Способ работы газовой двигательной установки и системы подачи топлива газового двигателя

010401 Изобретение относится к способу работы газовой двигательной установки в соответствии с преамбулой п.1 формулы изобретения. Изобретение также относится к системе подачи топлива газового двигателя в соответствии с преамбулой п.8 формулы изобретения. Сырьевой природный газ часто является единственным подходящим топливом, доступным для работы генераторов энергии и компрессорных станций в удаленных местах и на морских платформах. Во многих случаях газ содержит недопустимые уровни более тяжелых углеводородов. Использование такого сырьевого газа в поршневых двигателях и в газовых турбинах вызывает проблемы при их работе. Сопротивление детонации газовых топлив часто оценивается метановым числом. В газовых двигателях с высокой степенью сжатия и поэтому с высокой тепловой эффективностью более тяжелые углеводородные компоненты в газовом топливе приводят к понижению метанового числа. Во многих случаях газовые двигатели, работающие непосредственно на доступном газовом топливе, часто могут не обеспечивать желаемой высокой выходной мощности в режиме работы на газе из-за слишком низкого метанового числа газовой смеси. В случае, когда от газовой машины требуется нагрузка, превышающая ее выходную мощность, ограниченную метановым числом, она начинает детонировать и выходную мощность приходиться уменьшать. Также и в газовых турбинах используемый газ должен задаваться и учитываться на стадии разработки. В случае, когда газовая турбина разработана для работы, например, на метане, использование газа, содержащего более тяжелые углеводороды, связано с проблемами. Другой проблемой, которая относится к известному уровню техники, особенно в связи с установками для бурения нефтяных скважин, является то, что было бы выгодно использовать некоторые жидкие топлива, которые в настоящее время не представляют собой какой-либо пользы, например газовые конденсаты. Было бы выгодно иметь возможность перевести двигатели внутреннего сгорания, с самого начала предназначенные для работы на газе, также на работу на жидких топливах, таких как газовый конденсат, полученный в процессе бурения нефтяных скважин. Обычно это невозможно без внесения изменений в конструкцию двигателя, что не может делаться каждый раз, когда должно использоваться другое топливо. Задачей изобретения является обеспечение способа работы газовой двигательной установки, в которой рабочие характеристики двигателя поддерживаются на должном уровне даже при работе на топливе, содержащем более тяжелые углеводороды, и эксплуатировать газовый двигатель, используя жидкое топливо. Задачей изобретения также является обеспечение системы подачи топлива газового двигателя,которая дает высокоэнергетическое топливо с большим метановым числом для газового двигателя простым и легко управляемым образом. В соответствии с описанием термин газовый двигатель обычно означает работающий на газе двигатель внутреннего сгорания. Термин более тяжелые углеводороды означает углеводороды, которые тяжелее метана (CH4). Задачи изобретения в основном достигаются, как раскрыто в независимых пп.1 и 8 приложенной формулы изобретения и более подробно объяснено в зависимых пунктах формулы. В соответствии с изобретением способ работы газовой двигательной установки, включающей двигатель внутреннего сгорания, предназначенный для сжигания газообразного топлива, и систему подачи топлива с источником топлива, содержащий, по меньшей мере, этап крекинга более тяжелых углеводородов в установке для риформинга, имеющейся в системе подачи топлива газового двигателя, в топливе перед его подачей в газовый двигатель. Реакции крекинга регулируются так, чтобы более тяжелые углеводороды в топливе крекировались при минимизации крекинга метана. Благодаря этому качество топлива, подаваемого в двигатель, может поддерживаться на подходящем уровне, даже когда топливо первоначально содержит более тяжелые углеводороды. В поршневых двигателях это означает, что выходная мощность, т.е. нагрузка двигателя может поддерживаться на высоком уровне без риска детонаций. Также настоящее изобретение обеспечивает возможность использовать топливо, содержащее более тяжелые углеводороды, например, в газовой турбине, разработанной только для метана, как топлива для нее. Минимизация крекинга метана может осуществляться так, чтобы количество воды, зависящее от состава топлива, скорости потока и установки для риформинга, было обеспечено в реакциях, а также так,чтобы температура установки для риформинга, определяемая для каждого случая, поддерживалась и в реакторе. На практике крекинг более тяжелых углеводородов главным образом регулируется на основе температурного контроля установки для риформинга. Обычно в установке для риформинга температура поддерживается ниже 450C. Также предпочтительно, чтобы топливо перед поступлением в установку для риформинга нагревалось за счет передачи тепла от топлива, выходящего из установки для риформинга. Это повышает энергетическую эффективность процесса. В соответствии с конкретным вариантом осуществления изобретения источник топлива является жидким топливом, и жидкое топливо испаряется перед подачей в установку для риформинга благодаря теплу, передаваемому ему топливом, выходящим из установки для риформинга. При использовании этого варианта газовый двигатель сможет работать даже на исходном жидком топливе и вполне эффективно.