RU2660908C2 - Method for preparing associated petroleum and natural gases for use in power plants - Google Patents
Method for preparing associated petroleum and natural gases for use in power plants Download PDFInfo
- Publication number
- RU2660908C2 RU2660908C2 RU2016142530A RU2016142530A RU2660908C2 RU 2660908 C2 RU2660908 C2 RU 2660908C2 RU 2016142530 A RU2016142530 A RU 2016142530A RU 2016142530 A RU2016142530 A RU 2016142530A RU 2660908 C2 RU2660908 C2 RU 2660908C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- gases
- diesel engine
- fuel
- engine
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 title claims abstract description 19
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 58
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims abstract description 29
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 26
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 26
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 19
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000004071 soot Substances 0.000 claims abstract description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 5
- 238000005474 detonation Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 6
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 5
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 4
- 238000000746 purification Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 229960004424 carbon dioxide Drugs 0.000 abstract 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 abstract 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 abstract 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 abstract 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Natural products C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 32
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 15
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 10
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N Pentane Chemical compound CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000012084 conversion product Substances 0.000 description 8
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 6
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 4
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000001273 butane Substances 0.000 description 3
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 3
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N n-butane Chemical compound CCCC IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000003209 petroleum derivative Substances 0.000 description 3
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 3
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 2
- -1 steam Chemical compound 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101150076749 C10L gene Proteins 0.000 description 1
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 150000002366 halogen compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N nitrogen dioxide Inorganic materials O=[N]=O JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N octane Chemical compound CCCCCCCC TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 238000005839 oxidative dehydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
- C10L3/00—Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
- C10L3/06—Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by C10G, C10K3/02 or C10K3/04
- C10L3/10—Working-up natural gas or synthetic natural gas
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
- C10L3/00—Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
- C10L3/00—Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
- C10L3/06—Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by C10G, C10K3/02 or C10K3/04
- C10L3/10—Working-up natural gas or synthetic natural gas
- C10L3/101—Removal of contaminants
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M27/00—Apparatus for treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture, by catalysts, electric means, magnetism, rays, sound waves, or the like
- F02M27/02—Apparatus for treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture, by catalysts, electric means, magnetism, rays, sound waves, or the like by catalysts
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к системам утилизации и использования попутных нефтяных и природных газов в автономной энергетике, преимущественно на местах добычи углеводородов, в том числе подводной добычи.The invention relates to the oil and gas industry, in particular to systems for the utilization and use of associated petroleum and natural gases in autonomous energy, mainly at the places of hydrocarbon production, including subsea production.
При добыче нефти в процессе сепарации выделяется большой объем растворенных в ней углеводородных попутных нефтяных газов (ПНГ). Эти газы представляют собой смесь газообразных углеводородов, различного молекулярного веса. Основными составляющими ПНГ являются углеводороды – гомологи метана от СН4 до С6Н14 . Суммарное содержание гексана С6Н14 и более тяжелых углеводородов в ПНГ, как правило не превышает 1%, а содержание пентана С5Н10 находится в пределах 2%. Содержание инертных газов (азота и двуокиси углерода) изменяется от 1% до 5%. Основным компонентом ПНГ является метан, содержание которого в различных месторождениях составляет от 60% до 90% ПНГ, обладая таким составом с высоким энергосодержанием, они являются ценным углеводородным сырьем на месте добычи углеводородов для удовлетворения собственных нужд. Однако прямое использование ПНГ в наиболее распространенных местах нефте- и газодобычи энергоустановках на базе поршневых двигателей, в основном дизельных, возможно только при условии стабильно высокого (75% и выше) содержание углеводородов с низким октановым числом (не более 5%), прежде всего пропана и бутана. Основная масса месторождений ПНГ содержит меньше метана при высоком содержании углеводородов типа пропан, бутан, пентан, что и приводит к тому, что при использовании таких ПНГ газопоршневые энергоустановки выходят быстро из строя из-за детонации и прогаров в камерах сгорания