подготовки попутных нефтяных и сырых природных газов для использования в поршневых двигателях внутреннего сгорания (RU 2385897, C10L 3/10, F02M 31/00, 10.04.2010), который состоит в том, что подготавливаемый газ в смеси с кислородсодержащим газом, например с воздухом, подвергают термообработке при температуре 450-1100°С в течение 0,01-50 с при содержании свободного кислорода в смеси 0,5-5%. Термообработка может быть проведена также и в присутствии катализаторов окислительной конденсации метана, паровой, углекислотной конверсии метана, окислительного дегидрирования низших алканов или их комбинации. В качестве промоторов реакции могут выступать оксиды азота, пероксид водорода, соединения галогенов, непредельные или кислородсодержащие углеводороды или снижающие вероятность сажеобразования (пары воды). В результате при указанных условиях практически не наблюдается конверсия более легких углеводородов C1-C4, в то время как конверсия углеводородов С5+, имеющих очень низкие метановые числа, превышает 95%. Основными продуктами превращения C5+ углеводородов при такой термообработке попутных нефтяных газов являются (в порядке убывания выхода) этилен, метан, этан и монооксид углерода. Таким образом обеспечивается селективная конверсия соединений, имеющих низкую детонационную стойкость и повышающих вероятность смоло- и сажеобразования, и происходит увеличение метанового числа подаваемого в энергоустановку газа.There is a method of preparing associated petroleum and raw natural gases for use in reciprocating internal combustion engines (RU 2385897,
Несмотря на то, что в указанном способе удается конвертировать углеводороды С5+, одним из недостатков является отсутствие конверсии C2-C4 компонент попутного нефтяного газа, имеющих невысокие метановые числа по сравнению с чистым метаном. Например, пропан и бутан имеют метановые числа 35 и 11, соответственно, и, находясь даже в малых количествах в смеси с метаном, значительно снижают ее метановое число. Например, для смеси 95% метана, 3% пропана и 2% бутана метановое число составляет всего 72, что, согласно определению, по силе детонации соответствует топливной смеси, состоящей из 72% метана и 28% водорода.Despite the fact that in this method it is possible to convert C 5+ hydrocarbons, one of the drawbacks is the lack of conversion of C 2 -C 4 components of associated petroleum gas having low methane numbers compared to pure methane. For example, propane and butane have methane numbers 35 and 11, respectively, and, even in small amounts mixed with methane, significantly reduce its methane number. For example, for a mixture of 95% methane, 3% propane and 2% butane, the methane number is only 72, which, by definition, by the force of detonation corresponds to a fuel mixture consisting of 72% methane and 28% hydrogen.
Кроме того, известно, что большинство газопоршневых электростанций, комплектующихся приводными двигателями внутреннего сгорания (ДВС), по конструкционным материалам и условиям теплообмена рассчитаны для работы на топливном газе с низшей теплотой сгорания не более 34-36 МДж/м3. Этим значениям соответствует природный газ, состоящий в основном из метана, низшая теплота сгорания которого составляет 35,8 МДж/м3. Попутный нефтяной газ в зависимости от компонентного состава имеет низшую теплоту сгорания 42-60 МДж/м3. Например, такие C2-C5 компоненты, как этан, этилен, ацетилен, пропан, бутан и пентан, имеют низшую теплоту сгорания 63,8; 59,1; 56,0; 91,3; 118,7; 145,12 МДж/м3, соответственно. Таким образом, проведение подготовки попутного нефтяного газа для использования в энергоустановках, сохраняющее наличие в нем даже в незначительном количестве С2-С5 компонент, будет приводить к значительным перегревам двигателя и падению его мощности вплоть до выхода из строя за счет прогорания клапанов и поршней, что влечет за собой дорогостоящий ремонт и увеличение эксплуатационных затрат.In addition, it is known that most gas-piston power plants equipped with internal combustion engine (ICE), according to structural materials and heat transfer conditions, are designed to operate on fuel gas with a lower calorific value of not more than 34-36 MJ / m 3 . Natural gas, which consists mainly of methane, whose net calorific value is 35.8 MJ / m 3, corresponds to these values. Associated petroleum gas, depending on the component composition, has a lower calorific value of 42-60 MJ / m 3 . For example, C 2 -C 5 components such as ethane, ethylene, acetylene, propane, butane and pentane have a net calorific value of 63.8; 59.1; 56.0; 91.3; 118.7; 145.12 MJ / m 3 , respectively. Thus, the preparation of associated petroleum gas for use in power plants, preserving the presence of even a small amount of C 2 -C 5 components in it, will lead to significant overheating of the engine and a decrease in its power until failure due to burnout of valves and pistons, which entails costly repairs and increased operating costs.
