Файл: Варанкин, Ю. В. Газовое хозяйство заводов учеб. пособие.pdf

На рис. 5.4 показана схема установки ВНИИНП для пиролиза мазута и тяжелых сланцевых смол с примене­ нием твердого теплоносителя [10]. Подогретый мазут в распыленном состоянии вводится в пневмотрубу 5, в ко­ торую из топки 9 но футерованному трубопроводу 10

Рис. 5.4. Схема установки ВНИИНП для пиролиза мазута.

непрерывно поступает твердый теплоноситель — песок с размером зерен до 3 мм, нагретый до 850—900°С. В ре­ зультате контакта с твердым теплоносителем мазут подвергаётся пиролизу. Тепература смеси парогазовой фазы с теплоносителем в верхней части пневмотрубы достига­ ет 700°С. Далее эта смесь разделяется в циклоне 6. Ос­ новная масса теплоносителя улавливается и поступает в бункер 7, откуда непрерывно движется в технологиче­ скую топку 9 для разогрева. Парогазовая смесь после дополнительной очистки в циклоне 8 направляется в си­ стему конденсации и разделения 3 и 2. Дымовые газы. из топки 9 проходят через теплоутилизацонные устрой­ ства 11 и выбрасываются в атмосферу. Жидкие продук­ ты собираются в емкостях 1 и 4.

В результате пиролиза на этой установке парафини­ стого мазута М-80 получено на тонну сырья: газа 480—500 кг (400—450 м3); бензина 50—70 кг; смолы 220—300; кокса 150—200 кг. В газе содержится 62—68% непредельных углеводородов. После извлечения этилена

'90

и его гомологов для химической переработки остается высококалорийный газ для бытового газоснабжения и

ö

Рис. 5.5. Принципиальные схемы газификации высокосернистых мазутов.

В СССР разработаны и другие конструкции устано­ вок для получения высококалорийного газа путем пиро­ лиза мазута и смол с применением твердого теплоноси­ теля (Ленгипрогаза, Института нефтехимического син­ теза).

Для народного хозяйства СССР особую актуальность приобретает задача рационального использования высо­ косернистых нефтяных остатков (мазутов) в энергетиче­ ских установках. Сжигание сернистого мазута в топках котлов мощных электростанций приводит к образованию большого количества окислов серы, а выброс их в атмо­ сферу отравляет окружающую среду. При современных темпах увеличения потребления сернистых мазутов в энергетике к 1975 г. выброс сернистого ангидрида в ат­ мосферу может достигнуть значительной цифры.

В качестве одного из решений этой серьезной проб­ лемы предлагается предварительная газификация мазу­ та в сочетании с очисткой газа от соединений серы до подачи его в топки парогенераторов или камеры сгора­ ния газовых турбин.

91

Разрабатываемые в СССР методы газификации высо­ косернистых мазутов иллюстрируются двумя схемами (рис. 5.5). На рис. 5.5,а изображена схема с холодной очисткой газа, предложенная Институтом высоких тем­ ператур АН СССР [48]. Газификация сернистого мазута производится на воздушном дутье под давлением 800— 1000 кПа при коэффициенте избытка воздуха а = 0 ,4 —0,5 и при температуре 1200—4300°С. Полученный при этом воздушный генераторный газ обладает теплотворностью

Газификация жидкого топлива осуществляется в от­ личие от процесса его горения с недостатком воздуха, поэтому наблюдается выделение несгоревшего углерода (сажи). При газификации сернистого мазута это вызы­ вает загрязнение поверхностей нагрева теплообмепных аппаратов и осложняет последующую очистку генератор­ ного газа от сероводорода. Для устранения этого режим процесса газификации сернистых мазутов стараются вы­ брать таким, чтобы был минимум сажеобразования. Стремление снизить сажеобразование вынуждает повы­ шать температуру процесса в генераторе 1 до 1200— 1300°С, хотя это и снижает теплотворность газа.

В рассматриваемой схеме предусматривается мокрая, уже освоенная в промышленности очистка газа как от сажи, так и от сероводорода (см. об этом подробнее в гл. 7). Это требует предварительного охлаждения газа до 120—150°С перед скруббером 4 и до 40—50°С перед абсорбером 6. Первой ступенью охлаждения служит га­ зоохладитель 2, представляющий одно целое с газогене­ ратором 1. Здесь генераторный газ охлаждается с 1300 до 475°С. Второй ступенью охлаждения является газогазовый теп тообменник 3, где охлаждающим агентом является очищенный газ, выходящий из установки к по­ требителю.

Улавливание сажи осуществляется в основном в скруббере 4, откуда она вместе с золой, содержащей концентрат ванадия, отводится в виде пульпы. Оконча­ тельная очистка газа от сажи происходит при прохож­ дении его через трубу-распылитель и пенный аппарат 5. В тарельчатом абсорбере 6 сероводород поглощается сорбирующим водным раствором трикалийфосфата, ко-

92

торыіі впоследствии регенерируется кипячением в десорбере 7. Горючий газ полностью очищается от сероводо­ рода. В нем остаются в незначительном количестве толь­ ко серооргапические соединения типа COS (сероокиси углерода).