двигателя. Вызвано это явление двумя факторами – низкой детонационной стойкостью и более высокими температурами сгорания углеводородов типа пропан, бутан, пентан (С3 и выше) по сравнению с основным газом ПНГ – метаном. Поскольку метан является основным газом в ПНГ, то двигатель проектируется на его параметры и единственным способом обеспечить надежную работу газопоршневого двигателя на ПНГ является удаление из состава ПНГ тяжелых фракций С3 и выше. При разработке новых газовых месторождений, в том числе на шельфе, их состав зачастую приближается к химическому составу ПНГ, и таким образом область использования для собственной энергетики таких природных газов с каждым годом будет только возрастать.When oil is extracted during the separation process, a large volume of hydrocarbon associated petroleum gas (APG) dissolved in it is released. These gases are a mixture of gaseous hydrocarbons of various molecular weights. The main components of APG are hydrocarbons - methane homologues from CH 4 to C 6 H 14. The total content of hexane C 6 H 14 and heavier hydrocarbons in the APG, as a rule, does not exceed 1%, and the content of pentane C 5 H 10 is within 2%. The content of inert gases (nitrogen and carbon dioxide) varies from 1% to 5%. The main component of APG is methane, the content of which in various fields ranges from 60% to 90% of APG, having such a composition with a high energy content, they are a valuable hydrocarbon feedstock at the site of hydrocarbon production to meet their own needs. However, the direct use of APG in the most common places of oil and gas production of power plants based on piston engines, mainly diesel, is possible only if the content is stably high (75% and above) with low octane (not more than 5%) hydrocarbons, primarily propane and butane. The bulk of APG fields contain less methane with a high content of hydrocarbons such as propane, butane, pentane, which leads to the fact that when using such APG gas piston power plants fail quickly due to detonation and burnouts in the combustion chambers of the engine. This phenomenon is caused by two factors - low detonation resistance and higher combustion temperatures of hydrocarbons such as propane, butane, pentane (C 3 and higher) compared with the main APG gas - methane. Since methane is the main gas in the APG, the engine is designed for its parameters and the only way to ensure reliable operation of the gas piston engine on the APG is to remove heavy fractions of C 3 and above from the APG composition. When developing new gas fields, including on the shelf, their composition often approaches the chemical composition of APG, and thus the area of use of such natural gases for own energy will only increase every year.
Так как предполагается использование ПНГ на месте добычи, то различные способы удаления из его состава фракций С3 и выше, применяемые на крупных нефтеперерабатывающих заводах, такие как мембранная или криогенная технология, здесь экономически не оправданы. Since it is supposed to use APG at the production site, the various methods of removing fractions of C 3 and higher from its composition, which are used at large oil refineries, such as membrane or cryogenic technology, are not economically justified here.
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.Despite the fact that in this method it is possible to convert C5 + hydrocarbons, one of the disadvantages is the lack of conversion of C2-C4 components of associated petroleum gas having low methane numbers compared to pure methane.
Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению, частично устранящим недостатки предыдущего аналога, является способ работы устройства подготовки попутных нефтяных газов для использования в различных энергоустановках на базе двигателей внешнего и внутреннего сгорания и газовых турбинах по патенту RU 2443764 (публик. 27.02.2012). Способ подготовки попутных или сырых природных газов производится 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. Известный способ основан на снижении в попутных или сырых природных газах концентрации соединений газа, имеющих низкую детонационную стойкость и повыщающих вероятность смоло и сажеобразование, посредством каталитической конверсии в метан, в частности, каталитической пароуглекислотной конверсии при температуре, не превышающей 450ºС с последующей подачей конвертируемых газов в топливный тракт двигателя энергоустановки. При этом устройство подготовки состоит из системы запуска, системы подачи и дозирования реагентов, теплообменников, системы управления, каталитического реактора, 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. 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 closest analogue to the claimed invention, partially eliminating the disadvantages of the previous analogue, is the method of operation of the associated petroleum gas preparation device for use in various power plants based on external and internal combustion engines and gas turbines according to patent RU 2443764 (public. 02.27.2012). A method for preparing associated or crude natural gases is carried out by 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. The known method is based on reducing the concentration of gas compounds in associated or crude natural gases with low detonation resistance and increasing the likelihood of tar and soot formation by catalytic conversion to methane, in particular, catalytic steam-carbon dioxide conversion at a temperature not exceeding 450 ° C followed by supply of convertible gases to fuel path of a power plant engine. In this case, the preparation device consists of a starting system, a feed and batching system of reagents, heat exchangers, a control system, a catalytic reactor containing at least one catalyst layer, the active component of which is used various combinations of aluminum oxide, silicon oxide, transition and rare-earth elements 4- 6 periods, mainly of the fourth and fifth periods, mainly 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. 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.
