УСТАНОВКА ПОЛУЧЕНИЯ ГАЗОВ РАЗЛИЧНОЙ ТЕПЛОТВОРНОЙ СПОСОБНОСТИ ИЗ НЕФТЯНЫХ ОСТАТКОВ

Полезная модель может быть использована в нефтеперерабатывающей и газовой промышленности. При переработке сернистых нефтей образуются тяжелые остатки с высоким содержанием серы, которые не могут быть использованы как котельное топливо. Переработка остатков в топливо с допустимым содержанием серы гидрогенезационными методами требует больших капитальных вложений и эксплуатационных затрат и не нашла широкого применения.
2
2
3
Относительно простым способом переработки нефтяных остатков в экологически чистое топливо является их газификация с последующей очисткой от сернистых соединений [1, 2, 3]. Известны способы и установки газификации углей и нефтяных остатков путем паро-воздушной и парокислородной конверсии. Путем парокислородной конверсии углеводородов получают газ, состоящий в основном из H, CO, CO, Na [1, 2]. Такой синтез-газ имеет низкую теплотворную способность (10,5-12 МДж/м) и высокотоксичен вследствии большого содержания в нем оксида углерода [4]. Этот газ обычно сжигают в топках паровых котлов.
В настоящее время наиболее эффективное применение газа в энергетике -это использование его в газовых (ГТУ) и парогазовых установках (ПТУ). Все выпускаемые в Украине и во всем мире газовые турбины рассчитаны на использование природного газа и жидкого топлива - керосиногазойлевых фракций нефти. ГТУ могут работать и на низкокалорийном газе, но при этом необходима некоторая модернизация турбины, в частности камеры сгорания. Однако при пуске и малых нагрузках необходимо использование более калорийного (высокой теплотворной способности) газа.
Известны способы и технологические установки получения высококалорийного искусственного газа, например процесс CRG Британской газовой корпорации [4], но они не приспособлены для работы в составе энергетических парогазовых установок (ПГУ).
Предлагаемое нами техническое решение (полезная модель) дает возможность на одной установке получать газы различного состава в зависимости от потребности, и этим минимизировать энергетические затраты на их получение. В ПГУ может подаваться газ низкой или повышенной теплотворной способности (калорийности), получаемый смешением газов из различных аппаратов.
Все печи и котлы НПЗ рассчитаны на сжигание высококалорийного нефтезаводского газа. Такой газ получается на предлагаемой установке путем реформулирования первичного синтез-газа в метансодержащий, используя освоенные в промышленности технологические процессы.
Работа установки поясняется представленной схемой. Нефтяной остаток, например гудрон или битум, подается в эмульгатор 1, куда подается также вода, в котором образуется водно-гудроновая эмульсия. Полученная эмульсия поступает в
2
2
2
3
газификатор 2, в который подается также технический кислород (95-98% О). В газификаторе под давлением 2-3 МПа происходит частичное окисление и газификация нефтяного остатка. Газ при температуре 1000-1300°С выходит из газификатора и поступает в котел-утилизатор 3. где генерируется насыщенный пар давлением до 7-13 МПа в зависимости от типа паровой турбины ПГУ. Синтез-газ с температурой около 150°С подается в скруббер 4, где прямым контактом с водой охлаждается до 35-40°С и отмывается от твердых частиц (золы и сажи). Охлажденный газ подается в абсорбер HS 6, орошаемый абсорбентом, поглощающим сероводород и другие сернистые соединения. Насыщенный сорбент регенерируется в десорбере 7. Абсорбентом могут быть этаноламины, N-метилпироллидон и другие вещества. Очистка газа может производиться одним из способов, применяемых в газовой и химической промышленности, которые обеспечивают остаточное содержание серы. удовлетворяющее санитарным нормам, техническим условиям для газовых турбин и требованиям, обеспечивающим длительную работу катализаторов метанирования. Этим требованиям удовлетворяют моно- и диэтаноламиновая очистка, процессы "Селекон", "Пуризол" и некоторые другие. При метанировании синтез-газа на низкотемпературном высокоактивном катализаторе может быть дополнительно установлен адсорбер HS с оксидом цинка. Очищенный газ (см. таблицу) состоит в основном из водорода и оксида углерода, низшая теплотворная способность его - 11,4 МДж/м.