Хорошо известно, что для экономии углеводородного топлива, снижения выбросов углекислого газа и улучшения экологических характеристик двигателя внутреннего сгорания, в особенности в режимах малых и средних нагрузок, необходимо использовать обедненную топливную смесь, т.е. при соотношении кислород/топливо (α) больше стехиометрического, причем чем смесь будет более бедная, тем большая экономия топлива будет достигаться. Однако, когда смесь становится беднее определенного уровня, обеспечить устойчивую работу двигателя становится невозможным, поскольку искра свечи зажигания перестает воспламенять такую смесь. Известно, что добавки водорода, водородсодержащих газовых смесей или синтез-газа (смеси водорода и монооксида углерода) к бедным топливным смесям позволяют производить их воспламенение в ДВС при более высоких значениях α, что приводит к снижению общего расхода топлива, а также уменьшает вредные выбросы СО и оксидов азота (US 6397790, F02B 43/08, 04.06.2002). Кроме этого водород и монооксид углерода имеют низшую теплоту сгорания 10,8 и 12,6 МДж/м3, соответственно. Таким образом, их присутствие в топливной смеси, подаваемой в энергоустановку, не будет приводить к ее перегреву, способствуя сохранению заложенного производителем ресурса работы.It is well known that in order to save hydrocarbon fuel, reduce carbon dioxide emissions and improve the environmental performance of an internal combustion engine, especially in low and medium load conditions, it is necessary to use a lean fuel mixture, i.e. when the oxygen / fuel ratio (α) is more stoichiometric, and the more lean the mixture, the greater fuel economy will be achieved. However, when the mixture becomes poorer than a certain level, it becomes impossible to ensure stable engine operation, since the spark of the spark plug ceases to ignite such a mixture. It is known that the addition of hydrogen, hydrogen-containing gas mixtures, or synthesis gas (a mixture of hydrogen and carbon monoxide) to lean fuel mixtures allows their ignition in ICE at higher values of α, which leads to a decrease in the total fuel consumption and also reduces harmful emissions of CO and nitrogen oxides (US 6397790, F02B 43/08, 06/04/2002). In addition, hydrogen and carbon monoxide have a lower calorific value of 10.8 and 12.6 MJ / m 3 , respectively. Thus, their presence in the fuel mixture supplied to the power plant will not lead to its overheating, contributing to the preservation of the work resource laid down by the manufacturer.
Предлагаемое изобретение позволяет решать задачу эффективной подготовки попутных нефтяных или сырых природных газов для использования их в энергоустановках.The present invention allows to solve the problem of the effective preparation of associated petroleum or crude natural gases for use in power plants.
Задача решается благодаря способу работы устройства подготовки попутных нефтяных или сырых природных газов посредством каталитической конверсии в метан. Кроме метана в качестве продуктов конверсии могут образовываться в незначительном количестве такие газы, как водород и монооксид углерода, которые улучшают показатели экономичности работы энергоустановки и снижают вредные выбросы в атмосферу. Изменяя параметры проведения каталитической конверсии, можно проводить целенаправленное регулирование количества водорода и монооксида углерода.The problem is solved due to the method of operation of the device for the preparation of associated petroleum or raw natural gases through catalytic conversion to methane. In addition to methane, gases such as hydrogen and carbon monoxide can be produced in small quantities as conversion products, which improve the efficiency of the power plant and reduce harmful emissions into the atmosphere. By changing the parameters of the catalytic conversion, it is possible to carry out targeted regulation of the amount of hydrogen and carbon monoxide.
Устройство подготовки каталитической конверсией попутных нефтяных или сырых природных газов для использования в энергоустановках состоит из системы запуска, системы подачи и дозирования реагентов, конвертора, теплообменников, системы управления. В конверторе установлен, по крайне мере, один слой катализатора, позволяющего при температуре не выше 450°С конвертировать в метан соединения, присутствующие в попутных нефтяных или сырых природных газах, имеющие низкую детонационную стойкость и повышающие вероятность смоло- и сажеобразования.The device for preparing the catalytic conversion of associated petroleum or raw natural gases for use in power plants consists of a start-up system, a system for supplying and dispensing reagents, a converter, heat exchangers, and a control system. At least one catalyst bed is installed in the converter, allowing at a temperature not exceeding 450 ° C to convert into methane compounds present in associated petroleum or raw natural gases, which have low knock resistance and increase the likelihood of tar and soot formation.
