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

Более полной схемой комплексного энерготехнологи­ ческого использования высокосернистых мазутов являет­ ся схема с высокоскоростным пиролизом, разработанная и исследованная в течение последних лет под руководст-

Рнс. 5.6. Схема установки с высокоскоростным пироли­ зом мазута.

вом 3. Ф. Чуханова на лабораторных и крупнолабора­ торных установках Энергетическим институтом им. Г. М. Кржижановского совместно с Институтом горючих иско­ паемых. В отличие от ранее описанных схем газификации высокосернистых мазутов здесь нефтеперерабатывающий завод (НПЗ) и мощная электростанция органически и территориально увязаны друг с другом.

96

I

Сернистый мазут с НПЗ подается в технологический блок энерготехнологического комбината. Принципиаль­ ная схема блока представлена на рис. 5.6 [5, 46, 47].

Основными аппаратами являются реактор (пиролпзер) 2, регенератор 4 и ректификационная колонна 7. В реакторе осуществляется высокоскоростной пиролиз ма­ зута твердым теплоносителем. Температура в реакторе 850—950°С (в зависимости от заданного режима), давле­ ние около 150 кПа. Твердым теплоносителем является мелкодисперсный нефтяной кокс, образующийся в реак­ торе в ходе пиролиза мазута и циркулирующий в системе технологического блока по пневмотрубе 1. Разогрев его до 1000—1100°С осуществляется в регенераторе, куда для этого подается некоторое количество воздуха (может быть добавлен и горючий газ).

Транспортировка теплоносителя осуществляется во­ дяным паром, подающимся в пневмотрубу 1. Пар пода­ ется в небольшом количестве также в реактор, что спо­ собствует отгонке парогазовой смеси.

Вцентре цилиндрических реактора и ’регенератора расположены смешивающие прямоточные устройства, заканчивающиеся циклонами, а по периферии — ряд циклонов, выдающих газ (на схеме показаны только по одному). Вращающиеся затворы 3 обеспечивают герме­ тизацию этих аппаратов во время работы блока.

Образующиеся в регенераторе продукты сгорания (газификации) кокса сбрасываются в энергетические топки, поскольку выходящий отсюда газ обладает боль­ шим запасом тепла (температура более 1000°С) и выно­ сит значительное количество тончайших частиц кокса. В случае необходимости при этом может быть организова­ но и выделение имеющегося в сернистых мазутах вана­ дия в виде жидких сплавов с мелкодисперсной коксовой золой.

Вверхнюю часть реактора форсунками подается на пиролиз сырье с самого низа колонны 7 (при темпера­ туре порядка 350—370°С). В ее среднюю часть поступает мазут с НПЗ, а под нижнюю тарелку — парогазовая смесь из реактора.

Сырье, подающееся в пиролизер, состоит, таким об­ разом, из мазута и жидкого пиролизата (рисайкла), представляющего собой тяжелые фракции жидкого ос­ татка с температурой кипения выше 230°С.

Согласно опубликованным данным' [26], при пиро­ лизе сернистого и высокосернистого мазутов (получен­ ных из нефти Ромашкинского и Арланекого месторожде­ нии) с температурой 850—950°С и при времени реагиро­ вания до 0,1 св пиролиз-газ может быть переведено 55— 78% сырья (мазута и тяжелых фракций жидкого остат­ ка). При этом 70% имеющейся в мазуте серы переходит в пиролиз-газ в виде сероводорода, который, как это будет показано в гл. 7, легко («месте с С02) из него вспоследствиц выделяется и используется для производ­ ства серы или серной кислоты.

Выход пиролиз-газа, его состав и теплота сгорания зависят от температурного режима процесса. В указан­ ном выше интервале температур (850—950°С) содержа­ ние основных компонентов колеблется в следующих пре­

до 14%- При этом содержание H2S обычно составляет 1,5—2%, доходя при пониженных температурах до 3%. Теплота.сгорания пиролиз-газа находится в пределах 25 100 — 31 400 «Дж/нм3.

Процессы пиролиза и ректификации могут быть орга­ низованы так, что в легких жидких фракциях, отделяе­ мых из парогазовой смеси в холодильнике 5 и сепара­ торе 6, будет содержаться 6—7,8% (от веса мазута) моноциклической ароматики, в основном бензола, а в пиролиз-газе — 14—17% (объемных) этилена. И то, и другое представляет собой ценное сырье для химии син­ теза.

Согласно материальному балансу, составленному ЭНИНом им. Г. М. Кржижановского [26], в результате

энерготехнологического комбината (ЭТК) будет переда­ но 6 млн. т высокосернистого мазута. На таком заводе из него будет получен и десульфирован .пиролиз-газ в количестве, обеспечивающем все нужды в горючем газе самого НПЗ и работу районной электростанции мощно­ стью 2,4 млн. кВт. Кроме того, на переработку в арома­ тику будет передано на НПЗ более 0,5 млн. т ценного химического сырья (легких жидких продуктов), выделен сероводород для производства 180 тыс. т серы и пере­ дано сторонним промышленным предприятиям около

98

2 млрд, м3 высокотеплотворного пиролиз-газа. В настоя­ щее время ведется проектирование опытно-промышлен­ ной установки к одному из крупных энергетических котлов.

§ 5.5. Сжиженные углеводородные газы

Естественные и искусственные углеводородные газы (природный, попутный и газы заводской переработки нефти) могут использоваться потребителями в виде жид­ кого топлива тогда, когда транспорт их в этом виде рен­ табельней, чем подача в газообразном состоянии, и оп­ равдываются затраты на сжижение н регазификацию. Надо учесть, что эти затраты могут быть весьма значи­ тельными. Метан, например, для своего сжижения тре­ бует весьма сильного сжатия н глубокого охлаждения (критическая его температура —82°С). Системы хране­ ния и транспорта глубоко охлажденного, сжиженного метана также сложны.

Проще и дешевле для сжижения использовать такие углеводородные газы, которые переходят в жидкое со­ стояние при обычных наружных температурах воздуха и небольших давлениях. К таким газам относятся в пер­ вую очередь пропан (С3Н8) и бутан (С4Ню). Их энер­ гетические характеристики весьма благоприятны: низшая теплота сгорания (в газовой фазе) выше 90 000 кДж/нм3, жаропроизводительность около 2150°С, пределы взрывае­ мости у пропана: нижний — 2,3; верхний — 9,5; у бута­ на ■— соответственно 1,5 и 8,4. Температура кипения при 101,3 кПа (760 мм рт. ст.) пропана — 42,1°С, я-бутана— 0,6°С, я-бутана — 10,2°С. Для поддержания этих газов в емкостях в жидком состоянии даже при высоких тем­ пературах наружного воздуха (+40°С) достаточным яв­ ляется давление: для пропана — 1500, а для я-бутана — около 400 кПа.

Практически для различных климатических поясов и разных времен года используют смесь сжиженных про­ пана и бутана в соответствующих пропорциях. Смесь эта должна удовлетворять следующим требованиям:

99

б) хранение и использование сжиженного газа не должно встречать затруднении в интервале температур от —40 до +40°С;

в) давление в сосудах с сжиженным газом (по усло­ виям прочности) не должно превышать 1600 кПа (16 кгс/см2).

Лучше всего этим требованиям удовлетворяет пропаи (см. табл. 5.3). При давлении 1600 кПа он находится в жидком состоянии даже при 40—50°С, испаряется же он при выходе в атмосферу при температуре ниже —40°С.

Для сжижения бутана при температуре -+4 0 оС тре­ буется меньшее давление, чем для пропана. Однако бутаны в чистом виде могут использоваться в качестве сжиженных газов только при положительных наружных температурах, так как ниже —10°С при обычных атмо­ сферных условиях жидкий бутан не будет при выходе из баллона нормально превращаться в газ.

Летом бутам добавляют к пропану для того, чтобы понизить давление смеси в сосудах (в баллонах). Для центральных и южных районов СССР в «летнем» сжи­ женном газе содержание бутанов доводят до 80%, а в «зимнем» обычно ограничиваются 20—30%.

Необходимо отметить, что сжиженный газ, поступаю­ щий с НПЗ, имеет в своем составе, помимо пропана и бутана, еще и другие углеводороды (преимущественно непредельные). Это повышает упругость паров смеси, что нежелательно.

100

Наличия примесей других углеводородов трудно из­ бежать при производстве сжиженных газов в схемах пе­ реработки нефти и ее продуктов на НПЗ, где сжиженный газ получают как побочный продукт для собственного потребления (в качестве топлива), а часто и как товар­ ный продукт, отпускаемый посторонним потребителям.

Наиболее чистым является сжиженный газ, произво­ димый на базе пропановых и бутановых фракций, из­ влекаемых из попутных нефтяных и конденсатных газов. Современные газофракционирующие установки, соору­ жаемые вблизи промыслов, обеспечивают получение из таких газов тяжелых углеводородов с чистотой 98%• Ос­ новное количество производящихся в стране товарных сжиженных горючих газов изготавливается именно на основе переработки этих естественных газов.

В попутных нефтяных газах имеется обычно до 25.% пропанбутаиовых фракций. Извлечение их необходимо, чтобы из этих газов получить стабильный бензин. Осуществляется это разными метода­ ми: Чіігстокомпрессорным, когда конденсирующиеся фракции газа выделяются сжатием и последующим охлаждением; сорбционным, когда определенные углеводороды извлекаются жидкими или твер­ дыми сорбентами; наконец, методом низкотемпературной ректифи­ кации, т. е. разгонкой газа на фракции при глубоком охлаждении и повышенном давлении.

На газобеизиновых заводах часто применяются комбинирован­ ные схемы. На рис. 5.7 упрощенно показана одна нз распространен­ ных схем производства пропана и бутана па таком заводе.

Попутный газ с нефтепромыслов подается в сепаратор 1 под давлением около 150 кПа. После сжатия компрессором 2 до 4200 кПа I! охлаждения в холодильнике 3 газ подается в сепаратор 4. Отде­ лившийся в сепараторах 1 и 4 конденсат (нестабильный бензин) Собирается в сборнике 5 и потом самотеком идет на переработку через колонну 17.

Газовая фаза из сепаратора 4 проходит в абсорбере 6 одновре­ менно очистку (от ОСЬ) и осушку. В сепараторе 7 отделяются уне­ сенные брызги этого раствора, а окончательная осушка газа произ­ водится в осушителе 8 силикагелем.

в циклоне 9 газ очищается от механических примесей, вновь охлаждается в холодильнике-конденсаторе 10 и поступает в сепара­ тор II, нз верхней части которого выдается сухой отбензиненный газ, а из нижней — в виде конденсата нестабильный бензин. В де­

101