Патентный анализ эффективности газотурбинных установок

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Утилизация попутного нефтяного газа является актуальной темой в современном мире. Попутный нефтяной газ (ПНГ), который добывают вместе с нефтью, собирается и направляется на газоперерабатывающий завод (ГПЗ). Там попутный нефтяной газ тоже разделяют на группы компонентов. Их всего две. Одна группа содержит самые легкие газы (метан и этан), которые отправляются потребителям и, например, сгорают в конфорках домашних плит или на тепловых электростанциях. Вторая группа представляет собой смесь других газов. Она называется широкой фракцией легких углеводородов (ШФЛУ), наряду с прямогонным бензином ее используют нефтехимики как сырье. При открытом сжигании ПНГ в атмосферу выбрасывается большое количество загрязняющих веществ. В результате указанных операций происходит термическое разрушение окружающей среды. В настоящее время разрабатываются технологии, позволяющие в первую очередь утилизировать ПНГ, а во вторую получить полезную работу в результате утилизации ПНГ.

Каждый год в России факельным способом сжигают более 20 млрд. кубометров ПНГ. В атмосферу при этом выбрасываются загрязняющие вещества, которые составляет примерно 400 тысяч тонн. Вокруг факела образуется термическое разрушение, которое поражает почву в радиусе 8-24 метров и все виды растений в пределах 40-140 метров. При сгорании в атмосферу попадают окиси азота и углерода, сернистый ангидрид, а также несгоревшие углеводороды.

В статье произведен патентный поиск на тему утилизации попутного нефтяного газа с помощью газотурбинных установок, в рамках которого было выделено 4 документа соответствующей тематики. Патент РФ №2428575 зарегистрирован от 13.08.2010 и описывает комбинированную газотурбинную установку. Патент РФ №2540386 опубликован 23.08.2013. Он содержит описание способа и газотурбинной установки для утилизации попутных нефтяных газов. Патент РФ №2587736 отражает информацию об установке для утилизации низконапорного природного и попутного нефтяного газов и способ ее применения.

В рамках статьи проведено патентное исследование с целью определения эффективности применения технических решений, описанных в вышеупомянутых патентах. Под эффективностью понимается совокупность наиболее существенных и отличительных свойств и качеств рассматриваемых патентов. Для оценки эффективности необходимо оценить набор ряда показателей и проанализировать их численные значения. При проведении патентного исследования выявлен перечень технико-экономического показателей, которые в дальнейшем выполняют функции критериев сравнения:

1. Экологическая эффективность;

2. Возможность выработки иных видов энергии;

3. Зависимость от состава топлива;

4. Коэффициент полезного действия (КПД).

Далее приведем краткие особенности установок.

Первой анализировалась комбинированная газотурбинная установка (Патент №2428575). Она предназначена для комплексной утилизации низконапорного природного или попутного нефтяного газов, и может быть использовано при создании наземных блочно-модульных комплексов для получения электричества, синтетических топлив с утилизацией остаточного тепла в газотурбинной установке. Изобретение направлено на повышение эффективности комбинированной газотурбинной установки с гибкой схемой использования низконапорного природного газа, попутных нефтяных газов различного состава для выработки электроэнергии, получения синтетического топлива и утилизации остаточного тепла. Схема представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема газотурбинной комбинированной установки

газотурбинный низконапорный нефтяной утилизация

Далее проведен анализ газотурбинной установки (Патент РФ №2540386). Данная установка содержит камеру сгорания и турбину, соединенную с электрогенератором, камеру доокисления, газоразрядную ячейку, связанную с камерой сгорания и камерой доокисления, охлаждающее устройство в виде теплообменника, многоострийный электрод коронного разряда и сепаратор. Изобретение обеспечивает повышение полноты сгорания попутных нефтяных газов и утилизацию серосодержащих продуктов сгорания переводом их в серную кислоту.

Следующей рассматривалась установка (Патент РФ №2587736) утилизации низконапорного природного или попутного нефтяного газов, которая включает выработку электроэнергии в газотурбинном блоке, содержащем камеру сгорания и регенератор, расположенные в дымовой трубе, и блок получения метанола. При этом газ из скважины разделяют на два потока - основной и вспомогательный, основной поток направляют в блок получения метанола, а вспомогательный - в камеру сгорания газотурбинного блока для запуска турбины.

Отличием способа является то, что энергоснабжение блока получения метанола осуществляют при помощи электроэнергии, получаемой в газотурбинном блоке, причем метанол получают методом прямого парциального окисления из низконапорного природного или попутного нефтяного газа без предварительной очистки от жирных компонентов, при этом окисление углеводородсодержащего газа проводят в последовательно расположенных реакционных зонах реакторов при начальной температуре до 500°С, давлении до 10 МПа и содержании кислорода в реакционных зонах не более 6 об. %. При этом отходящие газы, образующиеся при производстве метанола, после сепарации частично рециркулируют на вход реакторных зон, а остальной поток направляют в камеру сгорания газотурбинного блока.

Сравнение по заявленным критериям представлено в таблице 1.

Таблица 1. Сравнение установок

Исходя из таблицы 1, можно сделать вывод что установки направлена на улучшение экологии, патенты №2428575 и №2540386 дают возможность вырабатывать другие виды топлива. Все патенты кроме №2587736 не зависят от состава попутного нефтяного газа. Все разработки направлены на увеличении КПД газотурбинных двигателей, кроме №2540386, данное изобретение направлено на получении электроэнергии и метанола совместно.

В заключении, необходимо отметить, что все установки достаточно эффективны и имеют свои особенности, достоинства и недостатки. По выбранным критериям наиболее эффективным является изобретение Патент РФ №2428575.

Список литературы

1. Патент РФ №2428575/13.08.2010. Комбинированная газотурбинная установка // Патент России № 2122745. 2010. / Богуслаев В.А., Михайлуца В.Г. [и др.].

2. Патент РФ №2587736 /23.08.2013. Способ и газотурбинная установка для утилизации попутных нефтяных газов // Патент России № 2587736. 2013. / Старик А.М., Кулешов П.С. [и др.].

3. Патент РФ №2540386 /29.04.2015. Установка для утилизации низконапорного природного и попутного нефтяного газов и способ её применения // Патент России № 2540386. 2015. / Арутюнов В.С., Лачугин И.Г. [и др.].

Размещено на Allbest.ru