一种矿井瓦斯及石化伴生气发电系统及矿井瓦斯及石化伴生气利用方法技术方案

本发明专利技术公开了一种矿井瓦斯及石化伴生气发电系统及矿井瓦斯及石化伴生气利用方法，该系统包括压力测量仪、第一增压泵、气体过滤与干燥系统、第一流量控制器、稳压泵、燃气在线监测系统、内燃机发电系统、变电系统、电能质量监测装置和工控机；该系统用矿井瓦斯，石油、天然气勘探现场伴生气，以及石油化工等领域工厂的有机伴生气做燃料，用燃气发电机将伴生气的化学能转换为电能，采用光谱仪在线定量分析瓦斯、伴生气的成分及浓度，并根据分析结果，通过流量控制器来调节空气流量、燃气流量、以及燃气发电机功率，实现瓦斯、伴生气的平稳发电，从而达到在不增加碳排放量的前提下，实现矿井瓦斯、石化伴生气再利用，节能减排的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及石油与矿井瓦斯再利用、天然气勘探、石化、电力领域，特别涉及燃气 发电领域。
技术介绍
石油、天然气勘探现场，炼油厂、化工厂等涉及大量挥发有机物的场所，几乎都有 伴生气的存在。例如，石油、天然气的勘探现场的伴生气有甲烷、乙烷等轻烃气体，炼油厂的 伴生气则更复杂，除了甲烷、乙烷外，还有乙烯等气体。这些伴生气的特点是(1)排量大。 在石油、化工行业，不论是石油开采，还是石油提炼与加工，其规模都是巨大的，任何一个单 位的废气排放量都是相当大的，例如，石油、天然气勘探现场轻烃一天的排放量，其价值可 达十余万人民币；(2)成分复杂。在不同的场合，所排放的废气中的成分有所不同，但普遍 包括的成分非常复杂。例如，石油勘探与开采过程中所排放的废气中，包括甲烷、乙烷，丙 烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷等多种烷烃气体，有时候还有乙烯、一氧化碳气体；(3) 浓度配比比复杂多样，且变化范围大，有的伴生气浓度超过燃烧限，可直接在空气中燃烧， 例如的炼油厂、石油勘探现场排放的挥发性气体。有的地方排放的废气中，有机物浓度却可 能较低，不足以直接在空气中点燃燃烧，例如印染厂排放的气体；(4)污染严重。石油、化工 行业所排放的气体中的有机成分中，有些物质对人体、牲畜有害，甚至具有致癌作用，例如 苯等，有些气体是温室气体，例如甲烷，它的温室效应是二氧化碳的24倍。如果这些伴生气 直接排放到大气中，将对大气产生极大的污染，因此必须加以处理。目前，对矿井瓦斯、石化伴生气所采取的处理方法主要有三种，一种是将这些伴生 气燃烧后排空，这种方法是多年来一直用得最多的方法；另一种是将这些伴生气液化，然 后当作天然气的一部分，向居民供应，这种方法是近几年来开始逐渐出现并推广的一种方 法。对于前者，显然是一种能源的极大浪费，在能源日益紧缺的今天更是如此；对于后一种 方法，由于石油井和天然气井大多在沙漠、山区等偏远地区，炼油厂、化工厂由于污染大，大 多也在偏远的郊区，因此除了伴生气的液化成本高之外，其运输成本也是一笔高昂的成本， 特别是碰到恶劣天气的时候，运输成本不但高，而且风险还很大。这两种方法主要针对有机 成分浓度高，可在空气中直接点燃的情况，而对于浓度较小，不足以在空气中直接点燃的情 况，大多数情况下是将伴生气直接排空。例如，矿井往往具有大量瓦斯存在，一般情况下，瓦 斯气体浓度相对较低，没有达到爆炸限，一般的矿井只是用鼓风机把空气压井矿井，而把矿 井中的瓦斯气体抽到矿井之外排空。显然，这对环境带来相当大的污染。因此，这些伴生气 与矿井瓦斯的再利用是目前节能减排的一大努力方向。