RU2814334C1 - Способ получения топливного газа для газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции и сжиженного водорода - Google Patents
Способ получения топливного газа для газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции и сжиженного водорода Download PDFInfo
- Publication number
- RU2814334C1 RU2814334C1 RU2023110721A RU2023110721A RU2814334C1 RU 2814334 C1 RU2814334 C1 RU 2814334C1 RU 2023110721 A RU2023110721 A RU 2023110721A RU 2023110721 A RU2023110721 A RU 2023110721A RU 2814334 C1 RU2814334 C1 RU 2814334C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- hydrogen
- stage
- supplied
- chamber
- Prior art date
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 title claims abstract description 69
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 50
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 49
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 45
- 238000005086 pumping Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 title claims abstract description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 22
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 99
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 36
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 16
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 7
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 7
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 6
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 5
- 239000003949 liquefied natural gas Substances 0.000 description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RPNUMPOLZDHAAY-UHFFFAOYSA-N Diethylenetriamine Chemical compound NCCNCCN RPNUMPOLZDHAAY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к способу получения топливного газа для газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции и сжиженного водорода, производят в три этапа; на первом этапе природный газ из магистрального газопровода дросселируют до 2,5–3 МПа, подогревают до 400–450°С теплом уходящих газов газовой турбины газоперекачивающего агрегата, конвертируют в коронном электрическом разряде высокого напряжения 20–40 кВ с получением синтез-газа. На втором этапе меньшую часть воздуха, сжатого в компрессоре, подают в первую ступень камеры сгорания - форкамеру, в ее горелки подают синтез-газ и природный газ, полученную «богатую» смесь сжигают при коэффициенте избытка воздуха 0,6–0,7, увеличивают температуру факела до 1350–1400°С и повышают долю водорода до 7–10% за счет термической конверсии метана. На третьем этапе в продукты сгорания, вышедшие из форкамеры, подают сжатый воздух, эту смесь дожигают во второй ступени камеры сгорания - камере дожигания, повышают температуру факела до 1950–2000°С и увеличивают долю водорода до 15–20% за счет термической конверсии метана; вышедшие из камеры дожигания продукты сгорания разбавляют сжатым воздухом до требуемой температуры перед газовой турбиной, расширяют в турбине высокого давления газовой турбины до 3–3,5 кгс/см2, подают в вихревую центробежную камеру, где их разделяют на водород и газы; вышедший водород охлаждают теплоносителем до 40–50°С, подают в азотно-детандерный компрессорный агрегат, охлаждают до –252°С, сжижают и направляют в емкость хранения жидкого водорода; газы, вышедшие из вихревой камеры, расширяют в турбине среднего давления газовой турбины, их тепло используют для подогрева природного газа до 400–450°С. Технический результат - электрическая и высокотемпературная термическая конверсия метана, содержащегося в природном газе, с получением из него газообразного топлива для газовых турбин и сжиженного водорода для внешних потребителей. 1 ил.
Description
Изобретение относится к способу получения топливного газа для газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции, а также сжиженного водорода. В способе применяется электрическая и высокотемпературная термическая конверсия метана, содержащегося в природном газе с получением из него газообразного топлива для газовых турбин и сжиженного водорода для внешних потребителей.
Известен способ работы газотурбинной установки на метаносодержащей парогазовой смеси (Патент РФ № 2639397), согласно которому смесь природного газа и пара нагревают теплом расширенных продуктов сгорания, подают в первый адиабатический каталитический реактор с образованием метаносодержащей парогазовой смеси, которую затем нагревают теплом охлаждения камеры сгорания до температуры 620–680°С, направляют во второй каталитический реактор. Парогазовую смесь, обогащенную водородом, подают в камеру сгорания газотурбинной установки.
Недостатками способа является применение перегретого пара и двух адиабатических каталитических реакторов, что усложняет и удорожает установку, использующую этот способ.
Известно, что высокотемпературную конверсию метана производят при температурах 1350–1450°С и давлениях 30–35 кгс/см2, при почти полном окислении кислородом метана и других углеводородов до CO и H2. Примерный состав газа, получаемого при высокотемпературной кислородной некаталитической конверсии метана: 3–4 % CO2, 36–38 % CO, 57–59 % H2, 0,2–0,4 % CH4, 2 % N2 (Neftegaz.RU).
Известна модульная установка по сжижению природного газа «ДЕТА СПГ» (szitcom.ru›modul-naya-ustanovka…prirodnogo-gaza), которая может применяться для производства сжиженного природного газа (СПГ) из трубопроводного газа. В этой установке природный газ после отделения из него тяжелых фракций и низкотемпературной сепарации поступает под давлением в азотный детандерно-компрессорный агрегат и в низкотемпературный теплообменник-конденсатор (НТ), где его последовательно охлаждают до температуры -160°С с получением СПГ. Затем этот СПГ направляют в емкость для его хранения. Для обеспечения охлаждения и ожижения метана в этой установка используют азотный детандерно-компрессорный агрегат.
