Принципиальная технологическая схема процесса обессеривания топочного мазута электродуговым методом

УДК 66.086.2

Р. Е. Липантьев, В. П. Тутубалина, Х. Э. Харлампиди

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОЦЕССА ОБЕССЕРИВАНИЯ ТОПОЧНОГО МАЗУТА ЭЛЕКТРОДУГОВЫМ МЕТОДОМ

Ключевые слова: топочный мазут, электродуговой реактор, принципиальная технологическая схема.

Описан электродуговой метод обессеривания топочного мазута. Представлены этапы разработки функциональной технологической схемы, состоящие из создания операторной и принципиальной схем, позволяющие показать достоинства и возможные недостатки электродугового метода. Предложена структурная схема НПЗ углубленной переработки сернистой нефти с блоком электродуговой обработки.

Keywords: fuel oil, electric reactor, process flow diagram.

Electric arc described method of desulfurization of fuel oil. Are the stages of development of a functional technology schema, consisting of building an operational and schematic diagrams, in order to show the advantages and possible disadvantages of the electric arc method. The proposed structural scheme of the refinery deep processing of sulfur crude oil with a block of electric arc processing.

Использование мазутов в качестве котельного топлива заметно сократилось вследствие осуществления программы углубленной

переработки нефти. При этом одновременно возрос объем добычи и переработки высокосернистой нефти. В силу указанных причин для сжигания в топках энергетических котлов ТЭС, промышленно отопительных котельных и нефтехимических комплексов используются мазуты с высоким содержанием общей серы [1].

В мазуте сера содержится в виде высокомолекулярных соединений, представляющих собой полициклические конденсированные структуры, составляющие 60-70 % массы мазута [2].

Сжигание сернистых мазутов сопровождается образованием оксидов Э02 и 503, коррозирующих металлические поверхности котельного

оборудования и загрязняющих окружающую среду. В связи с этим в странах ЕЭС приняты ограничения по содержанию общей серы в мазутах до уровня 0,51,0 %. Если учесть, что сжигается более 60 млн. т. в год жидкого котельного топлива (5р=3,5 %), то можно подсчитать, что выбросы Э02 и 503 при этом составят до 2 млн. т., а это грозит экологической катастрофой для человечества. Обессеривание мазутов очень сложный технологический процесс. Однако не менее сложный и процесс очистки дымовых газов от оксидов серы, как с точки зрения технологии, так и экономики процесса. Поэтому становится очевидной необходимость разработки методов очистки мазутов от сераорганических соединений непосредственно у потребителя жидкого котельного топлива [3].

В последние годы широкое распространение получили разработка и внедрение в промышленную практику инновационных технологий очистки мазутов от серы. К числу таких технологий относится разработанный электродуговой метод обессеривания мазутов, отличающийся высокой эффективностью (до 90 %) и обеспечивающий получение топочных мазутов с низким содержанием общей серы. Применение электродугового метода в нефтяной промышленности позволит

малотоннажным НПЗ, не имеющим установок для гидроочистки осуществить глубокую переработку нефтяных остатков, выход которых достигает до 4555 % на нефть [4, 5].

Сущность электродугового метода

обессеривания мазутов заключается в термолизе менее энергетически стойкой связи С-5 (по сравнению с С-С) в микроэлектрических дугах, возникающих между подвижными и неподвижными электродами в электродуговом реакторе (ЭДР). Кратковременно образующиеся дуги

характеризуются высокой температурой порядка 1500 °С. При этом следует отметить, что температура массы мазута в ЭДР в течение всего времени протекания процесса остается условно «холодной» благодаря непрерывной подаче мазута в зону его обработки. ЭДР включает подвижные электроды - графитовые шарики, хаотически перемещающиеся в мазуте и стальные неподвижные электроды, между которыми при наличии напряжения электрического тока возникают микроэлектродуги [4].

Для детального изучения процесса обессеривания топочного мазута была разработана функциональная технологическая схема, позволяющая показать, как достоинства, так и возможные недостатки электродугового метода. Работа над схемой осуществлялась поэтапно в соответствии с классической процедурой, приведенной в литературе [6]. Функциональная схема установки обессеривания топочного мазута показана на рисунке 1.

Функциональная схема установки обессеривания топочного мазута включает следующие подсистемы:

- подготовки топочного мазута к электродуговой обработке;

- обессеривания мазута в ЭДР;

- очистки образовавшихся в процессе обессеривания газообразных продуктов от сероводорода;

- подготовки обессеренного мазута к сжиганию в топках энергетических котлов.

Операторная схема технологического процесса обессеривания топочного мазута представлена на рисунке 2.

Рис. 1 - Функциональная схема обессеривания топочного мазута на ТЭЦ

Рис. 2 - Операторная схема обессеривания топочного мазута: 1, 6 — подогреватели; 2 -фильтр; 3 - ЭДР; 4 - хемсорбер; 5, 7 - сепараторы - разделители газовой и жидкой фаз; 8 - холодильник

Для осуществления процесса обессеривания мазута большое значение имеет создание гибкой технологической схемы осуществления его в промышленных условиях [7, 8] при условии максимально возможного удаления коррозионно-активных, агрессивных и токсичных соединений серы из мазута.

Рис. 3 - Принципиальная технологическая схема обессеривания мазута в ЭДР: Н1, Н2 - насосы; Е1, Е2 - приемные емкости для мазута и газа; П1 - паровой подогреватель; Ф1, Ф2 - механические фильтры; R1 - ЭДР

В соответствии с принципиальной технологической схемой, представленной на рис. 3., топочный мазут насосом Н1 из мазутохранилища подается в приемную емкость для мазута Е1, из которой насосом Н2 направляется в подогреватель П1, в котором нагревается до температуры 90°С. Нагретый мазут из подогревателя П1 поступает на фильтры Ф1 и Ф2, установленные с целью осуществления непрерывного процесса очистки топлива от механических примесей. В схеме фильтры установлены параллельно, и их работа осуществляется попеременно в фазах сорбции и десорбции. По окончании фильтрации мазут подается в электродуговой реактор R1, в котором осуществляется процесс обессеривания топочного мазута электродуговым методом. После обессеривания в R1 мазут поступает в топку энергетического котла для сжигания. Образовавшиеся в процессе обессеривания мазута горючие газы направляются в приемную емкость Е2, а далее подаются в подсистему очистки газов от сероводорода абсорбционным методом с использованием таких традиционных абсорбентов, как моно-ди- и триэтаноламин. При этом можно использовать и другие известные методы выделения сероводорода из горючих газов.

Структурная схема НПЗ углубленной переработки сернистой нефти с блоком электродуговой обработки представлена на рис. 4.

Рис. 4 - Структурная схема малотоннажного НПЗ с блоком электродуговой обработки: ЭЛОУ-АТ -электрообессоливающая установка; ВПБ -вторичная перегонка бензина; АО -адсорбционная очистка; ГФУ -

газофракционирующая установка; ГИЗ -гидроизомеризация; СГК - селективный гидрокрекинг; КР - каталитический риформинг; КЛАУС - процесс Клауса (получение Э2); ЭДР -электродуговая установка

Использование блока электродуговой обработки в схеме НПЗ (рис. 4) позволит получить котельное топливо более высокого качества, при существенно низких капитальных затратах по сравнению с гидрообессериванием [9]. При этом образующийся в ходе обработки тяжелых фракций сероводород направляется на очистку в существующие на предприятии установки Клауса с последующим получением элементной серы.

Таким образом, разработанная принципиальная технологическая схема процесса обессеривания топочных мазутов электродуговым методом позволяет осуществить глубокую очистку последних (до 90 %) с одновременной утилизацией образовавшихся газообразных продуктов. При этом сжигание обессеренного мазута позволяет сократить количество вредных выбросов в атмосферу за счет практически полного удаления сераорганических соединений из топлива.

Выводы

1. Разработана новая принципиальная технологическая схема обессеривания топочного мазута электродуговым методом.

2. В качестве этапов разработки принципиальной технологической схемы были использованы функциональная и операторная схемы процесса.

3. Разработана структурная схема НПЗ углубленной переработки сернистой нефти с блоком электродуговой обработки мазута.

4. Предложенная технология обессеривания мазутов снижает загрязнение окружающей среды за счет глубокого удаления сераорганических соединений из котельного топлива.

Литература

1. Гейле А.А., Костенко А.В., Повышение качества мазутов // Химия и технология топлив и масел - 2005. -№4 - с. 3-9

2. Капустин В.М., А.А. Гуреев Технологическая переработка нефти. Часть II. - М.: - Химия. - 2015. - 400 с.

3. Доброхотов В.И., К проблеме воздействия энергетики на окружающую среду // Теплоэнергетика -1995.-№4-с.2-5

4. Липантьев Р.Е., Тутубалина В.П. Установка для обессеривания мазута методом газификации //Известия Вузов. Проблемы энергетики- 2010-№5-6 с.146-149

5. Мановян А.К. Технология переработки природных энергоносителей. М.: -Химия. КолосС. 2004. -456с.

6. Харлампиди Х.Э., Кузнецова И.М. и др. Общая химическая технология. Методология проектирования химико-технологических процессов. - С-Петербург -Лань.- 2013 - 522 с.

7. Насибуллина А.И., Шувалов Э.С., Харлампиди Х.Э. Создание гибкой технологической схемы переработки газового конденсата // Вестник Каз.Техн.У-та. 2011 - №5

- с. 81-89

8. Гарифзянова Г.Г. Гарифзянов Г.Г. Разработка промышленной технологии каталитического синтеза моторных топлив из фракции 1кк-360 °С , получаемой при переработке 100 тыс. тонн высоковязкой и высокосернистой нефти (ВВН) // Вестник Каз.Техн.Ун-та. -2006-№1-с.67-71.

9. Липантьев Р.Е. Обессеривание мазута методом электродугового воздействия в системах топливоподготовки: диссертация к.т.н. 02.00.13 / Липантьев Роман Евгеньевич; ФГБОУ ВПО «КНИТУ».

- Казань. 2015. - 161 с.

© Р. Е. Липантьев - канд. техн. наук, Казанский государственный энергетический университет; dozor_energo@mail.ru; В. П. Тутубалина - д.т.н., Казанский государственный энергетический университет; Х. Э. Харлампиди - д.х.н., профессор, зав. каф. ОХТ КНИТУ, kharlampidi@kstu.ru.

© R. E. Lipantyev - candidate of technical Sciences, Kazan State Power Engineering University, dozor_energo@mail.ru; V. P. Tutubalina - doctor of technical sciences, Kazan State Power Engineering University; Kh. Е. Kharlampidi - Ph.D. in chemistry, professor, head of Chemical Technology, KNRTU, kharlampidi@kstu.ru.