Константин Ефанов
Нефтяные котлы-утилизаторы

Введение

Узлы утилизации отработанных (отходящих) газов являются важной частью технологических схем нефтеперерабатывающих заводов. О применении котлов-утилизаторов и инсинераторов в современной литературе по нефтепереработке имеется мало данных. Вместе с тем, это оборудование является используемым.

На месторождениях нефтедобычи и нефтеперерабатывающих заводах применяются факельные установки по сжиганию газа. В настоящей работе показано применение котлов-утилизаторов для сжигания газа возможно взамен факельных установок с целью полезного использования теплоты отработанных газов.

Приведена теория расчета процессов сгорания топлива по методике теплотехники, теория теплового расчета котла-утилизатора. Теория представлена на основании результатов, полученных в ВолгГТУ (Волгоград). По остальным вопросам нефтепереработки автор отдает предпочтение работам из РГУ нефти и газа им. Губкина и МЭИ (Москва).

В компаниях, занимающихся проектированием для нефтепереработки, существует ответвление по печам и теплообменным устройствам. Содержание текста относится к этому направлению, для поверхностного ознакомления с теплотехническими расчетами котлов-утилизаторов, и адресуется конструкторам и технологам по нефтепереработке и химии.

Интерес представляет совместное упоминание методики расчета процессов горения из инженерной химии, в которой должны быть указаны все химические соединения и методики из теплотехники, в которой указывается состав углеводорода нефти в виде ряда элементов с их массовыми долями.

Приведенные данные по топливам полезны для изучения химмотологии моторных топлив.

Посвящается Богу-Троице, Творцу Вселенной,

св. Сергию Радонежскому,

благодарность моей маме, инженеру-машиностроителю.

1. Углеводородные газы для котлов-утилизаторов

В процессах нефтедобычи совместно с нефтью из недр извлекается попутный газ, который оделяют от нефти. "Природный" газ добывается в газодобыче.

В процессах нефтепереработки первичной и вторичной вырабатываются технологические газы в количествах по данным Капустина В.М. [1] 5…20%масс. Состав технологического газа как правило включает алканы С1…С4, алкены С2…С4, сероводород, водород и соединения азота.

Автор настоящей работы в свое время работал во ВНИПИнефть, когда В.М. Капустин занимал должность генерального директора института.

Наличие сероводорода учитывается при выборе материального исполнения стенки оборудования (должно быть стойким к сероводородному растрескиванию). Из сероводорода вырабатывают серную кислоту и элементную серу S2, S6, S8 [2].

Газы могут перерабатываться в товарные продукты. Тематика переработки газов не рассматривается.

Газы могут утилизироваться сжиганием с рекуперацией тепла или без нее (то есть с использованием теплоты отходящих газов на нагрев продукта).

Капустин отмечает [2,с.379], что для уменьшения выбросов соединений серы, её удаляют из газового потока, то есть газы подвергают очистке перед сжиганием. Например, в процессе окисления гудрона, серу необходимо удалять из отработанных газов перед подачей на сжигание.

Стадия очистки газов в технологической схеме установки является очень важной и должна быть глубоко проработана. Лучшим способом утилизации каких-либо отходов нефтепереработки является перевод их в товарные продукты.

Также Капустин [2] отмечает о том, что сокращение содержания соединений азота в отработанных газах обеспечивается за счет абсорбции или каталитического восстановления.

Данные для сжигания газов в факельных системах могут быть использованы для разработки процессов сжигания газов в котлах-утилизаторах. Тема факельных установок широко описана в соответствующей литературе по нефтепереработке.

Капустин указывает [2,с.381] о применении факельных установок для утилизации горючих газов. И мероприятием по снижению выбросов на факельной установке может быть прекращение сжигания газов на факелах.

"На факел" подают по данным [3,с.236] газы аварийного сброса, газы от опорожнения оборудования, газы от пуска установок, отработанные газы и сдувки, образующиеся в процессах нефтепереработки.

Капустин указывает [3] о применении на заводах нефтепереработки общей, отдельной и специальной факельной системы. Специальные системы используются, если сжигаемые в них вещества не могут сжигаться на общих системах. Применение специальный факелов целесообразно для газов, содержащих сероводород в количестве от 8% масс.

Кроме факельных установок в настоящее время применяются установки котлов-утилизаторов в блочной компоновке. Главным оборудованием установки является печь, в которой происходит процесс сжигания. Можно встретить название "инсинератор

В настоящей работе рассматривается тема сжигания газов в котлах-утилизаторах.

2. Теория расчета теплоты сгорания

Нефть является смесью углеводородов, поэтому в литературе приводят ряд элементов, из которых состоит нефть и указывается доля каждого элемента.

По таким исходным данным методами инженерной химии тепловой расчета выполнить представляется не решаемым, поэтому может быть использован подход, применяемый в теплотехнике.

На современном уровне расчеты выполняются в программных пакетах методом конечных элементов. Результатом расчетов являются цветные диаграммы по сечению котла с наличием шкалы, по которым проектировщик может сделать заключение о разработке котла.

2.1. Расчет методами инженерной химии

Выполнение тепловых расчетов методами инженерной химии представлено в работе [4].

Тепловой эффект (экзотермический или эндотермический) рассчитывается по разности энтальпий продуктов и сырья. Направление реакции определяется расчетом энергии Гиббса.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «ЛитРес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на ЛитРес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.