Установка для ароматизации углеводородного сырья

 

Использование: нефтехимия. Сущность: установка ароматизации углеводородного сырья содержит нагнетатель и подогреватель сырья, каталитический реактор, конденсатор, сепаратор продукта, накопитель жидкого продукта, газотурбинную установку, включающую газогенератор с камерой сгорания, двухконтурный вентилятор, силовую турбину и коробку приводов. Подогреватель сырья установлен в газовом тракте турбин, например, перед силовой турбиной, конденсатор продукта - в воздушном тракте двухконтурного вентилятора, например, во внутреннем контуре его тракта. Нагнетатель и сепаратор продукта установлены на коробке приводов. Линия отвода газовой фракции из сепаратора соединена с линией питания топливом камеры сгорания, линия отвода жидкой фракции - с накопителем жидкого продукта. Выхлопной тракт силовой турбины соединен трубопроводом отвода части отработавшего газа через регулирующий клапан с входным трактом газогенератора. 3 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к газотурбинной технике и может быть использовано в газотурбинных установках нефтегазопереработки, обслуживающих каталитическую переработку бросового углеводородного сырья, например, факельного газа, или конденсата в высокооктановое моторное топливо, или другие углеводородные продукты методом ароматизации.

Известны комбинированные энергетические газотурбинные установки (ГТУ), в которых, для повышения термического КПД все топливо, идущее в камеру сгорания, подвергается процессу крекинга или его улучшению в каталитическом реакторе (см. заявку Японии N 59-108809 за 1982 г. и патент США N 4202168, кл. 60/39.06 за 1980 г.). Такие установки имеют подогреватель топлива, как минимум, один каталитический реактор, турбогазогенератор и потребители мощности электрогенераторы или воздушные компрессоры.

Эти газотурбинные установки являются чисто энергетическими, предназначенными для получения электроэнергии, производить накопление товарного высококачественного топлива.

Указанный недостаток устранен в установке получения синтетического жидкого метанола, на который энергия горячего газа риформинг-процесса используется для привода одной из ГТУ установки.

Известная установка (см. патент Великобритании N 2075125 по кл. FIG за 1981 г. ) имеет в числе других двухвальную ГТУ с газогенератором, камерой сгорания и силовой турбиной для привода двухкаскадного компрессора прокачки синтезированного продукта.

За каждым каскадом компрессора установлены конденсаторы холодильники с прокачкой через них охлаждающей воды. Процесс риформинга осуществляется в камере сгорания при прокачке сырья через трубы нагрева смеси пара и метана. В состав этой камеры входит дополнительный теплообменник подогреватель сырья (метан с парами воды), установленный в хвостовой части камеры.

Данная установка сложна и представляет собой, фактически, целый завод. Ее составные части выполнены стационарными. Наличие двух ГТУ, габаритной камеры риформинга и большого количества дополнительного оборудования не позволяют выполнить установку передвижной с целью приближения установки к источнику сырья. Для обеспечения функционирования процесса риформинга метана необходима, как составная часть, вода. Кроме того, вода, как циркуляционная, нужна для конденсации продукта в холодильниках конденсаторах. Установка не предусматривает самообеспечение в виде электроэнергии, необходимой хотя бы для систем обслуживания, регулирования и т.п. Для камеры сгорания двухвальной ГТД необходимо свое топливо, поставляемое со стороны.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании малогабаритной, транспортабельной и автономной установки для ароматизации (конверсии, риформинга и т.п.) бросового углеводородного сырья в высокооктановое моторное топливо с высокой эффективностью.

Поставленная задача решается тем, что в установке для ароматизации углеводородного сырья, снабженной каталитическим реактором и газотурбинной установкой с двухконтурным вентилятором и силовой турбиной, подогреватель сырья установлен в газовом тракте турбины, например, перед силовой турбиной, а конденсатор продукта в воздушном тракте двухконтурного вентилятора, например, во внутреннем тракте вентилятора. При этом нагреватель сырья и сепаратор продукта установлены на коробке приводов ГТУ, например, соосно друг другу, а линия отвода газовой фракции продукта из сепаратора подключена на питание топливом камеры сгорания, и линия отвода жидкого продукта к его накопителю. Кроме того, выходной тракт силовой турбины соединен трубопроводом переброса части отработавшего газа, через регулирующий клапан со входным каналом газогенератора.

