本发明专利技术涉及一种用甲烷体积浓度为百分之４０至百分之８０的天然气储气中的甲烷气体向燃气轮机供给燃料的方法，该方法包括：由天然气储气提供天然气气流；将天然气气流中的惰性气体与甲烷气体分离，从而提供分离的甲烷气体和分离的惰性气体／甲烷气体混合物，分离应使得：当该惰性气体甲烷气体混合气用作燃气轮机的燃料时，在混合气中的惰性气体的量将使得燃气轮机的输出比以管道质量的天然气作为燃料的燃气轮机增加至少大百分之５。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及低甲烷浓度和高惰性气体浓度天然气的燃烧过程。更具体地说，本专利技术涉及通过提高惰性气体的相对浓度来利用所含甲烷的体积浓度为约从百分之40到百分之80的天然气储气并将所生产的甲烷用语生产管道质量天然气的方法。一方面可掺混氢气，以便提供惰性气体和氢气增强型甲烷气体混合物，该气体混合物中甲烷气体体积浓度不超过气体总体积的约百分之40。该气体混合物用于向燃气轮机供给燃料。
技术介绍
目前，大部分甲烷储气具有相对较低的甲烷气体浓度。多数这些储气中甲烷气体的体积浓度约从百分之40到百分之80。目前，是通过从天然气中除去杂质，从而形成甲烷体积浓度通常从约百分之95+至约百分之99+的管道质量天然气。从经济上考虑，将甲烷体积浓度约从百分之40到百分之80的天然气转变成管道质量的天然气，向燃气轮机供给燃料来发电是不实际的，因为该转变过程的成本非常高。而且，甲烷体积浓度约从百分之40到百分之80的天然气不能作为燃气轮机的可靠燃料源来产生高输出功率的电力，尤其是在该范围的低端值处，因为在没有特殊设备、催化剂和没有特殊的氧与其他可燃物补偿的情况下，这么低的甲烷浓度不能提供用于燃料燃烧的稳定火焰。并且，甲烷体积浓度为百分之40至80的气流还有由于燃气轮机中的较高火焰温度而产生高NOx排出的问题。与通过制成管道质量天然气向燃气轮机供给燃料的方法相比，用甲烷体积浓度为百分之40至80且含有大量惰性气体的天然气储气并将该气流或该气流的一部分进行提纯，来向燃气轮机供给燃料的方法使成本大大降低，在经济上更为有利。
技术实现思路
本专利技术涉及一种用甲烷体积浓度约为百分之40至80的低甲烷浓度和高惰性气体浓度的天然气储气向燃气轮机供给燃料的方法。本专利技术能够利用这些比通过制成管道质量天然气向燃气轮机供给燃料的方法所需成本显著降低的储气来向燃气轮机供给燃料用以发电。如上所述，目前，这些储气只能用于在除去杂质之后生成合适的燃气轮机燃料。还如前所述，现在的方法成本非常高，根据当前的天然气价格，这在经济上没有吸引力。本专利技术的方法能够根据环保需要除去来自天然气储气的气体中的杂质，并按能使燃气轮机产生的电力输出增加约5至20％的量将惰性气体留在燃料中。本专利技术方法的一个方式是试图将惰性气体留在燃料中，使流过燃气轮机的质量流量最大并提高电力输出，不需要花费生产管道质量甲烷气体和向燃料中掺混额外的惰性气体以增加流过燃气轮机的质量流量及降低火焰温度来减小NOx的排出的成本。在本专利技术的一个方式中，采用天然气气流和用于生产管道质量天然气的方法。在此方式中，提纯处理过程中将所含甲烷体积浓度从约百分之40至百分之80的天然气储气中的惰性气体与甲烷气体分离。可以仅对一定量的甲烷进行分离，以便提供惰性气体增强的甲烷气体混合物，与以管道质量的天然气向燃气轮机供给燃料的方法相比，能够有效使燃气轮机的能量输出增加约5至约20％。然后，将经分离过程产生的提纯甲烷气流送去进一步提纯，生产管道质量天然气。或者，可以使惰性气体与甲烷气体整体分离，然后将与甲烷分离的该惰性气体与没有除去惰性气体的天然气气流混合(或其它含百分之40至百分之80体积浓度甲烷的气流)，混合量为应使燃气轮机的输出比利用管道质量的天然气向燃气轮机供给燃料的方法增加约5至约20％。在本专利技术的一个方式中，氮气是主要的惰性气体，可用膜将惰性氮气与天然气和其中的甲烷进行初级分离。市场上可购得的、适于该分离过程的膜有Air Liquide公司(Houston Texas)的Medal。此分离过程可以只按如上所述能使燃气轮机输出增加的量进行，或者将与天然气分离的氮气与天然气储气混合，以便提供惰性气体增强的天然气，使燃气轮机的输出比利用管道质量的天然气向燃气轮机供给燃料的方法增加约5至约20％。当二氧化碳的体积浓度在约百分之45以内时，可以用膜来分离二氧化碳。