Известно устройство, в котором конверсию метана содержащегося в природном газе производят в электрическом плазмо-химическом реакторе-активаторе (Чигодаева Д.В., Шиян В. П, Цыбенова Н. А. Плазмохимическая установка для конверсии природного газа в углерод и водород. Вестник науки Сибири. 2012.№4(5) С. 60-65). Внутри трубы реактора-активатора находится продольный центральный стальной электрод, к которому подводят высоковольтный ток 30Кв от высоковольтного блока. Внутри реактора-активатора возникает мощный коронный электрический разряд, который обеспечивает электроплазменную конверсию метана природного газа.
Известен многоступенчатый способ получения водородсодержащего газообразного топлива и тепло-газогенераторная установка для его реализации (способ Аракеляна Г.Г.), (патент РФ № 2478688). В этом многоступенчатом способе получение водородсодержащего газообразного топлива производят из паро-углеродной смеси многостадийно с использованием высокотемпературной конверсии метана. На первом этапе способа получают перегретый пар и паро-углеродную смесь, затемее нагревают до образования водородсодержащего топлива. На второй ступени способа это топливо сжигают повышая температуру продуктов сгорания до 1000–1300°С, на третьем этапе способа температуру продуктов сгорания повышают до 2000–2100°С. Преимуществом этого способа принятого в качестве прототипа изобретения является применение высокотемпературной конверсии метана без использования катализаторов.
Недостатком способа является сложность его реализации и относительно невысокое содержание водорода в полученной смеси продуктов сгорания.
Техническим результатом предлагаемого способа является устранение недостатков прототипа и аналогов, получение топливного газа для газотурбинной установки газоперекачивающего агрегата и сжиженного водорода для внешних потребителей.
Технический результат достигается тем, что в способе получения топливного газа для газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции и сжиженного водорода производят многостадийно путем последовательного сжигания природного газа в воздухе с повышением температуры продуктов сгорания до образования водород-содержащих продуктов сгорания, причем способ содержит три этапа, на первом этапе природный газ из магистрального газопровода дросселируют до 2,5–3 МПа, подогревают до 400–450°С теплом уходящих газов газовой турбины газоперекачивающего агрегата, конвертируют в коронном электрическом разряде высокого напряжения 20–40 кВ с получением синтез-газа; на его втором этапе меньшую часть воздуха сжатого в компрессоре подают в первую ступень камеры сгорания (форкамеру), в ее горелки подают синтез- газ и природный газ, полученную «богатую» смесь сжигают при коэффициенте избытка воздуха 0,6–0,7 и увеличивают температуру факела до 1350–1400°С, повышая долю водорода до 7–10%, за счет термической конверсии метана; на третьем этапе в продукты сгорания, вышедшие из форкамеры, подают сжатый воздух, смесь дожигают во второй ступени камеры сгорания (камере дожигания), повышают температуру факела до 1950–2000°С и увеличивают долю водорода до 15–20%, за счет термической конверсии метана; вышедшие из камеры дожигания продукты сгорания разбавляют сжатым воздухом, до требуемой температуры перед газовой турбиной, расширяют в турбине высокого давления газовой турбины до 3–3,5 кгс/см2, подают в вихревую центробежную камеру, где их разделяют на водород и газы; вышедший водород охлаждают теплоносителем до 40–50°С, подают в азотно-детандерныйкомпрессорный агрегат, охлаждают до –252°С, сжижают и направляют в емкость хранения жидкого водорода; газы, вышедшие из вихревой камеры, расширяют в турбине среднего давления газовой турбины, их тепло используют для подогрева природного газа до 400–450°С.
Схема устройства для реализации предлагаемого способа получения из природного газа топливного газа для газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции и сжиженного водорода, приведена на Фиг.1. Здесь: 1 – компрессор, 2-газовая турбина высокого давления, 3 – газовая турбина среднего давления, 4 –электрогенератор, 5 – магистральный газопровод, 6 – вихревой центробежный разделитель водорода и продуктов сгорания, 7 – подогреватель природного газа, 8 – первая ступень камеры сгорания (форкамера), 9 -вторая ступень камеры сгорания (камера дожигания), 10 – трубопровод водорода, 11 – теплообменник предварительного охлаждения водорода, 12 – электрический плазмохимический реактор-активатор, 13 – электрический блок высокого напряжения, 14 – устройство низкотемпературного охлаждения и сжижения водорода, 15 – емкость для хранения жидкого водорода.
