СПОСОБ РАБОТЫ ГАЗОПАРОВОЙ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2002 года по МПК F02C3/28 F01K23/04 

Изобретение относится к теплоэнергетике, может быть использовано в газовой, нефтяной, химической и угольной промышленности, а также при решении экологических проблем.

Известен способ работы энерготехнологической установки, предназначенный для конверсии углеводородного газообразного сырья [1]. В нем углеводородное газообразное сырье последовательно нагревается, очищается от примесей и смешивается с водяным паром в смесителе. Образовавшаяся смесь подвергается термохимическому окислительному превращению в виде паровой конверсии в промежуточный продукт конверсии с поглощением теплоты сгоревшего углеводородного топлива в газовой смеси высокого давления. Полученная газовая смесь расширяется в газовой турбине и подается в котел-утилизатор для получения пара для паровой турбины.

К недостаткам этого способа следует отнести невысокую экономичность, повышенную токсичность и существенное тепловое воздействие на окружающую среду.

В качестве прототипа выбран способ [2], заключающийся в сжатии углеводородного газообразного сырья в компрессоре, термохимическом окислительном превращении его в промежуточный продукт конверсии в виде либо парциального окисления, либо паровой или (и) углекислотной конверсии, расширении в газопаровой турбине промежуточного продукта конверсии.

Прототипу присущи недостаточно высокие экономичность и мощность, получаемая за счет преобразования теплоты в механическую энергию.

Для устранения отмеченных недостатков при сжатии углеводородного газообразного сырья в компрессоре часть его отбирают из промежуточной ступени сжатия, а оставшуюся часть сырья после сжатия подвергают термохимическому окислительному превращению в виде парциального окисления с выделением теплоты, отобранную часть углеводородного сырья также подвергают совместно с продуктом парциального окисления или без него термохимическому окислительному превращению в виде паровой или (и) углекислотной конверсии с поглощением теплоты, причем используют часть теплоты парциального окисления углеводородного сырья, в газопаровой турбине сначала расширяют продукт парциального окисления углеводородного сырья, а после промежуточной ступени расширения - суммарный промежуточный продукт парциального окисления и паровой или (и) углекислотной конверсии углеводородного сырья.

Для дополнительного повышения экономичности, мощности и расширения функциональных возможностей термохимическому окислительному превращению в виде парциального окисления дополнительно подвергают жидкое или (и) измельченное твердое углеводородное сырье.

С целью дополнительного повышения экономичности и мощности часть углеводородного сырья, предназначенного для термохимического окислительного превращения в виде парциального окисления, полностью окисляют.

Повышение экономичности и мощности достигается за счет экономии тепловой энергии, уменьшения расхода дорогого окислителя, повышения расхода расширяемого рабочего тела и его промежуточного подогрева. Функциональные возможности расширяются за счет использования жидкого и твердого углеводородного сырья. Дополнительное повышение экономичности и мощности обеспечивается за счет более сильного подогрева рабочего тела.

На чертеже изображен один из вариантов тепловой схемы газопаровой энерготехнологической установки.

Изобретение осуществляется следующим образом. Предварительно очищенное углеводородное газообразное сырье сжимают в компрессоре 1. Часть сырья отбирают, а оставшуюся сжимают в компрессоре 2. После дополнительного подогрева в теплообменнике 3 его подвергают парциальному окислению в реакторе 4, в общем случае состоящем из нескольких ступеней. Продукт парциального окисления расширяют в газопаровой турбине 5 высокого давления, охлаждают в теплообменнике 6 и смешивают с отобранной частью углеводородного сырья в смесителе 7. После удаления сажи в блоке очистки 8 полученную смесь подвергают паровой или (и) углекислотной конверсии в каталитическом реакторе 9. Получившийся суммарный промежуточный продукт расширяют в газопаровой турбине 10 низкого давления, а затем передают в элементы конструкции установки, сопряженные с паровым контуром 11. Если теплота продукта парциального окисления передается в каталитический реактор 9 теплообменом без смешения с углеводородным сырьем, то блок очистки 8 может быть установлен после парогенератора парового контура 11 (не показан). В этом случае в реактор 4 подается только часть водяного пара или (и) углекислоты. Остальная часть подается в каталитический реактор. Смешение продуктов парциального окисления и паровой или (и) углекислотной конверсии производится перед газопаровой турбиной 10 низкого давления.