-1 010401 Система подачи топлива газового двигателя в соответствии с изобретением включает питающую линию для подачи топлива в газовый двигатель и газовый двигатель, в котором питающая линия снабжается установкой риформинга топлива для крекинга более тяжелых углеводородов в топливе перед подачей последнего в газовый двигатель. Питающая линия включает первую питающую линию, проходящую от источника топлива к установке для риформинга, и вторую питающую линию, проходящую от установки для риформинга к газовому двигателю, и первая и вторая питающие линии снабжены общим теплообменником, в котором топливо в первой питающей линии нагревается за счет теплопередачи от топлива во второй питающей линии. Предпочтительно, чтобы установка для риформинга топлива содержала прибор для контроля за температурой, посредством которого температура в установке для риформинга могла бы поддерживаться на уровне, обеспечивающем крекинг более тяжелых углеводородов при минимизации крекинга метана. Реальные рабочие параметры установки для риформинга всегда определяются в соответствии с используемым газом и типом применяемой установки для риформинга. Ниже изобретение объясняется с использованием примеров и ссылок на приложенные схематичные чертежи, на которых: фиг. 1 является иллюстрацией варианта, в котором используется система для подачи топлива в соответствии с изобретением в газовую двигательную установку, и фиг. 2 является иллюстрацией другого варианта, в котором используется система подачи топлива в соответствии с изобретением в газовую двигательную установку. На фиг. 1 схематично показана газовая двигательная установка 1, включающая источник 2 топлива и газовый двигатель 3, а также установку 4 для очистки топлива. Газовым двигателем может быть, например, работающий на газе поршневой двигатель или газовая турбина. Оба типа двигателей внутреннего сгорания применимы в соответствии с изобретением. Установка 4 для очистки топлива включает фильтрующий элемент 5, предусмотренный в первой питающей линии 12, проходящей от источника топлива 2 к установке 14 для риформинга. Фильтрующий элемент 5 предназначен для отделения частиц и других твердых загрязнений от потока топлива. После фильтрующего элемента 5 в направлении потока топлива расположен вентиль 6 для регулирования давления в первой питающей линии 12. Вентиль 6 для регулирования давления управляет давлением в установке очистки топлива, которое, когда установка очистки топлива соединена с поршневым двигателем,составляет приблизительно 8 бар. Вентиль 6 предпочтительно также снабжен предохранительным отсоединяющим вентилем, встроенным в вентиль для перекрытия вентильного выхода в случае неисправности вентиля 6. Установка также содержит отсоединяющий вентиль 7 в первой питающей линии и отсоединяющий вентиль 8 во второй питающей линии 13 для отделения установки 4 для очистки топлива от системы в особых случаях, таких как техническое обслуживание и ремонт. Также перед тем, как можно будет начать работу по запуску и обслуживанию, установку 4 следует отключить, что можно сделать вентилем 10 и впуском для инертного газа 9, соединенным здесь с первой питающей линией 12 на участке после перекрывающего вентиля 7. Инертным газом может быть, например, азот. Естественно перед началом работ по обслуживанию и ремонту отсоединяющие вентили 7 и 8 также закрываются. Первая и вторая питающие линии могут быть соединены одна с другой и обходить установку 4 очистки топлива посредством шунтирующего трубопровода 24. Шунтирующий трубопровод также снабжен перекрывающим вентилем 25. Он соединяет первую и вторую питающие линии двигателя/источника топлива со стороны перекрывающих вентилей 7 и 8. Установка предпочтительно снабжена расходомером 11, например, для обеспечения возможности подгонки необходимого соотношения между углеродом и водяным паром в процессе. Имеется также и другой расходомер 15, размещенный в трубопроводе 17 для рециркуляции. В трубопроводе 17 для рециркуляции размещен также насос 18 высокого давления для инжекции воды в первую питающую линию 12. Трубопровод 17 для рециркуляции соединяет капельный сепаратор 23, предусмотренный