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种有效利用矿井瓦斯、石化伴生气的方法，在不增加碳 排放量的前提下，把这些可燃气体转换成便于使用、便于传输的电能。本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种矿井瓦斯及石化伴生气发 电系统，其特征在于该系统包括压力测量仪、第一增压泵、气体过滤与干燥系统、第一流量 控制器、稳压泵、燃气在线监测系统、内燃机发电系统、变电系统、电能质量监测装置和工控 机；所述压力测量仪、第一增压泵、气体过滤与干燥系统、第一流量控制器、稳压泵、燃气在 线监测系统、内燃机发电系统、变电系统和电能质量监测装置依次顺序连接；所述第一增压 泵、压力测量仪、第一流量控制器、稳压泵、燃气在线检测系统、内燃机发电系统、变电系统 和电能质量监测装置同时与工控机连接；所述第一流量控制器和稳压泵上连接有第二流量 控制器，第二流量控制器上连接有第二增压泵，第二增压泵与工控机连接；所述工控机、第 二增压泵和稳压泵同时与第三流量控制器连接。一种矿井瓦斯及石化伴生气利用方法(1)矿井瓦斯和石化伴生气经过过滤与干燥后，形成无尘干燥的矿井瓦斯和石化 伴生气并通过第一流量控制器进入稳压泵；空气通过第二流量控制器进入稳压泵；天然气 或液化气通过第三流量控制器进入稳压泵；在稳压泵中形成稳压可燃气；(2)工控机获得稳压可燃气光谱信息，然后对光谱进行分析，获得气体成分及相应 浓度信息，并根据所述信息调节稳压可燃气中空气、矿井瓦斯和石化伴生气、天然气或液化 气的含量，使得稳压可燃气可以在燃气发电机中进行充分持续的燃烧；(3)稳压可燃气依次经过燃气在线监测系统、内燃机发电系统、变电系统和电能质 量监测装置转变为电能输出。所述步骤(2)中，工控机通过傅里叶变换中红外光谱仪获得稳压可燃气光谱信 息，然后对光谱进行分析，获得气体成分及相应浓度信息。本专利技术采用矿井瓦斯、石化伴生气做燃料，将这些气体燃烧后提供的动能发电，矿 井瓦斯、石化伴生气经过过滤与干燥后，形成无尘干燥的气体。空气、天然气或液化气、以及 经过干燥的矿井瓦斯或石化伴生气分别通过流量控制器进入稳压泵，形成稳压可燃气。工 控机首先通过傅里叶变换中红外光谱仪获得稳压可燃气光谱信息，然后对光谱进行分析， 获得气体成分及相应浓度信息，并根据这些信息调节用于控制空气流量、天然气/液化气 流量的流量控制器，使得稳压可燃气可以在燃气发电机中进行充分的燃烧，而且不会熄火。 矿井瓦斯、石化伴生气流量的控制是通过工控机根据前端压力测量结果来实现的，其原则 是保证矿井瓦斯、石化伴生气压力维持在某一压力范围，不至于因为气源流量不足而熄火， 也不至于因为气源流量大而出现供给过量。燃气发电机在工控机的控制下进行工作。如果 矿井瓦斯、石化伴生气的流量大，则增大发电机功率，否则，减小发电机功率。电能质量控制 系统也是在工控机的控制下工作，用于把燃气发电机发出来的电能根据需要转换成合适的 电压、频率的电能，以反馈给电网，或者直接供给当地居民、工厂使用。附图说明图1是伴生气发电系统结构图；图2是建立光谱分析模型所需样气光谱制作示意图；图3是单组份10%甲烷，2%乙烷，丙烷，及10%甲烷与2%乙烷的混合气的中 红外光谱高波数段光谱；图4神经网络结构示意图5气体浓度分析、气体流量与发动功率控制流程图； 具体实施例方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述参见图1、2、3、4和5，矿井瓦斯及石化伴生气发电系统由硬件和软件两部分组成， 以下结合附图和专利技术人给出的实施例对本专利技术作进一步的详细描述。