在另一方式中，当二氧化碳是主要的惰性气体，其体积浓度超过约百分之45时，二氧化碳在低温下与甲烷体积浓度为约百分之40至约百分之80的天然气储气分离。在本专利技术的一个方式中，当天然气的压力较高，例如大于约2500psig时，该高压进料气体闪蒸到低压，例如约500psig。膨胀时的Joule Thomson效应有效提供了一定量的冷却，以便进行低温分离。当天然气储气的压力较低，如低于约1100psig时，可以通过天然气储气的外部制冷为二氧化碳与天然气储气及其中的甲烷进行分离提供有效冷却而达到分离的目的。在一个非常重要的方式中，将惰性气体与天然气储气及其中的甲烷分离，从而提供甲烷体积浓度为约百分之40的甲烷气体。从天然气储气中分离的甲烷可以送去进行进一步处理，以便制成管道质量的天然气。从天然气气流中分离出来的惰性气体再送回到从油井中出来的天然气气流中，按能有效提供甲烷体积浓度为小于约百分之40的甲烷/惰性气体混合物的量进行混合，以便提供惰性气体增强的甲烷气体混合物。将惰性气体增强的甲烷气体混合物与氢气混合，或者在一个重要方式中，将恰好足够的甲烷转变成氢气，以便生成氢气/惰性气体/甲烷气体的燃料气混合物，该气体燃料混合物不仅可作为一种可接受的燃气轮机的燃料，而且该混合物能有效提供火焰稳定性(例如提供至少为110BTU/标准立方英尺气体热量的气体)，且产生的能量比甲烷含量在约百分之95+至约百分之99+体积的的标准天然气更高。若需要的话，将氢气/惰性气体/甲烷气体混合气进行脱水，以便除去足够量的水，从而提供具有火焰稳定性的氢气/惰性气体/甲烷气体混合气。在一个重要方式中，该混合气含有至少约百分之6体积的氢气。然后再将具有火焰稳定性的氢气增强型脱水氢气/惰性气体/甲烷气体混合气用于向燃气轮发电机供给燃料。按此方式，本专利技术的方法比使用甲烷含量在约百分之95至约百分之99+体积的标准天然气的燃气轮机的方法能使燃气轮机电力输出有效增加至少约百分之10。在大多数情况下，输出能够增加至少约百分之20并能达到百分之30，而后一界限值是由于受燃气轮机的机械设计限制。在本专利技术的一个方式中，天然气中的一部分甲烷通过催化转变或重构成氢气，然后再形成氢气增强型氢气/惰性气体/甲烷混合气。实现该转变的反应式包括 在另一重要方式中，尤其是其中甲烷转变成氢气时，在转变反应之前，利用物理溶剂从天然气中除去硫化氢和其它酸性成分例如COS、RSH和RSSR，从而生成脱硫天然气，物理溶剂有选择地除去硫化氢和其他酸性气体，但是很少除去二氧化碳和其他惰性气体例如氦气、氩气和氮气。在此方式中，物理溶剂从以下组中选择，该组包括甲醇、聚乙二醇二甲醚混合物(分子量为约280)、碳酸丙二酯(b.p.240℃)、N-甲基-2-吡咯烷酮(b.p.202℃)、低聚乙二醇甲基异丙基醚的混合物(b.p.320℃)、膦酸三正丁酯(在30mmHg时b.p.180℃)和氰基乙酸甲酯(b.p.202℃)。该脱硫天然气与足量水混合，以便能从甲烷足量产生氢气，从而获得火焰稳定性或是BTU/Scf值至少为约110。在该方式中，重要的是在将一部分甲烷变换成氢气步骤之前要除去硫化氢和其他酸性气体，因为该重构过程是一个催化反应，硫化氢气体和其他酸性气体可能会使催化剂中毒。对酸性条件敏感且可在本专利技术该方式中使用的催化剂包括United Catalyst本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用甲烷体积浓度为百分之４０至百分之８０的天然气储气中的甲烷气体向燃气轮机供给燃料的方法，该方法包括：由天然气储气提供天然气气流；将天然气气流中的惰性气体与甲烷气体分离，从而提供分离的甲烷气体和分离的惰性气体／甲烷气体混合 物，分离应使得：当该惰性气体甲烷气体混合气用作燃气轮机的燃料时，在混合气中的惰性气体的量将使得燃气轮机的输出比以管道质量的天然气作为燃料的燃气轮机增加至少大百分之５。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：FF密特利克，DJ维克多利，
申请(专利权)人：埃克森化学专利公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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