во второй питающей линии 13, с первой питающей линией 12 на участке после расходомера 11. Капельный сепаратор расположен во второй питающей линии 13 после теплообменника 19, который соединен с первой и второй питающими линиями 12 и 13. В случае, когда топливо является газообразным, теплообменник служит для нагревания газа, протекающего по первой питающей линии 12, и для охлаждения газа во второй питающей линии 13. В случае использования установки 4 для очистки и двигателя 3 внутреннего сгорания на исходном жидком топливе теплообменник 19 также испаряет топливо в газообразную форму и нагревает его и одновременно охлаждает газ, выходящий из установки 14 для риформинга на другой стороне от теплообменника 19. Дополнительно первая питающая линия 12 снабжена дополнительным нагревателем 20, аналогичным электрическому нагревателю, для нагревания газа до необходимой температуры перед подачей его в абсорбер 21 серы, размещенный в первой питающей линии 12. Абсорбер серы может потребоваться в случае содержания серы в топливе больше, чем допускается установкой 14 для риформинга. Здесь абсорбер серы соединен с установкой 14 для риформинга соединительной линией 22. Обычно работа установки для парового риформинга, т.е. установки для риформинга, в которой проводятся реакции углево-2 010401 дородов с водой, чувствительна к присутствию серы. Соединительная линия в этом случае также обеспечивается дополнительным нагревателем 28. Следует отметить, что все коммерчески доступные катализаторы, подходящие для установки риформинга, не требуют полного удаления серы из топлива. Работа установки 4 для очистки описана ниже. Перед запуском установку 4 делают инертной, используя азот, который подается через вход 9 и вентиль 10. Перекрывающие вентили 7 и 8 закрываются и отводной вентиль 27 в отводном трубопроводе открывается. Азот пропускается через систему при открытии вентиля 10. Когда весь кислород удаляется из системы, отводной вентиль 27 закрывается и в системе нагнетается давление, например, так, как это объяснено ниже. Вентилятор 29 для циркуляции в промежуточном трубопроводе 30, соединяющем первую питающую линию 12 и вторую питающую линию 13, запускается и вентиль 31 открывается. Этот способ применяется для циркуляции азота через электрический нагреватель (нагреватели) 20, 28, установку 4 очистки и установку 14 для риформинга, а также нагрева до рабочих условий. По мере повышения температуры соответственно будет повышаться давление. При достижении рабочих условий запускается насос 18 высокого давления для инжекции воды в поток газообразного азота в соответствии с предварительно запрограммированным отношением У/П (углерод/пар) (управляющее оборудование не показано). Отношение У/П зависит от содержания топлива и скорости его потока и определяется отдельно заранее для каждого случая. По меньшей мере, во время запуска вода может вводиться в установку через впуск для воды (не показан), предусмотренный, например, в соединении с трубопроводом 17 для рециркуляции. Это также зависит от типа используемой установки 14 для риформинга. Когда и абсорбер серы, и установка для риформинга были продуты влажным азотом, система готова к работе. Во время нормальной работы обходной трубопровод 24 закрывается перекрывающим вентилем 25. Когда установка 4 для очистки топлива нормально работает, жидкое топливо или газ, содержащий тяжелые углеводороды, из источника топлива 2, сначала фильтруется в фильтрующем блоке 5. После этого топливо подается в теплообменник 19, где оно нагревается газом после риформинга. Имеется возможность добавить воду в поток жидкости, если это требуется для получения нужного отношения углерод/пар в установке 14 для риформинга, например, через запасной впуск 32 для воды, управляемый вентилем 33. В случае использования жидкого топлива как источника, оно испаряется в теплообменнике и дополнительно нагревается. Теперь газообразное топливо после теплообменника в первой питающей линии 12 нагревается до около 300C, являющейся необходимой температурой в установке 21 для удаления серы. После удаления возможного количества серы из газа он подается в установку 14 для риформинга. В установке 14 управление реакциями осуществляется посредством поддержания в ней подходящей температуры. Для этой цели установка 14 для риформинга снабжена нагревателем 37, который может быть,например, электрическим нагревателем. Работой нагревателя 37 управляют посредством зонда 38 для измерения температуры. Также можно использовать дополнительный нагреватель 28 на основе зонда 38 для измерения температуры, соединенного с установкой 14 для риформинга. Важно, чтобы температура поддерживалась на уровне, который обеспечит только крекинг более тяжелых углеводородов в топливе при минимизации крекинга метана. Подходящая температура