Предложенная установка ароматизации углеводородного сырья, при ее относительной простоте, выполнена мобильной для установки ее непосредственно у источника сырья и последующей перестановки к другому источнику. Для функционирования установки не требуются иные дополнительные рабочие среды такие, как например вода. Установка выполнена полностью автономной при самообеспечении электроэнергией и топливом.

Настоящее изобретение будет описано более полно при помощи нижеследующих рисунков.

На фиг. 1 изображена схематически установка для ароматизации углеводородного сырья на базе ГТУ с приводным двухконтурным компрессором; на фиг.2 вид сбоку на установку в модульно-контейнерном исполнении; на фиг.3 - вид на установку сверху; на фиг. 4 вариант выполнения схемы установки на основе двухконтурной ГТУ.

Установка для ароматизации углеводородного сырья включает контейнер 1, выполненный в габаритах крупнотоннажных стандартных контейнеров, в котором размещены все основные сборочные единицы установки. Основным энергоузлом установки является ГТУ, установленная на раме 2 и включающая газогенератор 3 с его компрессором 4, камерой сгорания 5 и турбиной 6. Соосно газогенератору установлена силовая турбина 7. В газовом тракте 8 этих турбин, например, перед силовой турбиной, или за ней, в зависимости от уровня энергетики, установлен подогреватель (теплообменник) сырья 9. Силовая турбина 7 подключена на привод двухконтурного вентилятора 10. Данный вентилятор содержит два контура наружный 11 и внутренний 12. В выходной части 13 наружного контура установлен воздухомасляный теплообменник 14, а в выходной части 15 внутреннего контура уcтанoвлен конденсатор продукта 16 (теплообменник). Выхлопы контуров 17 и 18 подключены к атмосфере. Входной тракт 19 газогенератора и входной тракт 20 вентилятора соединен с входной шахтой 21, оборудованной входным очистительным устройством 22. Силовая турбина 7 через трансмиссию 23 и коробку приводов 24 механически подключена к вентилятору 10 и к нагнетателю 25 сырья. Нагнетатель установлен на коробке приводов. Соосно нагнетателю, на его оси 26 и на его корпусе, смонтирован центробежный сепаратор 27 продукта. Линия отвода 28 газовой фракции продукта подключена через соответствующий регулятор топлива на питание камеры сгорания 5, а линия отвода 29 жидкой фракции продукта к накопителю 30 жидкого продукта. Установка подключена через линию 31 и запорный клапан 32 к источнику сырья, например газовой скважине, цистерне и т.п. На линии трубопровода 33, соединяющего подогреватель 9 с конденсатором 16 установлен каталитический реактор 34, заполненный катализатором. Установка оборудована выхлопной вахтой 35 для отработавших газов с шумоглушителем 36. На коробке приводов 24 установлен также электрогенератор (условно не показан).

Установка снабжена системой перепуска части отработавших газов турбин во входной тракт 19 газогенератора. Система перепуска газов включает трубопровод 37 переброса газов с регулирующим клапаном 38, соединяющий выхлопной тракт 39 силовой турбины с входным трактом 19 газогенератора. Установка выполнена из транспортабельных по железной дороге модулей: собственно контейнера 1, с помещенной в ней ГТУ, входной шахты 21, воздухоочистительного устройства 22, шумоглушителя 36 и модуля запуска 40. В состав этого комплекта моделей не входит накопитель 30 жидкого продукта, выполняемый, в зависимости от местных условий и способов транспортировки, различного объема и конструкции и дистанционный пульт управления.

После доставки установки для ароматизации на место эксплуатации и сборки производят подключение ее к источнику сырья.