其中伴生气以石油、 天然气勘探的层析气为例，其流量在1升每分钟至10升每分钟。1.硬件部分矿井瓦斯及石化伴生气发电系统的硬件部分包括连接管路、压力测量仪、增压泵、 气体过滤与干燥系统、天然气或液化气气源、流量控制器、稳压泵、燃气在线检测系统、工控 机、燃气发电机和电能质量控制系统组成，如附图1所示。气体过滤与干燥系统用于滤除矿井瓦斯、石化伴生气中的粉尘，除去气体中的水 蒸气。实现的方式，以及系统的结构、材料、尺寸可根据不同实际情况确定，不作限制。对于 本实施例，只要能有10升每分钟流量容量，气体干燥度能满足燃气发电机要求即可；流量控制器控制范围根据实际情况而定，其品牌、结构和尺寸等方面不受限制。对 于本实施例，流量控制器1只要能控制碳氢可燃气体流量，其流量上限只要稍大于10升每 分，且准确度够高即可，一般选择准确度为的控制器；对于流量控制器2，它是用来控制 空气流量的。由于层析气上限是10升，当层析气全为可燃气时，按照空气中氧气含量22% 计算，层析气中主要成分为甲烷，考虑到每个甲烷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矿井瓦斯及石化伴生气发电系统，其特征在于：该系统包括压力测量仪、第一增压泵、气体过滤与干燥系统、第一流量控制器、稳压泵、燃气在线监测系统、内燃机发电系统、变电系统、电能质量监测装置和工控机；所述压力测量仪、第一增压泵、气体过滤与干燥系统、第一流量控制器、稳压泵、燃气在线监测系统、内燃机发电系统、变电系统和电能质量监测装置依次顺序连接；所述第一增压泵、压力测量仪、第一流量控制器、稳压泵、燃气在线检测系统、内燃机发电系统、变电系统和电能质量监测装置同时与工控机连接；所述第一流量控制器和稳压泵上连接有第二流量控制器，第二流量控制器上连接有第二增压泵，第二增压泵与工控机连接；所述工控机、第二增压泵和稳压泵同时与第三流量控制器连接。

【技术特征摘要】
一种矿井瓦斯及石化伴生气发电系统，其特征在于该系统包括压力测量仪、第一增压泵、气体过滤与干燥系统、第一流量控制器、稳压泵、燃气在线监测系统、内燃机发电系统、变电系统、电能质量监测装置和工控机；所述压力测量仪、第一增压泵、气体过滤与干燥系统、第一流量控制器、稳压泵、燃气在线监测系统、内燃机发电系统、变电系统和电能质量监测装置依次顺序连接；所述第一增压泵、压力测量仪、第一流量控制器、稳压泵、燃气在线检测系统、内燃机发电系统、变电系统和电能质量监测装置同时与工控机连接；所述第一流量控制器和稳压泵上连接有第二流量控制器，第二流量控制器上连接有第二增压泵，第二增压泵与工控机连接；所述工控机、第二增压泵和稳压泵同时与第三流量控制器连接。2.基于权利要求1所述矿井瓦斯及石化伴生气发电系统的伴生气利用方法，其特征在于(1)矿井瓦斯和石化伴生气经过过滤与干燥后，形成无尘干燥的矿井瓦斯和石化伴生 气并通过第一流量控制器进入稳压泵；空气通过第二流量控制器进入稳压泵；天然气或液 化气通过第三流量控制器进入稳压泵；在稳压泵中形成稳压可燃气；(2)工控机获得稳压可燃气光谱信息，然后对光谱进行分析，获得气体成分及相应浓度 信息，并根据所述信息调节稳压可燃气中空气、矿井瓦斯和石化伴生气、...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤晓君，刘君华，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]