зависит, например, от действительного катализатора, используемого в установке 14 для риформинга, и от состава газа. После установки 14 для риформинга газ охлаждается и влага конденсируется в теплообменнике 19 со стороны установки 14 ниже по потоку. Капли воды отделяются и рециркулируются на вход потока топлива. В случае, если установка для риформинга относится к типу, требующему присутствие водорода в реакциях, часть обработанного газа будет рециркулироваться через промежуточный трубопровод 30 и посредством вентилятора 29 для циркуляции обратно в первый питающий трубопровод 12. На фиг. 2 показан другой вариант осуществления системы для подачи топлива в соответствии с изобретением в газовую двигательную установку. Он в основном такой же, как и вариант, показанный на фиг. 1 с соответствующими цифровыми ссылками, но имеет другой тип установки 14 для риформинга. В этом случае установка для риформинга будет так называемой автотермальной установкой для риформинга (АТУР), управление которой в некоторых случаях имеет преимущества. АТУР установка 14 для риформинга снабжена трубопроводом 34 для ввода воздуха, снабженным управляющим вентилем 35 и соединенным с источником 36 сжатого воздуха. В АТУР можно обеспечить необходимую воду (пары) в реакциях крекинга посредством регулирования вводимого количества воздуха (или O2). При вводе воздуха (или O2) некоторое количество газа будет сжигаться в установке 14 для риформинга для получения тепла и воды (пара). Изобретение не ограничивается описанными здесь вариантами его осуществления, но в пределах объема приведенной формулы изобретения может быть разработан ряд модификаций. Например, вместо установки для риформинга с использованием водяного пара могут быть использованы другие типы устройств для крекинга. Установка для риформинга может быть выполнена из нескольких отдельных аппаратов, при этом они могут работать различным образом для получения в конце газа с подходящими свойствами.-3 010401 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ работы газовой двигательной установки (1), включающей двигатель внутреннего сгорания (3), предназначенный для сжигания газообразного топлива, и систему подачи топлива, в котором углеводороды в топливе крекируют перед подачей топлива в газовый двигатель (3) , отличающийся тем,что более тяжелые углеводороды в топливе подвергают крекингу в установке (14) для риформинга, обеспеченной в системе для подачи топлива в двигатель (3) внутреннего сгорания, при минимизации крекинга метана. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что крекингом более тяжелых углеводородов управляют на основе температурного контроля установки (14) для риформинга. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в установке (14) для риформинга температура поддерживается ниже 450C. 4. Способ по любому одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что топливо перед поступлением в установку (14) для риформинга нагревают посредством передачи тепла от топлива, выходящего из установки (14) для риформинга. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что источником топлива (2) является жидкое топливо, и тем,что жидкое топливо испаряется перед подачей его в установку (14) для риформинга посредством передачи тепла от топлива, выходящего из установки (14) для риформинга. 6. Способ по любому одному из пп.1-5, отличающийся тем, что воду, необходимую для реакции крекинга, вводят (32, 33) в топливо перед его поступлением в установку (14) для риформинга. 7. Способ по любому одному из пп.1-5, отличающийся тем, что воду, необходимую для реакции крекинга, получают в установке (14) для риформинга посредством реакций оксидирования более тяжелых углеводородов. 8. Система для подачи топлива газового двигателя (3), включающая питающую линию (12, 13) для подачи топлива в газовый двигатель (3), отличающаяся тем, что питающая линия (12, 13) снабжена установкой (14) риформинга топлива для крекинга углеводородов тяжелее метана перед подачей его в газовый двигатель (3). 9. Система для подачи топлива по п.8, отличающаяся тем, что питающая линия включает первую питающую линию (12), проходящую от источника топлива (2) к установке (14) для риформинга, и вторую питающую линию (13), проходящую от установки (14) для риформинга к газовому двигателю (3),причем первая и вторая питающие линии снабжены общим теплообменником (19), в котором топливо в первой питающей линии (12) нагревается посредством передачи тепла от топлива во второй питающей линии (13). 10. Система для подачи топлива по п.9, отличающаяся тем, что установка (14) для риформинга топлива снабжена прибором (37, 38) для контроля температуры для поддержания в установке для риформинга подходящей температуры для крекинга более тяжелых углеводородов и минимизации крекинга метана.