ЭНЕРГОЦЕНТР (ВАРИАНТЫ)
ENERGY CENTER (VERSIONS)

Изобретение относится к установкам (энергоцентрам) для выработки электрической и тепловой энергии в промысловых условиях из тяжелых углеводородных газов и легких углеводородных фракций и может быть применено в нефтегазовой промышленности.
Известна станция подготовки попутного нефтяного газа (варианты) [RU 2571127, МПК B01D 53/00, опубл. 20.12.2015 г.], которая включает узел компримирования, блок метанирования, оснащенный линией подачи воды и соединенный линией подачи конденсата с блоком осушки, соединенным со входом одной из ступеней компрессора линией подачи газа регенерации и оснащенным линией вывода подготовленного газа.
Однако известная станция не может быть использована для выработки электрической и тепловой энергии.
Наиболее близки по технической сущности к заявляемому изобретению и широко применяются мини-ТЭЦ (энергоцентр), используемые для выработки электроэнергии и тепла из природного газа, дизельного топлива, мазута или твердого топлива [Э.П. Гужулев и др. Основы современной малой энергетики: учебное пособие. В 3 тт. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2006. Т. 1, с. 31], включающие источник топлива (газопровод, топливную емкость, бункер твердого топлива), оснащенный линией подачи топлива в блок получения электроэнергии с линией вывода дымового газа, состоящий из электрогенератора с приводом в виде паровой турбины, оснащенной паровым котлом, или дизельного/газотурбинного двигателя, и блок получения теплоносителя - теплофикационной воды, и/или промышленного пара, и/или высокотемпературного органического теплоносителя.
Недостатком данного энергоцентра является невозможность работы на тяжелых углеводородных газах (пропан-бутан, попутный нефтяной газ) и легких углеводородных фракциях (углеводородные конденсаты подготовки и транспортировки газа, широкие фракции легких углеводородов) в качестве топлива, в избытке имеющихся, например, в районах добычи и транспортировки углеводородного сырья. Причиной является несоответствие требованиям, предъявляемым к топливным газам (низкий метановый индекс, высокое число Воббе, большая теплотворная способность), или к топливам (низкая температура вспышки, высокая пожаровзрывоопасность).
Задача изобретения - энергоцентр, работающий на тяжелых углеводородных газах и легких углеводородных фракциях в качестве топлива.
Техническим результатом является энергоцентр, работающий на тяжелых углеводородных газах и легких углеводородных фракциях в качестве топлива за счет оснащения блоком метанирования топлива или его части, использующим для работы часть вырабатываемого тепла.
Предложено три варианта энергоцентра. Первый и второй варианты предназначены для выработки и электроэнергии, и тепла, третий вариант - для выработки только тепла. При этом первый вариант используют при необходимости получения тепловой энергии в объеме, меньшем или незначительно превышающем объем выработки электроэнергии, второй вариант применяют при необходимости выработки существенно больших объемов тепла относительно объема выработки электроэнергии.
Указанный технический результат в первом варианте достигается тем, что в предлагаемом энергоцентре, включающем источник топлива, оснащенный линией подачи топлива в блок получения электроэнергии с линией вывода дымового газа, и блок получения теплоносителя, особенностью является то, что в качестве источника топлива расположен объект подготовки, транспорта или хранения нефти или газа, на линии подачи топлива размещен блок метанирования с линией подачи воды, соединенный линией подачи прямого теплоносителя/возврата обратного с блоком получения теплоносителя, установленным на линии вывода дымовых газов.
При необходимости на линии подачи топлива перед блоком метанирования может быть размещен блок разгазирования, оснащенный линией возврата разгазированного жидкого топлива в источник топлива, и/или блок сероочистки, оснащенный линиями подачи жидкой углеводородной фракции из источника топлива и возврата ее смеси с продуктами превращения соединений серы, а блок получения теплоносителя может быть оснащен по меньшей мере одной линией подачи прямого теплоносителя сторонним потребителям/возврата обратного.
Второй вариант отличается тем, что линия подачи топлива после блока метанирования соединена с котельной, оснащенной по меньшей мере одной линией подачи прямого теплоносителя сторонним потребителям/возврата обратного, а блок получения электроэнергии соединен с линией подачи топлива или линией подачи топливного газа с блоком метанирования.
При необходимости на линии подачи топлива перед боком метанирования может быть размещен блок разгазирования, оснащенный линией возврата разгазированного жидкого топлива в источник топлива, и/или блок сероочистки, оснащенный линиями подачи жидкой углеводородной фракции из источника топлива и возврата смеси продуктов превращения соединений серы с жидкой углеводородной фракцией, а блок получения теплоносителя может быть соединен по меньшей мере одной линией подачи прямого/возврата обратного теплоносителя с по меньшей мере одной линией подачи прямого теплоносителя сторонним потребителям/возврата обратного.