Генератор 1 представляет собой полый цилиндриче­ ский сосуд, футерованный огнеупорным (высокоглино­ земистым) кирпичом, так как температура поверхности футеровки во время работы генератора превышает 1000°С. В нем размещены растопочная и несколько рабо­ чих пневмомеханических мазутных форсунок. Расчетное

газа 2, в котором температура газа должна быть сниже­ на почти на 1000°, и при этом требуется избежать интен­ сивных сажеотложений и коррозии охлаждающих по­ верхностей. Осуществляется это обеспечением больших скоростей потоков газа (до 100 м/с) и рядом особых конструктивных решений. При этом следует иметь в виду, что газоохладитель, отнимающий очень большое количество тепла от газа, должен в интересах наиболее эффективного его использования быть включен в цирку­ ляционную испаряющую систему энергетического котла. Это является особенностью данной энерготехнологичеокой схемы, определенным образом осложняющей ее.

Генератор работает под давлением 800 кПа. Воздух в него подается при температуре примерно 300°С ком­ прессором. Приводом компрессора в данной схеме слу­ жит вспомогательная газовая турбина, работающая на газе, выходящем из газо-газового теплообменника 3 (на схеме она не показана).

На рис. 5.5, б изображена другая схема газификации высокосернистого мазута на воздушном дутье, предло­ женная Институтом горючих ископаемых (ИГИ) [49]. Очистка газа здесь предусмотрена высокотемпературной (см.: Альтшулер В. С., Гаврилова А. А. Высокотемпера­ турная очистка газов от сернистых соединений. М., 1969). Она не потребует, таким образом, сложных устройств для охлаждения газа после генератора.

Газификация мазута в генераторе 1 может произво­ диться при давлении 800 кПа или выше. При повышен­

93

ном давлении процесс газификации интенсифицируется и габариты генератора резко сокращаются.

Для уменьшения сажеобразования мазут в генератор подается в виде .водяной эмульсии, которую заранее под­ готавливают в специальных аппаратах (диспергаторах).

Влагосодержание мазута может быть разным (от 5 до 30% по весу). Эмульгирование осуществляется вод­ ным раствором катализатора (например,-солей щелочно­ земельных металлов), что, как показывают исследова­ ния, способствует значительному (почти вдвое) сокра­ щению образования сажи.

На очистку генераторный газ в этой схеме поступает непосредственно из газогенератора с температурой 1200—1300°С. Пройдя все очистительные устройства, он выходит к потребителям с температурой 1050—1150°С.

Схема рис. 5.5, б значительно проще, чем схема рис. 5.5, а. Она может быть легко осуществлена на НПЗ или иных промышленных предприятиях. Требуется, однако, дополнительно отработать процессы улавливания сажи и сероводорода из горячего газа. Над этим и работает сейчас ИГИ совместно с другими научно-исследователь­ скими организациями.

Улавливание сажи в этой схеме предполагается осу­ ществлять в уловителе 2 в фильтрующем слое зернистого огнеупорного материала, ограниченного жалюзийными решетками. Слой может быть неподвижным или движу­ щимся.

Сероводород улавливается в аппарате 3 слоем окиси кальция (CaO-t-HoS = CaS + H20 ) . Отработавший твер­ дый сероочистительный реагент (смесь сульфида каль­ ция CaS и СаО) подвергается затем регенерации мето­ дом обжига. При этом получается газ с высокой (до 10%) концентрацией сернистого ангидрида (S02), ис­ пользуемого далее для производства серной кислоты или элементарной серы. Благодаря этой значительно более высокой, чем в обычных продуктах сгорания сернистого мазута, концентрации сернистого ангидрида существенно улучшаются экономические показатели процесса. Для окончательной очистки горючего газа от пыли устанав­ ливается пылеотделитель 4. - /

В табл. 5.2 приведены результаты опытов по газифи­ кации сернистого маз'ута при температурах 1250—1270°С с предварительным эмульгированием и без него [16].

94

Как видно из табл. 5.2, газификация мазута в указан­ ном температурном интервале дает типичный низкокало­ рийный генераторный газ в количестве около 6,5 нм3 на 1 кг исходного мазута. В нем до 60% азота, около 20% окиси углерода и 16% водорода. Теплота сгорания газа может быть несколько повышена изменением режима процесса. Газ токсичен, как и все генераторные газы, и

Таблица 5.2

Основные характеристики газификации высокосернистого мазута при давлении 500—1800 кПа (до очистки от H2S)

обладает обычными для воздушного генераторного газа пределами взрываемости. Он экономически нетранспор­ табелен, но для сжигания в топках промпечей, парогене­ раторов он вполне пригоден, так как практически не об­ ладает сернистыми соединениями. Можно использовать этот газ и в газовых турбинах.

При осуществлении газификации сжигаемых ныне 50 млн. т в год высокосернистого мазута по этим схемам можно получить 1,5 млн. т серы.

Установки для газификации сернистого мазута с низ­ котемпературной очисткой намечены к сооружению на одной из ТЭЦ СССР. Макет предприятия, осуществляю­ щего такой энергохимический комплекс использования высокосернистых мазутов без загрязнения атмосферы вредными выбросами, по схеме Института высоких тем­

95