Предлагаемый способ получения топливного газа для газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции и сжиженного водорода осуществляют в три этапа следующим образом. Сжатый воздух из компрессора 1 подают в камеру сгорания 2 и разделяют на два потока. Первый поток сжатого воздуха подают в первую ступень камеры сгорания 8 (форкамеру). В ее горелки подают природный газ из магистрального газопровода 5. На первом этапе способа природный газ с давлением 2,5–3 МПа подогревают теплом уходящих газов газовой турбины среднего давления 3 до 400–450°С в подогревателе природного газа 7. Метан, содержащийся в природном газе, конвертируют в коронном электрическом разряде высокого напряжения (20–40 кВ) плазмохимического реактора-активатора 12 с получением синтез-газа, состоящего из водорода и окиси углерода. На втором этапе способа в первую ступень камеры сгорания (форкамеру) 8 газотурбинной установки подают сжатый воздух с давлением 2,5–3 МПа, синтез-газ и природный газ из магистрального газопровода 5; полученную «богатую» метано-водородно-воздушную топливную смесь поджигают и производят ее неполное сгорание в первой ступени камеры сгорания (форкамере) 8 при коэффициенте избытка воздуха 0,6–0,7 и температуре факела 1350–1400°С, осуществляя высокотемпературную конверсию метана, с увеличением доли водорода в продуктах сгорания. На третьем этапе способа, во вторую ступень камеры сгорания (камеру дожигания) 9 подают продукты сгорания вышедшие из форкамеры 8 и сжатый воздух. Полученную «бедную» метано-водородно-воздушную топливную смесь сжигают, продукты сгорания расширяют в газовой турбине высокого давления 2 и подают в вихревой центробежный разделитель 6 где их разделяют на водород и газы. Газы, вышедшие из вихревого центробежного разделителя 6 расширяют газовой турбине среднего давления 3, охлаждают в подогревателе природного газа 7, подогревая природный газ и сбрасывают их в атмосферу. Водород, вышедший из вихревого центробежного разделителя 6, охлаждают теплоносителем в теплообменнике предварительного охлаждения водорода 11 и подают, при давлении 3–5 кг/см2 , в устройство 14 низкотемпературного охлаждения и сжижения водорода, содержащего азотный детандерно-компрессорный агрегат. Жидкий водород охлажденный до температуры –252°С подают в емкость хранения жидкого водорода 15.
Преимущества этого способа заключаются том, что его реализуют без применения катализаторов, с использованием методов высокотемпературной конверсии метана и электрической плазмохимической конверсии природного газа. Продукты сгорания, расширенные в газовой турбине высокого давления, разделяют в центробежном разделителе на водород и газы, с последующим охлаждением, сжижением водорода и его подачи в емкость хранения жидкого водорода.
Claims (1)
- Способ получения топливного газа для газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции и сжиженного водорода производят многостадийно путем последовательного сжигания природного газа в воздухе с повышением температуры продуктов сгорания до образования водородсодержащих продуктов сгорания, отличающийся тем, что способ содержит три этапа, на первом этапе природный газ из магистрального газопровода дросселируют до 2,5–3 МПа, подогревают до 400–450°С теплом уходящих газов газовой турбины газоперекачивающего агрегата, конвертируют в коронном электрическом разряде высокого напряжения 20–40 кВ с получением синтез-газа; на его втором этапе меньшую часть воздуха, сжатого в компрессоре, подают в первую ступень камеры сгорания – форкамеру, в ее горелки подают синтез-газ и природный газ, полученную «богатую» смесь сжигают при коэффициенте избытка воздуха 0,6–0,7 и увеличивают температуру факела до 1350–1400°С, повышая долю водорода до 7–10% за счет термической конверсии метана; на третьем этапе в продукты сгорания, вышедшие из форкамеры, подают сжатый воздух, смесь дожигают во второй ступени камеры сгорания – камере дожигания, повышают температуру факела до 1950–2000°С и увеличивают долю водорода до 15–20% за счет термической конверсии метана; вышедшие из камеры дожигания продукты сгорания разбавляют сжатым воздухом до требуемой температуры перед газовой турбиной, расширяют в турбине высокого давления газовой турбины до 3–3,5 кгс/см2, подают в вихревую центробежную камеру, где их разделяют на водород и газы; вышедший водород охлаждают теплоносителем до 40–50°С, подают в азотно-детандерный компрессорный агрегат, охлаждают до –252°С, сжижают и направляют в емкость хранения жидкого водорода; газы, вышедшие из вихревой камеры, расширяют в турбине среднего давления газовой турбины, их тепло используют для подогрева природного газа до 400–450°С.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2814334C1 true RU2814334C1 (ru) | 2024-02-28 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5861441A (en) * | 1996-02-13 | 1999-01-19 | Marathon Oil Company | Combusting a hydrocarbon gas to produce a reformed gas |