В системе запуска применяемого устройства можно использовать нагреватель, например электрический и/или пламенный нагреватель, работающий на воздухе и топливе, в том числе и на попутном нефтяном или сыром природном газе, и/или нагреватель-теплообменник, в который подается теплоноситель.In the start-up system of the device used, it is possible to use a heater, for example, an electric and / or flame heater operating on air and fuel, including associated petroleum or raw natural gas, and / or a heater-heat exchanger, into which a heat carrier is supplied.
Система запуска, система подачи и дозирования реагентов, конвертор, теплообменники, система управления представляют собой раздельные конструкции или могут быть интегрированы друг с другом.The start-up system, the reagent supply and dosing system, the converter, the heat exchangers, the control system are separate structures or can be integrated with each other.
Нагрев или испарение реагентов, подаваемых в устройство, а также управление температурой конвертора производят при помощи электрического нагревателя или пламенного нагревателя, или за счет рекуперации тепла газов, выходящих из конвертора, или отходящих газов энергоустановки, или путем контакта с теплоносителем, или совместного их использования в любой комбинации.The heating or evaporation of the reagents supplied to the device, as well as the temperature control of the converter, is carried out using an electric heater or a flame heater, or by recovering the heat of the gases leaving the converter, or the exhaust gases of the power plant, or by contact with the coolant, or sharing them in any combination.
Конструкция системы подачи и дозирования реагентов в устройстве позволяет, при необходимости, проводить предварительный нагрев или испарение реагентов перед подачей в систему запуска и/или конвертор.The design of the reagent supply and dosing system in the device allows, if necessary, preheating or evaporation of the reagents before being fed to the start-up system and / or converter.
Конструкция устройства, в том числе материалы, из которых выполнено устройство, позволяет проводить конверсию в присутствии кислородсодержащих соединений, например паров воды и/или углекислого газа, и/или кислорода, и/или воздуха.The design of the device, including the materials from which the device is made, allows conversion in the presence of oxygen-containing compounds, such as water vapor and / or carbon dioxide, and / or oxygen, and / or air.
Система подачи и дозирования реагентов в устройстве позволяет подавать кислородсодержащие соединения, например пары воды или углекислый газ, или кислород, или воздух или любую их смесь, в различном количестве на любой из слоев катализатора в конверторе.The reagent supply and dosing system in the device allows oxygen-containing compounds, for example, water vapor or carbon dioxide, or oxygen, or air, or any mixture thereof, in various quantities to be supplied to any of the catalyst layers in the converter.
Задача решается способом работы устройства подготовки каталитической конверсией попутных нефтяных или сырых природных газов для использования в энергоустановках, состоящего из системы запуска, системы подачи и дозирования реагентов, теплообменников, системы управления, конвертора, содержащего, по крайне мере, один слой катализатора, в качестве активного компонента которого используют различные комбинации оксидов алюминия, кремния, переходных и редкоземельных элементов 4-6 периодов, в основном, четвертого и пятого периодов, преимущественно Cu, Со, Ni, Fe, Cr, Mn, Ti, Zr; La, Ce, Y, Sm, Pr, Gd, и металлов платиновой группы, в основном Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, преимущественно Pt, Rh, Ru, нагреваемый до температуры не выше 450°С, в который подают попутные нефтяные или сырые природные газы и осуществляют конверсию в метан соединений, присутствующих в попутных нефтяных или сырых природных газах, имеющих низкую детонационную стойкость и повышающих вероятность смоло- и сажеобразования.The problem is solved by the method of operation of the device for preparing the catalytic conversion of associated petroleum or raw natural gases for use in power plants, consisting of a start-up system, a supply and metering system of reagents, heat exchangers, a control system, a converter containing at least one catalyst layer as the component of which use various combinations of aluminum oxides, silicon, transition and rare earth elements of 4-6 periods, mainly of the fourth and fifth periods, mainly specifically Cu, Co, Ni, Fe, Cr, Mn, Ti, Zr; La, Ce, Y, Sm, Pr, Gd, and platinum group metals, mainly Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, mainly Pt, Rh, Ru, heated to a temperature of no higher than 450 ° C, to which associated petroleum or raw natural gases and carry out the conversion into methane of compounds present in associated petroleum or raw natural gases having low knock resistance and increasing the likelihood of tar and soot formation.