Сырьем для установки может быть попутный факельный газ, газовые конденсаты и т. п. получаемые при нефтедобыче и нефтепереработке и ухудшающие обычно экологическую обстановку в районах добычи и переработки нефти. Сырье, возможно малого давления, подводят к линии 31 и через клапан 32 к нагнетателю 25. Нагнетатель, приводимый через коробку приводов 24 от силовой турбины 7, повышает давление и плотность сырья и прокачивает его через подогреватель 9, расположенный в газовом тракте турбин 8 между турбинами 6 и 7. Подогретое сырье до температуры от 580^oС до 600^oС подводят в каталитический реактор 34, где оно проходит процесс каталитической ароматизации (риформинга, конверсии и т.п.). Полученный после ароматизации высококачественный продукт (высокооктановое моторное топливо) в виде паров прокачивают через конденсатор 16. Здесь пары продукта, за счет хладоресурса воздуха, протекающего через внутренний контур 12 вентилятора 10, конденсируются, и смесь газовой фракции с жидкой подается на вход центробежного сепаратора 27. В сепараторе газообразная фракция отделяется от жидкой, после чего жидкая фракция по линии 29 поступает в накопитель 30 продукта, а газообразная по линии 28 поступает на питание камеры сгорания 5. Продукты сгорания проходят через турбины 6 и 7. При этом турбина 6 отдает свою мощность на привод компрессора 4, а силовая турбина 7 через коробку приводов 24, трансмиссию 23 отдает свою мощность на привод двухконтурного вентилятора 10, нагнетателя сырья 25, сепаратора 27 и других агрегатов ГТУ (электрогенератора, маслонасосов и т.п.). Масло для смазки ГТУ охлаждают в теплообменнике 14. При низких температурах окружающего воздуха, когда возможен недогрев сырья в подогревателе 9 до необходимой температуры, на входе в каталитический реактор 34, производят отбор части отработавших газов через трубопровод 37 и клапан 38 на входе в компрессор 4 газогенератора. В результате обеспечивают требуемую температуру газа перед подогревателем сырья и получают необходимый подогрев сырья для каталитической реакции.

В зависимости от энергетических параметров ГТУ возможно выполнение установки для ароматизации с подогревателем, расположенным за свободной турбиной, а конденсатором, расположенным в наружном тракте двухконтурного вентилятора. Представленная на фиг.1 схема оптимальна для установки, выполненной на базе вспомогательной газотурбинной силовой установки пассажирского самолета. На фиг.4 представлен возможный вариант выполнения установки для ароматизации углеводородного сырья на основе конвертируемого двухконтурного турбореактивного двигателя 39 при установке теплообменника-подогревателя сырья 9 в газовом тракте за силовой турбиной 7, а теплообменника-конденсатора 16 в наружном (втором) контуре за вентилятором 10. Такой вариант позволяет использовать отработавшие на самолете авиадвигатели при большем выходе продукта, но менее удобен при его транспортировке по железной дороге.

Предложенная установка по ароматизации сопутствующих добыче нефти факельных газов и газоконденсаторов в высокооктановое моторное топливо, по сравнению со стационарными, выполнена в автономном варианте, не требующем для ее работы электроэнергии и воды со стороны. Установка выполнена простой, с возможностью размещения ее в габаритах стандартного контейнера, с малой массой, позволяющей обеспечение ее транспортировки вертолетным транспортом непосредственно к источнику сырья, расположенному в местах, лишенных удобных транспортных путей. Кроме того, установка требует минимальных производственных площадей, обладает малой трудоемкостью монтажных и ремонтных работ в эксплуатации, и улучшает экологическое состояние мест добычи нефти.

Формула изобретения

1. Установка ароматизации углеводородного сырья, например факельного газа или конденсата, в продукт типа "бензин", содержащая нагнетатель и подогреватель сырья, каталитический реактор, конденсатор, сепаратор продукта, снабженный линиями отвода газовой и жидкой фракций продукта, накопитель жидкого продукта, газотурбинную установку, включающую газогенератор с камерой сгорания, снабженной линией питания топливом, двухконтурный вентилятор, силовую турбину и как минимум одну коробку приводов, отличающаяся тем, что подогреватель сырья установлен в газовом тракте турбин, например перед силовой турбиной, а конденсатор продукта в воздушном тракте двухконтурного вентилятора, например, во внутреннем контуре его тракта.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что нагнетатель и сепаратор продукта установлены на коробке приводов, например, соосно друг другу.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что линия отвода газовой фракции из сепаратора продукта соединена с линией питания топливом камеры сгорания, а линия отвода жидкой фракции с накопителем жидкого продукта.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что выхлопной тракт силовой турбины соединен трубопроводом отвода части отработавшего газа через регулирующий клапан с входным трактом газогенератора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4