ЛЕГКОКИПЯЩАЯ СМЕСЬ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО РАБОЧЕЕ ТЕЛО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ, РАБОТАЮЩЕЙ ПО ЦИКЛУ РЕНКИНА
LOW-BOILING MIXTURE OF ORGANIC COMPOUNDS, PREFERABLY ACTUATING MEDIUM OF POWER PLANT OPERATING IN ACCORDANCE WITH RANKINE CYCLE

Предлагаемое изобретение относится к области энергетики, в первую очередь к системам энергосбережения, используемым в нефтедобывающей промышленности.
В качестве ближайшего аналога предлагаемого изобретения выбрана легкокипящая смесь органических соединений, используемая в качестве рабочего тела энергетической установки и представляющая собой смесь органических соединений, включая дихлорофторметан, бутан, пентан, дифторэтан (см. заявку на изобретение US 2009139232, опубликованную 04.07.2009). Предлагаемое изобретение направлено на дальнейшее совершенствование легкокипящих смесей органических соединений, пригодных к использованию в качестве рабочего тела энергетических установок. В итоге предложена легкокипящая смесь органических соединений, характеризующаяся безопасностью для человека и окружающей среды, а также низкой агрессивностью к элементам конструкции энергетической установки.
Указанный выше технический результат достигается при использовании легкокипящей смеси органических соединений, содержащей дихлорметан - 50÷80% (вес.); дихлорофторметан - 5÷15% (вес.); бутан - 5÷10% (вес.); пентан - 10÷30% (вес.), дифторэтан - 5÷2% (вес.), предложенная легкокипящая смесь органических соединений представляет собой рабочее тело термодинамического цикла Ренкина, в первую очередь рабочее тело установки утилизации тепла уходящих газов.
Предложенная легкокипящая смесь органических соединений предназначена для использования в термодинамическом цикле Ренкина, который используется в системах утилизации сбросного тепла от газотурбинных, печных и компрессорных установок. Легкокипящая смесь органических соединений предложенного состава характеризуется высокой теплоемкостью, плотностью, молекулярной массой и термостабильностью, что обеспечивает ее высокую тепловую эффективность и способствует значительно меньшему износу металлических деталей и лопаток турбинной установки, в первую очередь меньшей коррозии указанных деталей. Также легкокипящая смесь органических соединений предложенного состава обладает хорошими экологическими характеристиками, то есть нетоксична для человека и животных и имеет низкий потенциал разрушения озонного слоя. Соответственно критериями подбора приведенного выше состава легкокипящей смеси являлись следующие ее компоненты: высокая теплоемкость, высокая теплота испарения, высокие значения удельного и молекулярного весов, термостабильность, нетоксичность, низкий (ниже 0.02) потенциал разрушения озонного слоя. Подбор состава осуществлялся с использованием расчетов и моделирования тепловых процессов. Конкретный диапазон изменений концентраций, составляющих состав соединений, может меняться в зависимости от условий процесса и параметров утилизируемого теплового потока.
В качестве примера установки, использующей предложенную легкокипящую смесь органических соединений, может быть использована установка утилизации тепла уходящих газов газотурбинной установки, использующей в качестве рабочего тела попутный нефтяной газ и/или природный газ комплекса разработки нефтегазоносного пласта. Такая установка включает расположенные последовательно по ходу уходящих газов средство дожигания, замкнутый контур циркуляции легкокипящих органических соединений и компрессор подачи уходящих газов в нефтегазоносный пласт. Для привода компрессора подачи уходящих газов в нефтегазоносный пласт использована энергия, вырабатываемая на валах газотурбинной установки и турбины замкнутого контура циркуляции легкокипящих органических соединений. Замкнутый контур циркуляции легкокипящих органических соединений включает расположенные последовательно тракт потока легкокипящих органических соединений первого рекуперативного теплообменника-испарителя, турбину, первый тракт потока легкокипящих органических соединений второго рекуперативного теплообменника-конденсатора, тракт потока легкокипящих органических соединений воздушного конденсатора, циркуляционный насос, второй тракт потока легкокипящих органических соединений второго рекуперативного теплообменника-конденсатора. Вход первого рекуперативного теплообменника-испарителя по тракту потока уходящих газов соединен с выходом турбины газотурбинной установки, а выход по тракту потока уходящих газов соединен с входом компрессора подачи уходящих газов в нефтегазоносный пласт.
Таким образом, предложена легкокипящая смесь органических соединений, характеризующаяся безопасностью для человека и окружающей среды, а также низкой агрессивностью к элементам конструкции энергетической установки.