Конверсию проводят в присутствии кислородсодержащих соединений, например паров воды или углекислого газа, или кислорода, или воздуха, или их любой смеси.The conversion is carried out in the presence of oxygen-containing compounds, for example water vapor or carbon dioxide, or oxygen, or air, or any mixture thereof.
Кислородсодержащие соединения, например пары воды или углекислый газ, или кислород, или воздух или любую их смесь, можно подавать в различном количестве на любой из слоев катализатора.Oxygen-containing compounds, such as water vapor or carbon dioxide, or oxygen, or air, or any mixture thereof, can be supplied in varying amounts to any of the catalyst beds.
Для получения максимального выхода метана при минимальном объеме устройства для любого слоя катализатора в конверторе может быть установлено определенное пространственное распределение температурного профиля, например, любой слой катализатора может находиться как в изотермичных условиях, так и в условиях градиента температуры по слою.To obtain the maximum methane yield with a minimum volume of the device for any catalyst layer in the converter, a certain spatial distribution of the temperature profile can be established, for example, any catalyst layer can be both in isothermal conditions and in the conditions of a temperature gradient across the layer.
Конверсия может быть проведена при давлении выше атмосферного.The conversion can be carried out at a pressure above atmospheric.
Кроме метана продуктами конверсии могут являться, например, водород и/или монооксид углерода, и/или углекислый газ.In addition to methane, conversion products can be, for example, hydrogen and / or carbon monoxide and / or carbon dioxide.
Количество водорода в продуктах конверсии можно регулировать, устанавливая его содержание не более 25 об.%, преимущественно, не более 3 об.%.The amount of hydrogen in the conversion products can be controlled by setting its content to not more than 25 vol.%, Mainly not more than 3 vol.%.
Запуск устройства производят при помощи нагревателя, например электрического и/или пламенного нагревателя, работающего на воздухе и топливе, в том числе и на попутном нефтяном или сыром природном газе, и/или нагревателя-теплообменника, в который подается теплоноситель.The start-up of the device is carried out using a heater, for example, an electric and / or flame heater operating on air and fuel, including associated petroleum or raw natural gas, and / or a heat exchanger, to which the coolant is supplied.
Перед подачей в систему запуска и/или конвертор при необходимости проводят предварительный нагрев или испарение реагентов.Before feeding into the start-up system and / or converter, if necessary, preliminary heating or evaporation of reagents is carried out.
Нагрев или испарение реагентов, а также управление температурой конвертора может быть осуществлено при помощи электрического нагревателя или пламенного нагревателя, или за счет рекуперации тепла газов, выходящих из конвертора, или отходящих газов энергоустановки, или путем контакта с теплоносителем, или совместного их использования в любой комбинации.The heating or evaporation of the reagents, as well as the temperature control of the converter can be carried out using an electric heater or a flame heater, or by recovering the heat of the gases leaving the converter or the exhaust gases of the power plant, or by contact with the coolant, or sharing them in any combination .
Катализаторы, установленные в конверторе в несколько слоев, могут иметь различный или одинаковый состав.The catalysts installed in the converter in several layers can have different or the same composition.
В конверторе расположен катализатор, представляющий собой армированный пористый материал, выполненный в виде плоских и гофрированных газопроницаемых армированных лент, комбинации которых образуют газопроницаемые каталитически активные каналы различной формы и геометрии.A catalyst is located in the converter, which is a reinforced porous material made in the form of flat and corrugated gas-permeable reinforced tapes, combinations of which form gas-permeable catalytically active channels of various shapes and geometries.
В конверторе расположен блочный катализатор на металлическом, керамическом или металлокерамическом носителе.The converter contains a block catalyst on a metal, ceramic or ceramic-metal support.
В конверторе металлический, керамический или металлокерамический носитель для катализатора представляет собой прямоканальный блок, в том числе микроканальный, блочный материал со сложной конфигурацией каналов и пеноматериал.In the converter, the metal, ceramic or ceramic-metal support for the catalyst is a direct channel block, including microchannel, block material with a complex configuration of channels and foam.