В одну из ступеней реактора 4 может быть подано жидкое или (и) измельченное твердое углеводородное сырье 12. Как и газообразное сырье, оно подвергнется парциальному окислению. В этом случае в блоке очистки 8 должны быть удалены, кроме сажи, еще и другие вредные примеси.

Часть углеводородного сырья (наиболее дешевая) в одной из ступеней реактора 4 может быть полностью окислена. За счет более сильного подогрева рабочего тела возрастет мощность и экономичность газопаровой установки.

Газопаровая энерготехнологическая установка, реализующая способ, содержит компрессоры 1 и 2, теплообменник 3, реактор 4 парциального окисления, газопаровую турбину 5 высокого давления, теплообменник 6, смеситель 7, блок очистки 8, каталитический реактор 9, газопаровую турбину 10 низкого давления и паровой контур 11. В установке с подводом жидкого или (и) твердого углеводородного сырья дополнительно имеется устройство его подачи 12.

Источники информации
1. Арсеньев Л.В., Тырышкин В.Г. Комбинированные установки с газовыми турбинами. - Л.: Машиностроение, 1982, с. 195-196, рис. VI-8.

2. Патент РФ 2090769. Способ преобразования тепловой энергии и углеводородного газообразного топлива в работу и продукты конверсии. /Гришин А.Н., F 02 С 3/28, F 01 К 23/04, бюл. 26, 20.09.1997.

Способ работы газопаровой энерготехнологической установки заключается в сжатии углеводородного газообразного сырья в компрессоре, термохимическом окислительном превращении его в промежуточный продукт конверсии в виде парциального окисления, либо паровой или (и) углекислотой конверсии, расширении в газопаровой турбине промежуточного продукта конверсии. При сжатии углеводородного газообразного сырья в компрессоре часть его отбирают из промежуточной ступени сжатия. Оставшуюся часть сырья после сжатия подвергают термохимическому окислительному превращению в виде парциального окисления с выделением теплоты. Отобранную часть углеводородного сырья также подвергают совместно с продуктом парциального окисления или без него термохимическому окислительному превращению в виде паровой или (и) углекислотной конверсии с поглощением теплоты, причем используют часть теплоты парциального окисления углеводородного сырья. В газопаровой турбине сначала расширяют продукт парциального окисления углеводородного сырья, а после промежуточной ступени расширения - суммарный промежуточный продукт парциального окисления и паровой или (и) углекислотной конверсии углеводородного сырья. Изобретение повышает экономичность и мощность установки. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ работы газопаровой энерготехнологической установки, заключающийся в сжатии углеводородного газообразного сырья в компрессоре, термохимическом окислительном превращении его в промежуточный продукт конверсии в виде либо парциального окисления, либо паровой или (и) углекислотной конверсии, расширении в газопаровой турбине промежуточного продукта конверсии, отличающийся тем, что при сжатии углеводородного газообразного сырья в компрессоре часть его отбирают из промежуточной ступени сжатия, оставшуюся часть сырья после сжатия подвергают термохимическому окислительному превращению в виде парциального окисления с выделением теплоты, отобранную часть углеводородного сырья также подвергают совместно с продуктом парциального окисления или без него термохимическому окислительному превращению в виде паровой или (и) углекислотной конверсии с поглощением теплоты, причем используют часть теплоты парциального окисления углеводородного сырья, в газопаровой турбине сначала расширяют продукт парциального окисления углеводородного сырья, а после промежуточной ступени расширения - суммарный промежуточный продукт парциального окисления и паровой или (и) углекислотной конверсии углеводородного сырья. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что термохимическому окислительному превращению в виде парциального окисления дополнительно подвергают жидкое или (и) измельченное твердое углеводородное сырье. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что часть углеводородного сырья, предназначенного для термохимического окислительного превращения в виде парциального окисления, полностью окисляют.