| RU2478688C2 (ru) * | 2011-12-20 | 2013-04-10 | Закрытое акционерное общество Научно-проектное производственно-строительное объединение "Грантстрой" (ЗАО НППСО "Грантстрой") | Многостадийный способ получения водородосодержащего газообразного топлива и теплогазогенераторная установка его реализации (способ аракеляна г.г.) |
| RU2639397C1 (ru) * | 2016-12-29 | 2017-12-21 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Самара" | Способ работы газотурбинной установки на метаносодержащей парогазовой смеси и устройство для его осуществления |
| RU2740755C1 (ru) * | 2019-11-05 | 2021-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Самара" | Способ получения водородсодержащего газа из природного газа и перегретого пара и устройство для его осуществления |
| RU2774007C1 (ru) * | 2021-01-11 | 2022-06-14 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Самара" | Способ работы контактной газотурбинной установки на метановодородной парогазовой смеси |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5861441A (en) * | 1996-02-13 | 1999-01-19 | Marathon Oil Company | Combusting a hydrocarbon gas to produce a reformed gas |
| RU2478688C2 (ru) * | 2011-12-20 | 2013-04-10 | Закрытое акционерное общество Научно-проектное производственно-строительное объединение "Грантстрой" (ЗАО НППСО "Грантстрой") | Многостадийный способ получения водородосодержащего газообразного топлива и теплогазогенераторная установка его реализации (способ аракеляна г.г.) |
| RU2639397C1 (ru) * | 2016-12-29 | 2017-12-21 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Самара" | Способ работы газотурбинной установки на метаносодержащей парогазовой смеси и устройство для его осуществления |
| RU2740755C1 (ru) * | 2019-11-05 | 2021-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Самара" | Способ получения водородсодержащего газа из природного газа и перегретого пара и устройство для его осуществления |
| RU2774007C1 (ru) * | 2021-01-11 | 2022-06-14 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Самара" | Способ работы контактной газотурбинной установки на метановодородной парогазовой смеси |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6775987B2 (en) | Low-emission, staged-combustion power generation | |
| JP5051974B2 (ja) | 水素と電気を同時に発生させるシステム及び方法 | |
| EP1582502B1 (en) | System and method for co-production of hydrogen and electrical energy | |
| US11891950B2 (en) | Systems and methods for power production with integrated production of hydrogen | |
| MXPA06007819A (es) | Sistemas y metodos para la generacion de energia con aislamiento de dioxido de carbono. | |
| US20090158701A1 (en) | Systems and methods for power generation with carbon dioxide isolation | |
| AU723199B2 (en) | Method for combined generation of synthesis gas and power | |
| CN1091840C (zh) | 在燃气轮机循环中生产电力的方法 | |
| EA004897B1 (ru) | Способ использования запасов газа с низким содержанием метана в качестве топлива для газовых турбин | |
| RU2011146212A (ru) | Способ совместного производства синтез-газа и электроэнергии | |
| CN113165883A (zh) | 用于将二氧化碳转化为一氧化碳的方法及反应器 | |
| US9273607B2 (en) | Generating power using an ion transport membrane | |
| RU2648914C2 (ru) | Способ получения водорода и генерирования энергии | |
| US8901178B2 (en) | Co-production of fuels, chemicals and electric power using turbochargers | |
| RU2814334C1 (ru) | Способ получения топливного газа для газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции и сжиженного водорода | |
| CA2795887C (en) | Decarbonized fuel generation | |
| RU2664526C2 (ru) | Энергосберегающий унифицированный способ генерации синтез-газа из углеводородов | |
| RU2587736C1 (ru) | Установка для утилизации низконапорного природного и попутного нефтяного газов и способ её применения | |
| RU2810591C1 (ru) | Способ получения водородсодержащего топливного газа с электрической плазмохимической и высокотемпературной конверсией метана и устройство для его реализации | |
| RU2740755C1 (ru) | Способ получения водородсодержащего газа из природного газа и перегретого пара и устройство для его осуществления | |
| RU2626291C2 (ru) | Способ преобразования энергии | |
| Biryuk et al. | Prospects for the use of methane conversion for increasing energy and environmental efficiency of energy installations | |
| US20230287284A1 (en) | Systems and Methods for Producing a Decarbonized Blue Hydrogen Gas for Cracking Operations | |
| EP4375235A2 (en) | Integration of hydrogen fueled gas turbine with a hydrocarbon reforming process | |
| US20150275827A1 (en) | Gas reformation with motor driven compressor |