В конверторе расположен катализатор в виде гранул различной формы и геометрии.The converter contains a catalyst in the form of granules of various shapes and geometries.
Каталитически конвертированные попутные нефтяные или сырые природные газы могут быть использованы в различных типах энергоустановок, например, на основе двигателей внешнего и внутреннего сгорания, газовых турбинах и др.Catalytically converted associated petroleum or raw natural gases can be used in various types of power plants, for example, based on external and internal combustion engines, gas turbines, etc.
Отличительным признаком является применение в устройстве, по крайней мере, одного слоя катализатора, позволяющего при температуре не выше 450°С конвертировать в метан соединения, присутствующие в попутных нефтяных или сырых природных газах, имеющие низкую детонационную стойкость и повышающие вероятность смоло- и сажеобразования.A distinctive feature is the use in the device of at least one catalyst layer, which allows, at a temperature not exceeding 450 ° C, to convert into methane compounds present in associated petroleum or raw natural gases, which have low knock resistance and increase the likelihood of tar and soot formation.
Устройство подготовки каталитической конверсией попутных нефтяных или сырых природных газов для использования в энергоустановках кроме конвертора 8 содержит систему запуска 5, систему подачи и дозирования реагентов 2, теплообменники 4, систему управления 9 (см. чертеж).A device for preparing the catalytic conversion of associated petroleum or raw natural gases for use in power plants, in addition to converter 8, contains a start-up system 5, a supply and dosing system for
Конструктивно, система запуска 5, система подачи и дозирования реагентов 2, конвертор 8, теплообменники 4 и система управления 9 могут представлять собой как отдельные части устройства, так и быть интегрированы друг с другом.Structurally, the start-up system 5, the feed and batching system of
В качестве конвертора используется каталитический реактор, содержащий один или несколько слоев катализаторов 7, обеспечивающих конверсию попутных нефтяных или сырых природных газов до метана. Катализаторы в каталитическом реакторе могут помещаться в виде гранул различной формы и размера, блоков и пеноматериала с системой газопроницаемых каналов. Для улучшения теплопроводности катализаторы могут дополнительно наноситься на металлический, керамический или металлокерамический носитель. Этот носитель может быть сформирован в структуру, содержащую систему каналов (в том числе и микроканалов) различной геометрии и конфигурации, обеспечивающих газопроницаемость через каталитический блок.As a converter, a catalytic reactor is used, containing one or more layers of
В системе запуска 5 используют электрический нагреватель 6. При запуске разогрев конвертора может осуществляться путем пропускания электрического тока непосредственно через электропроводящие элементы катализатора. В системе запуска может быть использован пламенный нагреватель, работающий на воздухе и топливе, в том числе и на попутном нефтяном или сыром природном газе, кроме этого может применяться нагреватель-теплообменник, в который подается теплоноситель с требуемой температурой.The start-up system 5 uses an electric heater 6. At start-up, the converter can be warmed up by passing electric current directly through the electrically conductive elements of the catalyst. In the start-up system, a flame heater operating on air and fuel, including associated petroleum or raw natural gas, can be used, in addition, a heater-heat exchanger can be used, in which a coolant with the required temperature is supplied.
Нагрев или испарение реагентов, а также управление температурой конвертора производят при помощи электрического нагревателя 3 и 6. Также это может быть осуществлено с применением, например, пламенного нагревателя, за счет рекуперации тепла газов, выходящих из конвертора, рекуперации тепла отходящих газов энергоустановки, контактом с теплоносителем или их совместной комбинацией.The heating or evaporation of the reagents, as well as the temperature control of the converter, is carried out using an
В качестве примера, на Фиг. схематично изображено предлагаемое устройство каталитической конверсии попутных нефтяных или сырых природных газов для использования в энергоустановках в сопряжении с основными системами, обеспечивающими его функционирование.As an example, in FIG. The proposed device for the catalytic conversion of associated petroleum or raw natural gases for use in power plants in conjunction with the main systems that ensure its operation is schematically depicted.