Третий вариант отличается тем, что на линии подачи топлива вместо блока получения электроэнергии расположена котельная, соединенная с блоком метанирования линией подачи прямого/возврата обратного теплоносителя.
При необходимости на линии подачи топлива перед боком метанирования может быть размещен блок разгазирования, оснащенный линией возврата разгазированного жидкого топлива в источник топлива, и/или блок сероочистки, оснащенный линиями подачи жидкой углеводородной фракции из источника топлива и возврата смеси продуктов превращения соединений серы с жидкой углеводородной фракцией.
Расположение блока метанирования на линии подачи топлива позволяет снизить содержание тяжелых углеводородов в топливе за счет их каталитического превращения в метан, окислы углерода и водород, например, по процессу селективной мягкой паровой конверсии, за счет чего повысить качество топлива благодаря повышению метанового индекса и снижению теплотворной способности. Соединение блока метанирования линией подачи прямого/возврата обратного теплоносителя с блоком получения теплоносителя позволяет поддерживать температуру процесса паровой конверсии. Размещение блока разгазирования на линии подачи топлива перед боком метанирования позволяет использовать в качестве топлива легкие углеводородные фракции, возвращая разгазированные фракции в нефть или газовый конденсат, а размещение блока сероочистки обеспечивает длительную работу катализатора паровой конверсии в блоке метанирования при использовании сернистого топлива, подавая при этом продукты превращения сернистых соединений в нефть или газовый конденсат в виде смеси (раствора) с углеводородной фракцией.
В качестве блоков энергоцентра могут быть использованы любые устройства соответствующего назначения, известные из уровня техники, например установка подготовки нефти - в качестве источника топлива, каталитический конвертор с нагревателем и рекуперационным теплообменником - в качестве блока метанирования, отпарная колонна - в качестве блока разгазирования, реактор хемосорбционной очистки окисью цинка - в качестве блока сероочистки.
Первый вариант энергоцентра (фиг. 1) включает источник топлива 1, блок метанирования 2, блок получения электроэнергии 3 и блок получения теплоносителя 4, второй вариант (фиг. 2) дополнительно включает котельную 5, а третий вариант (фиг. 3) включает котельную 5 и не содержит блоков получения электроэнергии и теплоносителя. Все варианты энергоцентра могут быть оборудованы блоками разгазирования 6 и сероочистки 7.
При работе энергоцентра по первому варианту топливо из источника 1 по линии 8, после метанирования в блоке 2, в который по линии 9 подают деионизированную воду, направляют в блок 3, где вырабатывают электроэнергию, получая при этом выводимый по линии 10 дымовой газ, за счет тепла которого из блока 4 по линии 11 в блок 2 подают прямой теплоноситель и возвращают обратный. При необходимости из блока 4 по линии 12 (показано пунктиром) подают тепло сторонним потребителям.
При работе энергоцентра по второму варианту топливо из источника 1 по линии 8, после метанирования в блоке 2, в который по линии 9 подают деионизированную воду, направляют в котельную 5, из которой по линии 13 выводят дымовой газ, а по линии 12 - тепло сторонним потребителям. В блок 3 подают либо часть топлива из линии 8, либо, в случае оснащения блока газопоршневым агрегатом, по отдельной линии 14 - топливный газ с высоким метановым индексом, а из блока 4 по линии 10 выводят дымовой газ, за счет тепла которого из блока 4 по линии 11 в блок 2 подают прямой теплоноситель и возвращают обратный. При необходимости из блока 4 по линии 15 (показано пунктиром) подают теплоноситель в линию 12, по которой подают тепло сторонним потребителям.
При работе энергоцентра по третьему варианту топливо из источника 1 по линии 8, после метанирования в блоке 2, в который по линии 9 подают деионизированную воду, направляют в котельную 5, из которой по линии 13 выводят дымовой газ, по линии 12 подают тепло сторонним потребителям, а по линии 11 в блок 2 подают прямой теплоноситель и возвращают обратный.
При установке блока 6 из него по линии 16 в источник топлива 1 возвращают разгазированное жидкое топливо, а при установке блока 7 в него по линиям 17 из источника топлива 1 подают жидкую углеводородную фракцию и возвращают ее смесь с продуктами превращения соединений серы (показано пунктиром).
Таким образом, предлагаемый энергоцентр может работать на тяжелых углеводородных газах или легких углеводородных фракциях в качестве топлива и может быть использован в промышленности.