Т.о. в известном способе подготовки газов предложены практически все существующие виды конверсии с широкой номенклатурой катализаторов, а также всевозможные варианты систем запуска и рекуперации. Такой широкий спектр предложенных технических решений совместно с широким спектром объектов применения обеспечивает необходимый технический результат – работоспособность энергоустановки на различных составах ПНГ без вибраций и перегрева. Обратной стороной такого решения является усложнение технологии и устройств, для ее обеспечения, что приводит к снижению надежности и увеличению стоимости.T.O. In the known method of gas preparation, practically all existing types of conversion with a wide range of catalysts are proposed, as well as all kinds of options for start-up and recovery systems. Such a wide range of proposed technical solutions, together with a wide range of applications, provides the necessary technical result - the operability of a power plant on various APG compositions without vibration and overheating. The flip side of this solution is the complication of technology and devices to ensure it, which leads to a decrease in reliability and an increase in cost.
Техническим результатом заявляемого изобретения является упрощение и удешевление технологии подготовки попутных нефтяных и природных газов для использования в энергоустановках с одновременным повышением ее технических характеристик.The technical result of the claimed invention is the simplification and cheapening of the technology for the preparation of associated petroleum and natural gases for use in power plants with a simultaneous increase in its technical characteristics.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе подготовки попутных нефтяных и природных газов для использования в энергоустановках, состоящем в снижении концентрации соединений газа, имеющих низкую детонационную стойкость и повыщающих вероятность смоло и сажеобразование, путем каталитической пароуглекислотной конверсии при температуре, не превышающей 450°С с последующей подачей конвертируемых газов в топливный тракт двигателя энергоустановки, новым является то, что в качестве двигателя энергоустановки применяют двухтопливный газодизельный двигатель, который первоначально запускают на дизельном топливе, отходящие газы газодизельного двигателя подают на катализаторный блок каталитического риформера для его разогрева, после чего осуществляют подачу в каталитический блок попутных нефтяных и природных газов, при этом в качестве окислителя для проведения каталитической пароуглекислотной конверсии используют атмосферный воздух и часть продуктов отходящих газов газодизельного двигателя, содержащих пары воды и двуокись углерода, а перед подачей конвертируемых газов в топливный тракт газодизельного двигателя осуществляют дополнительную очистку от механических частиц и охлаждение.The specified technical result is achieved due to the fact that in the method of preparing associated petroleum and natural gases for use in power plants, which consists in reducing the concentration of gas compounds having low knock resistance and increasing the likelihood of tar and soot formation by catalytic steam-carbon dioxide conversion at a temperature not exceeding 450 ° С followed by the supply of convertible gases to the fuel path of the power plant engine, new is that as a power plant engine they use a dual-fuel gas-diesel engine, which is initially run on diesel fuel, the exhaust gases of the gas-diesel engine are fed to the catalytic reformer catalyst unit to heat it, and then associated petroleum and natural gases are supplied to the catalytic unit, while they use as an oxidizing agent to carry out the catalytic steam-carbon dioxide conversion atmospheric air and part of the products of the exhaust gases of a gas-diesel engine containing water vapor and carbon dioxide, and before giving convertible gases to the fuel path of a gas-diesel engine carry out additional cleaning of mechanical particles and cooling.
Очистка конвертируемых газов от механических частиц и их охлаждение может быть произведена в едином конструктивном модуле.Purification of convertible gases from mechanical particles and their cooling can be performed in a single structural module.
Для очистки конвертируемых газов от механических частиц может быть использован антициклон.An anticyclone can be used to clean convertible gases from mechanical particles.
Охлаждение конвертируемых газов может быть произведено воздухом и/или охлаждающей жидкостью от системы охлаждения газодизельного двигателя.Convertible gases can be cooled by air and / or coolant from a gas-diesel engine cooling system.
В качестве катализаторного блока может быть использован блок, включающий металлические сетки, установленные перпендикулярно газовому потоку и сетчатый короб с мелкогранулированном керамическом носителем.As a catalyst block, a block can be used, including metal grids mounted perpendicular to the gas flow and a mesh box with a finely granulated ceramic carrier.