В качестве примеров (перед таблицей приведены конкретные составы применяемых катализаторов), иллюстрирующих возможность проведения предлагаемого способа работы устройства, в таблицах 1-7 приведены результаты проведения каталитической конверсии попутных нефтяных газов в метан (состав смеси на выходе из конвертора и значения конверсии компонентов смеси). Состав смеси на входе в конвертор - 30 об.% ПНГ, 70% водяного пара.As examples (the specific compositions of the catalysts used are shown in front of the table) illustrating the possibility of carrying out the proposed method of operation of the device, tables 1-7 show the results of the catalytic conversion of associated petroleum gases into methane (mixture composition at the outlet of the converter and the conversion values of the mixture components). The composition of the mixture at the inlet to the converter is 30 vol.% APG, 70% water vapor.
Один из вариантов способа работы устройства заключается в следующем.One of the options for the method of operation of the device is as follows.
Для запуска устройства подготовки каталитической конверсией попутных нефтяных или сырых природных газов, попутный нефтяной газ ПНГ и кислородсодержащие соединения 1 (например, воздух) при помощи системы подачи и дозирования 2, включающей соответствующие устройства, через электрический нагреватель 3 и теплообменник 4 подают в систему запуска 5, сочетающую в себе функции теплообменника. Для первоначального разогрева до нужной температуры конвертора 8, содержащего слои катализаторов 7, производят, например, пламенное сжигание подаваемого ПНГ. При этом образующиеся в результате полного окисления горячие продукты реакции (углекислый газ и пары воды), проходя через теплообменник 4, могут также проводить предварительный подогрев или испарение реагентов (ПНГ и кислородсодержащих соединений). Предварительный нагрев ПНГ и кислородсодержащих соединений может проводиться не электрическим, а пламенным нагревателем 3, когда, например, часть подаваемого ПНГ сжигают, нагревая тем самым основное количество реагентов, подаваемых в систему запуска. Разогрев конвертора 8, содержащего слои катализаторов 7, может быть произведено и при помощи электрического нагревателя 6, а также любым горячим теплоносителем.To start the device for preparing the catalytic conversion of associated petroleum or crude natural gases, associated petroleum gas APG and oxygen-containing compounds 1 (for example, air) using a supply and
После достижения катализатором 7 температуры, при которой возможно протекание каталитической конверсии ПНГ, например 400°С, систему запуска 5 и конвертор 8 переводят в режим конверсии ПНГ. Для этого при помощи системы подачи и дозирования 2 ПНГ и кислородсодержащие соединения (например, пары воды) 1, предварительно нагретые в теплообменнике 4, подают в конвертор 8, где при контакте с первым слоем катализатора происходит каталитическая конверсия. Если теплообменник 4 обеспечивает достаточный предварительный нагрев ПНГ и кислородсодержащих соединений, то электрический нагреватель 3 может быть не задействован. Для оптимизации условий протекания каталитической реакции (например, поддержания заданной температуры, полноты конверсии соединений, имеющих низкую детонационную стойкость) на второй слой катализатора подают дополнительное количество кислородсодержащих соединений. При этом температура слоев катализаторов регулируется таким образом, что по направлению движения реакционной смеси в конверторе осуществлялось понижение температуры, например, первый слой катализатора находится в изотермических условиях при температуре 350°С, а для второго слоя катализатора устанавливают градиент температуры с 350°С на входе до 250°С на выходе. Далее конвертированный попутный нефтяной газ КПНГ, состоящий преимущественно из метана и содержащий незначительные количества водорода (~5 об.%), пройдя через теплообменник 4, может быть подан в энергоустановку. При необходимости перед подачей в энергоустановку из КПНГ можно удалить избыток неконвертированных кислородсодержащих соединений. Для поддержания оптимального температурного профиля в конверторе определенную часть КПНГ до прохождения и определенную часть КПНГ после прохождения через теплообменник 4 при помощи системы подачи и дозирования 2 пропускают через систему запуска 5, выступающей в данном случае уже в роли теплообменника. Далее КПНГ могут быть также поданы в энергоустановку. Для регулирования температуры в конверторе может быть также задействован электрический нагреватель 6. После запуска энергоустановки на основе, например, газопоршневого двигателя внутреннего сгорания, использующей в качестве топлива КПНГ, отходящие газы энергоустановки ОГЭ могут быть также использованы для осуществления предварительного нагрева ПНГ и кислородсодержащих соединений, для регулирования температуры в конверторе 8, для чего заданное количество ОГЭ пропускают через теплообменник 4 и систему запуска 5, соответственно. Кроме этого ОГЭ через систему подачи и дозирования 2 могут непосредственно подаваться в конвертор, выступая в качестве источника кислородсодержащих соединений, например паров воды и углекислого газа, что способствует конверсии соединений, присутствующих в ПНГ, имеющих низкую детонационную стойкость.After the
В случае проведения процесса при давлении выше атмосферного устройство может быть выполнено в более компактном исполнении и увеличена его удельная производительность по конвертированию ПНГ.In the case of the process at a pressure above atmospheric, the device can be made in a more compact design and its specific productivity for converting APG is increased.