Продукты газификации нефтяных остатков обычно содержат механические примеси в виде твердых частиц, состоящих на 90-95% из сажи и на 10-15% из золы [1]. При рециркуляции сажи из отстойника 5 в газификатор 2 и ее газификации состав твердого остатка изменяется. Накапливается минеральная часть, в результате чего содержание золы в остатке увеличивается до 20-30%. Поэтому часть воды, содержащей растворенные соли и твердые частицы, должна отводиться на установку обработки сточных вод.
2
При получении среднекалорийного газа, очищенный в абсорбере HS 6 синтез-газ (или часть его) подогревается до 300°С, что необходимо для начала реакции, и поступает в конвертер-метанатор 8, куда подается также необходимое количество пара. Наиболее рационально использовать смешанный среднетемпературный катализатор конверсии и метанирования, не требующий глубокой очистки от сернистых соединений. В конвертере-метанаторе при температуре 400-450°С на катализаторе включающем оксиды железа, хрома, никеля протекают реакции:
2
4
2
СО+3Н⇔СН+НO
2
2
2
СО+НO⇔СО+Н
2
2
4
2
СО+4Н⇔СН+2НO
2
4
2
2СО+2Н⇔СН+СО
Эти реакции экзотермичны с большим выделением теплоты. Поэтому в установку включен конвертер-метанатор с внутренним охлаждением в трубчатых пучках с
2
4
2
3
получением насыщенного пара. В результате реакций практически весь водород идет на образование метана, а оставшийся СО конвертируется в СО. Полученный газ (см.таблицу) состоит в основном из CH и СО, низшая теплотворная способность его - 19,8 МДж/м. Такой среднекалорийный газ с небольшим содержанием водорода может использоваться в ГТУ, любых печах и котлах.
2
2
2
3
Если же требуется получить искусственный газ - заменитель природного газа (ЗПГ), близкий по составу к природному, то газ после аппарата 8 направляется в диэтаноламиновый абсорбер 9, где из него извлекается СО, и остается в основном метан (см. таблицу), низшая теплотворная способность его - 34, МДж/м, т.е. он является полноценным заменителем природного газа. Такой газ может направляться не только в газовую сеть НПЗ, но и в городскую сеть природного газа или в магистральный газопровод. Регенерация сорбента происходит в десорбере СO10, с верха которого отводится углекислый газ (СО).
Полезность представленной модели заключается в том, что осуществляется переработка сернистых нефтяных остатков в экологически чистый газ с положительным экономическим эффектом, что приводит к существенному снижению вредных выбросов в окружающую среду.
Таблица. Состав газов, %
компоненты
1
2
3
4
Н<sub>2</sub>
47,5
48,3
0,9
1,5
СО
48,0
49,0
0,03
0,05
СO<sub>2</sub>
2,5
1,1
43,4
2,0
СН<sub>4</sub>
1,0
1,0
55,0
95,4
N<sub>2</sub>
0,5
0,6
0,67
1,05
Н<sub>2</sub>S
0,5
-
-
-
2
1-после скруббера, 2-после абсорбера, 3-после метанатора, 4-после извлечения СО
СПИСОК ССЫЛОК
1. Парогазовые установки с внутрицикловой газификацией топлива и экологические проблемы энергетики /Масленников В.М., Выскубенко Ю.А., Смитсон Г.Р. и др. // М.: Наука. 1983. - 264 с.
2. Справочник азотчика (изд. 2-е) М.: Химия. 1986  - 512 с.
3. Кособокова Э.М., Березенец А.П. К разработке стратегии энергосбережения на предприятиях нефтепереработки // Химия и технология топлив и масел. 2001. №1. с.6-8.
4. Степанов А.В. Получение водорода и водородсодержащих газов. - Киев: Наукова думка 1982. - 312 с.