В настоящее время основным двигателем энергоустановок в отдаленных местах газонефтедобычи является дизель, работающий на привозном топливе и обеспечивающем необходимые параметры по электричеству – прежде всего по вырабатываемой мощности. При переходе на работу на ПНГ требуется, как правило, выполнение двух условий – сохранение мощности и резервирование работы на другом виде топлива, когда по каким-то причинам будет отсутствовать подача ПНГ. Использование для таких целей двухтопливных микротурбин затруднено не только из-за высокой их стоимости в диапазоне малой и средней мощности, но и более низкого электрического КПД и усложненного и нестандартной эксплуатации. Использование искрового газопоршневого двигателя может привести не только к снижению электрического КПД и мощности, но и необходимости приобретать и дизельный двигатель, т.к. искровой двигатель не является двухтопливным. At present, the main engine of power plants in remote areas of gas and oil production is diesel, which runs on imported fuel and provides the necessary parameters for electricity - primarily for the generated power. When switching to work on APG, as a rule, it is necessary to fulfill two conditions - preservation of power and reservation of work on another type of fuel, when for some reason there will be no supply of APG. The use of dual-fuel microturbines for such purposes is difficult not only because of their high cost in the range of low and medium power, but also lower electrical efficiency and complicated and non-standard operation. The use of a spark gas piston engine can lead not only to a decrease in electric efficiency and power, but also to the need to purchase a diesel engine as well. The spark engine is not dual-fuel.
Использование в автономной энергоустановке на ПНГ двухтопливного газодизельного двигателя является наиболее рациональным решением, т.к. не теряется мощность и КПД дизеля, обеспечивается двухтопливность при перебоях в снабжении ПНГ, да и газодизельный двигатель по стоимости ниже искрового двигателя. К указанным выше преимуществам необходимо добавить еще один – на переходных режимах и в случае резкого изменения состава ПНГ, что случается довольно часто на небольших промыслах, запальная доза дизтоплива, которая составляет 10 – 15% по массе от ПНГ, будет нивелировать процесс сгорания, и не будет приводить к снижению ресурса двигателя.The use of a dual-fuel gas-diesel engine in an autonomous power plant on an APG is the most rational solution, because the diesel engine’s power and efficiency is not lost, dual-fuel is provided during interruptions in the supply of APG, and a gas-diesel engine at a cost lower than the spark engine. It is necessary to add one more to the above advantages - during transitional regimes and in the case of a sharp change in the composition of APG, which happens quite often in small fields, the ignition dose of diesel fuel, which is 10-15% by weight of APG, will level the combustion process, and not will reduce engine life.
Из возможных вариантов способа конверсии (паровой, воздушной, воздушно-пароуглекислотной) ПНГ для применения на отдаленных промыслах наиболее рациональным будет вариант воздушно – пароуглекислотной конверсии с использованием в качестве окислителя атмосферного воздуха и части отходящих газов газодизеля, содержащих пары воды и двуокись углерода, т.к. при высоком качестве конверсии этот способ не требует дополнительных затрат на подготовку окислителя.Of the possible variants of the conversion method (steam, air, air-steam-carbon dioxide) of APG for use in remote fisheries, the most rational option is air-steam-carbon dioxide conversion using atmospheric air and part of the exhaust gas gas diesel containing water vapor and carbon dioxide, t. to. with high quality conversion, this method does not require additional costs for the preparation of the oxidizing agent.
Проведение каталитической конверсии ПНГ при сравнительно низких температурах (до 450ºС) позволяет отказаться от использования внешних (электрических или газовых) систем запуска, что упрощает конструкцию каталитического риформера и повышает его надежность. Производить запуск каталитического реактора предлагается только за счет пропускания через катализатор отходящих газов газодизельного двигателя, при этом достигается не только повышение температуры катализатора, но и вводится в состав окислителя еще и пары воды и двуокись углерода. Такое прием наиболее рационален, именно при использовании газодизельного двигателя, т.к. он работает с избытком воздуха, который присутствует и в отходящих газах двигателя и позволяет уменьшить расход холодного воздуха в качестве окислителя.Carrying out the catalytic conversion of APG at relatively low temperatures (up to 450 ° C) allows you to abandon the use of external (electric or gas) start systems, which simplifies the design of the catalytic reformer and increases its reliability. It is proposed to start the catalytic reactor only by passing a gas-diesel engine through the exhaust gas catalyst, and not only is the temperature of the catalyst increased, but also water vapor and carbon dioxide are introduced into the oxidizer. This technique is most rational, namely when using a gas-diesel engine, because it works with excess air, which is present in the exhaust gases of the engine and can reduce the consumption of cold air as an oxidizing agent.
Использование предложенной технологии на отдаленных промыслах требует также применение компактного, дешевого каталитического риформера с высокой надежностью.The use of the proposed technology in remote fields also requires the use of a compact, low-cost catalytic reformer with high reliability.
Достигается это, прежде всего за счет использования оригинального блока катализаторов, состоящего из катализаторов на базе сетчатого металлического носителя и на базе мелкогранулированного керамического носителя. При этом сетчатый катализатор устанавливается в несколько слоев, перпендикулярно газовому потоку, что обеспечивает повышенный тепломассообмен и как следствие высокую производительность и компактность, а катализатор на мелкогранулированном сферическом носителе из керамики, упакованный в сетчатую форму обеспечивает высокий ресурс катализатора.This is achieved, first of all, through the use of an original catalyst block consisting of catalysts based on a mesh metal support and on the basis of a finely granulated ceramic support. In this case, the mesh catalyst is installed in several layers, perpendicular to the gas flow, which provides increased heat and mass transfer and, as a result, high productivity and compactness, and the catalyst on a finely granulated spherical ceramic carrier packed in a mesh form provides a high catalyst life.
Для обеспечения условий, при которых мощность газодизельного двигателя не снижалась бы при работе с конвертированными продуктами ПНГ, необходимо продукты риформинга ПНГ направлять в топливный тракт двигателя при более низких температурах, чем у продуктов конверсии. Для обеспечения таких температур необходимо использовать дополнительный теплообменник, а в качестве охладителя использовать атмосферный воздух или охлаждающую жидкость газодизельного двигателя. Для повышения эффективности теплообмена со стороны продуктов конверсии, а также с целью дополнительной фильтрации продуктов конверсии ПНГ от мелких механических частиц при подаче их в камеру сгорания газодизельного двигателя (сажа, частицы катализатора), предлагается газовый тракт продуктов конверсии выполнить в виде антициклона с емкостью сбора механических частиц.To ensure conditions under which the power of the gas-diesel engine would not decrease when working with converted APG products, it is necessary to direct the APG reforming products into the engine’s fuel path at lower temperatures than the conversion products. To ensure such temperatures, it is necessary to use an additional heat exchanger, and use atmospheric air or coolant of a gas-diesel engine as a cooler. To increase the efficiency of heat transfer from the side of conversion products, as well as to additionally filter APG conversion products from small mechanical particles when they are fed into the combustion chamber of a gas-diesel engine (soot, catalyst particles), it is proposed that the gas path of the conversion products be made in the form of an anticyclone with a mechanical collection capacity particles.
На чертеже схематично изображено устройство каталитической конверсии попутных нефтяных или сырых природных газов для использования в энергоустановках, позволяющее осуществить заявляемый способ.The drawing schematically shows a device for the catalytic conversion of associated petroleum or raw natural gases for use in power plants, allowing the implementation of the inventive method.
В качестве примера конкретного выполнения устройства, осуществляющего заявляемый способ, может служить устройство каталитической пароуглекислотной конверсии попутных нефтяных и природных газов для использования в энергоустановке на основе двухтопливного газодизельного двигателя с контуром для циркуляции охлаждающей жидкости (теплоноситель). Устройство включает каталитический риформер, блок катализаторов которого, состоит из катализаторов на базе сетчатого металлического носителя и на базе мелкогранулированного керамического носителя. При этом сетчатый катализатор устанавливают в несколько слоев, перпендикулярно газовому потоку, а катализатор на мелкогранулированном сферическом носителе из керамики, упакованный в сетчатую форму обеспечивает высокий ресурс катализатора. Улучшению работы катализатора способствует также применение в его составе первичного на базе Al2O3 и, вторичного на базе оксидов Li, Zr, Ge носителей и их комбинация. В качестве активной компоненты лучше использовать хорошо зарекомендовавшие себя элементы Ni, Co, Ru их комбинации. В устройство входит термопара, регулятор запуска ПНГ, теплообменник, система забора атмосферного воздуха, теплообменник-фильтр, входящий в газовый тракт продуктов конверсии, выполненный в виде антициклона с емкостью сбора механических частиц. As an example of a specific implementation of the device implementing the inventive method, a device for catalytic steam-carbon dioxide conversion of associated petroleum and natural gases for use in a power plant based on a dual-fuel gas-diesel engine with a circuit for circulating coolant (coolant) can serve. The device includes a catalytic reformer, the catalyst block of which consists of catalysts based on a mesh metal support and on the basis of a finely granulated ceramic support. In this case, the mesh catalyst is installed in several layers, perpendicular to the gas flow, and the catalyst on a finely granulated spherical ceramic carrier packed in a mesh form provides a high catalyst life. The use of primary on the basis of Al 2 O 3 and secondary on the basis of oxides of Li, Zr, Ge carriers and their combination also contributes to the improvement of the catalyst. As an active component, it is better to use well-proven elements of Ni, Co, Ru, their combinations. The device includes a thermocouple, an APG start regulator, a heat exchanger, an atmospheric air intake system, a heat exchanger-filter included in the gas path of the conversion products, made in the form of an anticyclone with a capacity for collecting mechanical particles.
Заявляемый способ включает следующие операции.The inventive method includes the following operations.
Газодизельный двигатель 1 первоначально запускают на основном - дизельном топливе и для того, чтобы несколько минут отработал в режиме дизеля. Такой режим, как правило, является необходимым и при работе газодизельного двигателя 1 от природного газа, т.к. обеспечивает надежный запуск в любых погодных условиях. Часть отходящих газы газодизельного двигателя 1 подают на катализаторный блок 4 каталитического риформера 3, где в качестве окислителя для проведения каталитической пароуглекислотной конверсии используют атмосферный воздух из системы 13 и часть продуктов отходящих газов газодизельного двигателя 1, содержащих пары воды и двуокись углерода. Катализаторный блок 4 состоит из сетчатого 5 и упакованного в сетки зернистого катализаторов 6. При достижении на каталитическом блоке 4 температуры 400 - 450°С по термопаре 7, включают подачу ПНГ через регулятор 8 и каталитический риформер 3 разогревается до рабочей температуры. Далее продукты конверсии 9 поступают в теплообменник 14 и теплообменник – фильтр 10, в качестве которого используют антициклон, где они очищаются от механических частиц и охлаждаются пред подачей с помощью теплоносителя газодизельного двигателя 1 в его топливный тракт. При этом дополнительная очистка от механических частиц и охлаждение продуктов каталитической конверсии производится в едином конструктивном модуле 12. Управление работой газодизельного двигателя 1 и режимами работы каталитического риформера 3 производится блоком автоматики.The gas-
Т.о. обеспечивается надежность работы энергоустановки с одновременным снижением стоимости технологии и устройств, для ее обеспечения, благодаря рациональному выбору объекта энергоустановки и способа конверсии, упрощения системы запуска топлива и охлаждения, что дает возможность без создания дополнительной дорогостоящей инфраструктуры вовлечь в полезную переработку попутные газы, бесполезно сжигаемые до настоящего времени на большинстве нефтяных месторождений, и природные газы.T.O. reliable operation of the power plant is ensured with a simultaneous reduction in the cost of technology and devices, to ensure it, due to the rational choice of the power plant object and the conversion method, simplification of the fuel start-up and cooling system, which makes it possible to use associated gases, which are uselessly burned to useful processing, without creating additional costly infrastructure present in most oil fields, and natural gases.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016142530A RU2660908C2 (en) | 2016-10-28 | 2016-10-28 | Method for preparing associated petroleum and natural gases for use in power plants |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016142530A RU2660908C2 (en) | 2016-10-28 | 2016-10-28 | Method for preparing associated petroleum and natural gases for use in power plants |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016142530A RU2016142530A (en) | 2018-04-28 |
| RU2016142530A3 RU2016142530A3 (en) | 2018-05-24 |
| RU2660908C2 true RU2660908C2 (en) | 2018-07-11 |
Family
ID=62105970
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016142530A RU2660908C2 (en) | 2016-10-28 | 2016-10-28 | Method for preparing associated petroleum and natural gases for use in power plants |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2660908C2 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| RU2443764C1 (en) * | 2010-07-05 | 2012-02-27 | Учреждение Российской Академии наук Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН (ИК СО РАН) | Operating method of device for preparation of associated petroleum gases to be used in power plants |
| RU125190U1 (en) * | 2012-10-01 | 2013-02-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Уникат" | DEVICE FOR PREPARATION OF ASSOCIATED OIL GAS FOR USE IN ENERGY INSTALLATIONS |
| RU2554134C1 (en) * | 2014-06-17 | 2015-06-27 | Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина | Method for additional drying and purifying of hydrogen-sulphide-containing associated gas for further usage as fuel in gas generator plants and system for its implementation |
| US9328919B2 (en) * | 2012-02-22 | 2016-05-03 | Richard Paul Posa | Method and system for separating and destroying sour and acid gas |
-
2016
- 2016-10-28 RU RU2016142530A patent/RU2660908C2/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| RU2443764C1 (en) * | 2010-07-05 | 2012-02-27 | Учреждение Российской Академии наук Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН (ИК СО РАН) | Operating method of device for preparation of associated petroleum gases to be used in power plants |
| US9328919B2 (en) * | 2012-02-22 | 2016-05-03 | Richard Paul Posa | Method and system for separating and destroying sour and acid gas |
| RU125190U1 (en) * | 2012-10-01 | 2013-02-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Уникат" | DEVICE FOR PREPARATION OF ASSOCIATED OIL GAS FOR USE IN ENERGY INSTALLATIONS |
| RU2554134C1 (en) * | 2014-06-17 | 2015-06-27 | Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина | Method for additional drying and purifying of hydrogen-sulphide-containing associated gas for further usage as fuel in gas generator plants and system for its implementation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016142530A (en) | 2018-04-28 |
| RU2016142530A3 (en) | 2018-05-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6263256B2 (en) | Flex fuel hydrogen generator | |
| RU2442819C1 (en) | Method and device for processing associated oil gases | |
| US20150166913A1 (en) | Natural gas vehicle powertrain with onboard catalytic reformer | |
| US20090035192A1 (en) | Catalytic EGR oxidizer for IC engines and gas turbines | |
| RU2447048C1 (en) | Combined method of producing ethylene and derivatives thereof and electrical energy from natural gas | |
| CN108474550B (en) | Method and device for adjusting the ignition behavior of fuels, in particular for reducing the exhaust gas emissions of combustion plants | |
| US20080302104A1 (en) | Catalytic Engine | |
| WO1998040922A1 (en) | Hybrid fuel-cell electric-combustion power system | |
| CN1406207A (en) | Method for producing hydrogen by partial oxidation of hydrocarbons | |
| US10953388B1 (en) | Ni—Ru—CgO based pre-reforming catalyst for liquid hydrocarbons | |
| JP2024513806A (en) | Integrated hydrogen production and biorenewable conversion process | |
| RU2443764C1 (en) | Operating method of device for preparation of associated petroleum gases to be used in power plants | |
| US7981389B2 (en) | Process using microwave energy and a catalyst to crack hydrocarbons | |
| EA011995B1 (en) | Reactor for simultaneous separation of hydrogen and oxygen from water | |
| CA2947386C (en) | Method and apparatus for producing h2-rich synthesis gas | |
| RU2385897C1 (en) | Method of preparation of following and natural gases for usage in conventional engine | |
| WO2001075294A1 (en) | Gas powered engine having improved emissions | |
| RU2660908C2 (en) | Method for preparing associated petroleum and natural gases for use in power plants | |
| Molino et al. | Power production by biomass gasification technologies | |
| CN1315762C (en) | Production of olefins | |
| US10890120B2 (en) | Method for producing a fuel composition and for operating an internal combustion engine | |
| RU99780U1 (en) | DEVICE FOR PREPARATION OF APPARATUS OIL GASES FOR USE IN POWER PLANTS | |
| RU125190U1 (en) | DEVICE FOR PREPARATION OF ASSOCIATED OIL GAS FOR USE IN ENERGY INSTALLATIONS | |
| JP2008261331A (en) | Fuel reformer of power source and power source with fuel reformer | |
| RU125191U1 (en) | DEVICE FOR PROCESSING OF ASSOCIATED OIL GASES |