Управление запуском и работой устройства, а также всеми сопутствующими системами производят при помощи микропроцессорной системы (системы управления) 9. Такая микропроцессорная система может работать как автономно, так и совместно с электронной системой энергоустановки.The start-up and operation of the device, as well as all related systems, are controlled using a microprocessor system (control system) 9. Such a microprocessor system can work both independently and in conjunction with an electronic power plant system.
Рассмотренный пример не показывает и не ограничивает всех возможных вариантов реализации способа работы устройства каталитической конверсии попутных нефтяных или сырых природных газов в метан.The considered example does not show and does not limit all possible options for the implementation of the method of operation of the device for the catalytic conversion of associated petroleum or raw natural gases into methane.
Предложенное устройство и способ его работы позволяет эффективно проводить конвертирование попутных нефтяных или сырых природных газов в метан, удаляя имеющие низкую детонационную стойкость и повышающие вероятность смоло- и сажеобразования компоненты.The proposed device and method of its operation allows efficient conversion of associated petroleum or raw natural gases to methane, removing components having low knock resistance and increasing the likelihood of tar and soot formation.
Главное достоинство устройства и способа его работы заключается в возможности без каких-либо существенных изменений в конструкции стандартных серийно выпускаемых энергоустановок и без создания дополнительной дорогостоящей инфраструктуры вовлечь в полезную переработку попутные газы, бесполезно сжигаемые до настоящего времени на большинстве нефтяных месторождений.The main advantage of the device and its operation method is the possibility, without any significant changes in the design of standard commercially available power plants and without creating additional expensive infrastructure, to involve associated gases, which are uselessly burned to date in most oil fields, in useful processing.
Claims (16)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010127226/05A RU2443764C1 (en) | 2010-07-05 | 2010-07-05 | Operating method of device for preparation of associated petroleum gases to be used in power plants |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010127226/05A RU2443764C1 (en) | 2010-07-05 | 2010-07-05 | Operating method of device for preparation of associated petroleum gases to be used in power plants |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010127226A RU2010127226A (en) | 2012-01-10 |
RU2443764C1 true RU2443764C1 (en) | 2012-02-27 |
Family
ID=45783454
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010127226/05A RU2443764C1 (en) | 2010-07-05 | 2010-07-05 | Operating method of device for preparation of associated petroleum gases to be used in power plants |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2443764C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2565240C1 (en) * | 2014-10-27 | 2015-10-20 | Андрей Владиславович Курочкин | Non-waste treatment method for products of gas condensate fields |
RU2624626C1 (en) * | 2016-08-23 | 2017-07-05 | Андрей Владиславович Курочкин | Associated petroleum gas preparation plant |
RU2660908C2 (en) * | 2016-10-28 | 2018-07-11 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") | Method for preparing associated petroleum and natural gases for use in power plants |
RU2723995C2 (en) * | 2016-06-27 | 2020-06-18 | Ассоциация инженеров-технологов нефти и газа "Интегрированные технологии" | Unit for preparation of heavy hydrocarbon gases by selective steam conversion |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2641283C1 (en) * | 2017-02-21 | 2018-01-17 | Андрей Владиславович Курочкин | Energy center (versions) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1139698A1 (en) * | 1982-03-01 | 1985-02-15 | Предприятие П/Я В-2609 | Method of hydrocarbon gas conversion |
US6397790B1 (en) * | 2000-04-03 | 2002-06-04 | R. Kirk Collier, Jr. | Octane enhanced natural gas for internal combustion engine |
RU2213691C1 (en) * | 2002-01-21 | 2003-10-10 | Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН | Method of producing synthesis gas or hydrogen-enriched gas mixture from water-alcohol mixtures |
WO2006100342A1 (en) * | 2005-03-24 | 2006-09-28 | Wärtsilä Finland Oy | Method of operating a gas engine plant and fuel feeding system of a gas engine |
RU2385897C1 (en) * | 2008-08-21 | 2010-04-10 | Владимир Сергеевич Арутюнов | Method of preparation of following and natural gases for usage in conventional engine |
-
2010
- 2010-07-05 RU RU2010127226/05A patent/RU2443764C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1139698A1 (en) * | 1982-03-01 | 1985-02-15 | Предприятие П/Я В-2609 | Method of hydrocarbon gas conversion |
US6397790B1 (en) * | 2000-04-03 | 2002-06-04 | R. Kirk Collier, Jr. | Octane enhanced natural gas for internal combustion engine |
RU2213691C1 (en) * | 2002-01-21 | 2003-10-10 | Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН | Method of producing synthesis gas or hydrogen-enriched gas mixture from water-alcohol mixtures |
WO2006100342A1 (en) * | 2005-03-24 | 2006-09-28 | Wärtsilä Finland Oy | Method of operating a gas engine plant and fuel feeding system of a gas engine |
RU2385897C1 (en) * | 2008-08-21 | 2010-04-10 | Владимир Сергеевич Арутюнов | Method of preparation of following and natural gases for usage in conventional engine |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2565240C1 (en) * | 2014-10-27 | 2015-10-20 | Андрей Владиславович Курочкин | Non-waste treatment method for products of gas condensate fields |
RU2723995C2 (en) * | 2016-06-27 | 2020-06-18 | Ассоциация инженеров-технологов нефти и газа "Интегрированные технологии" | Unit for preparation of heavy hydrocarbon gases by selective steam conversion |
RU2624626C1 (en) * | 2016-08-23 | 2017-07-05 | Андрей Владиславович Курочкин | Associated petroleum gas preparation plant |
RU2660908C2 (en) * | 2016-10-28 | 2018-07-11 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") | Method for preparing associated petroleum and natural gases for use in power plants |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010127226A (en) | 2012-01-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2442819C1 (en) | Method and device for processing associated oil gases | |
US8061120B2 (en) | Catalytic EGR oxidizer for IC engines and gas turbines | |
US6508209B1 (en) | Reformed natural gas for powering an internal combustion engine | |
US8397509B2 (en) | Catalytic engine | |
US6397790B1 (en) | Octane enhanced natural gas for internal combustion engine | |
US6405720B1 (en) | Natural gas powered engine | |
JP6263256B2 (en) | Flex fuel hydrogen generator | |
KR101301710B1 (en) | Thermo-neutral reforming of petroleum-based liquid hydrocarbons | |
RU2010127266A (en) | CELL ANALYSIS KIT AND METHOD | |
Schmidt et al. | Syngas in millisecond reactors: higher alkanes and fast lightoff | |
CN108474550B (en) | Method and device for adjusting the ignition behavior of fuels, in particular for reducing the exhaust gas emissions of combustion plants | |
RU2443764C1 (en) | Operating method of device for preparation of associated petroleum gases to be used in power plants | |
US10865709B2 (en) | Flex-fuel hydrogen reformer for IC engines and gas turbines | |
EP1269006B1 (en) | Gas powered engine having improved emissions | |
JP2007538184A (en) | Reformed gasoline assisted combustion | |
Wang et al. | Hydrogen production on Ni–Pd–Ce/γ-Al2O3 catalyst by partial oxidation and steam reforming of hydrocarbons for potential application in fuel cells | |
JP2013130179A (en) | Internal combustion engine control device | |
RU2488013C2 (en) | Method of operating internal combustion engine | |
US5327874A (en) | Method and device for preparing fuel-air mixture for internal combustion engine | |
US20180195466A1 (en) | System for generating an improved h2:co ratio in syngas and an associated method thereof | |
RU2003115341A (en) | METHOD FOR WORKING THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE | |
RU99779U1 (en) | DEVICE FOR PROCESSING APPARATUS OIL GASES | |
RU99780U1 (en) | DEVICE FOR PREPARATION OF APPARATUS OIL GASES FOR USE IN POWER PLANTS | |
JPS61171870A (en) | Internal-combustion engine utilized reforming natural gas | |
RU125190U1 (en) | DEVICE FOR PREPARATION OF ASSOCIATED OIL GAS FOR USE IN ENERGY INSTALLATIONS |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20171218 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner |