Авторский блок / 19.11.2015 / Усовершенствование печи для утилизации газообразных вредных и газовых углеводородных отходов

УДК 62

д.т.н. зав. кафедрой ОНГП ¹ Кунина Полина Семеновна, к.т.н. ассистент кафедры ОНГП ¹ Паранук Арамбий Асланович, директор ² Братченко Ирина Викторовна, нач. отдела ² Костин Сергей Павлович, нач. отдела ² Чернова Юлия Николаевна, главный инженер ² Климова Наталья Юрьевна, нач. отдела ³ Ковалев Юрий Серафимович

¹ ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет» г. Краснодар, ул. Московская 2 , E-mail: rambi.paranuk@gmail.com

² ООО «ГрандЭкспертИнженеринг» г.Краснодар ул. Кожевенная, д. 40, оф.1

³ Северо-Кавказское управление Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору, г. Краснодар, ул. Одесская, 42

Аннотация. В работе приводится описание печи для утилизации газообразных вредных и газовых углеводородных отходов, с целью обеспечения снижения негативного влияния предприятиях по переработке углеводородного сырья. Приведено описание печи со всеми характеристиками обеспечивающими его работу. Приводится детальный анализ основных конструктивных элементов для выявления достоинств и недостатков в работе оборудования.

Ключевые слова. ПДК, гудрон ,горелка двухступенчатая прогрессивная, рекуперация

На предприятиях нефтегазового комплекса, производственная деятельность которых связана с возможными выбросами в окружающую среду вредных веществ и продуктов распада тяжелых углеводородов , предписано выполнять требования по безопасности согласно ГОСТ 12.1.007.

Для выполнения соответствующих требований согласно ГОСТ 12.1.007. Необходимо устанавливать специальные системы выполняющие улавливание и утилизацию абгазов, рекуперацию вредных веществ и очистку от них технологических выбросов, нейтрализацию отходов производства.

Предлагаемая печь дожига для утилизации газообразных вредных и газовых углеводородных отходов, например при производстве битума на малотоннажных НПЗ, имеет следующие преимущества:

экономия топлива за счет тепла сгорания утилизируемых веществ;

эффективная система воздухораспределения;

широкий диапазон утилизируемых веществ;

высокая степень дожига;

невысокая стоимость.

В газах окисления гудрона содержится много опасных отходов. Например содержание 3,4-бензпирена, содержащегося в газах окисления, составляет от 2,5 до 16 мкг/м3, а его ПДК составляет 0,15 мкг/м3 для 1-го класса опасности. Наиболее эффективным способом утилизации газов окисления гудрона при производстве битума является сжигание, так как при водяной конденсации последних в конденсаторах смешения появляется большое количество загрязненных стоков, которые могут попадать в водоемы и загрязняют окружающую среду. Кроме того расход воды ухудшает экономические показатели производства.

В зависимости от природы сырья количество всех отходов при окислении гудрона составляет от 16 до 31 % масс.

В составе газов окисления гудрона содержится 75% масс. азота, 3% масс. кислорода, до 15% масс. воды, 2% масс. диоксида углерода, до 5% масс органических соединений. Сконденсированные, но нерастворимые в воде органические соединения состоят из: 90% масс. масел и смол, до 7,5% масс. органических кислот, и до 2,5% масс. нерастворимых в бензоле примесей.

Основная часть горючих составляющих газов окисления при производстве битумов - сложные углеводороды. При сжигании последних, в существующих печах требуется большой расход топлива и воздуха для обеспечения процесса горения.

Особенность конструкции данной печи заключается в том, что при сжигании газов, содержащих сложные молекулы углеводородов, процесс сгорания разделен на два последовательных этапа:

- разложение сложных молекул углеводородов в топке на простые за счет тепла разогретой топки без избытка воздуха;

- окисление (сжигание) простых молекул при взаимодействии с воздухом без дополнительного нагрева.

Эта организация процесса позволяет работать горелке на минимальной мощности, поддерживая только температуру в самой топке. Простые продукты разложения сразу сгорают при взаимодействии с воздухом на выходе из топки.

При утилизации газов, представляющих собой легкие горючие соединения (этилен и др.), подача воздуха в предлагаемой печи осуществляется одновременно с подачей утилизируемых газов в печь. Для этого в печи предусмотрен отдельный распределитель воздуха в нижней части топки. Сгорание в этом случае происходит сразу с выделением дополнительного тепла на нагрев топки.

Печь дожига предназначена для утилизации отходов газов, паров углеводородов, дымовых газов, аммиака, сероводорода и других газообразных вредных выбросов.

Печь должна эксплуатироваться при температуре окружающего воздуха от -40 до +40°С.

Печь разрабатывается в соответствии с требованиями:

ГОСТ Р 52630-2012 «Сосуды и аппараты стальные сварные. Общие технические условия»

Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств».

Печь декларирована и сертифицирована.

Печь оборудована системой управления технологическим процессом (АСУТП) и системой противоаварийной защиты (ПАЗ).

Технические характеристики печи:

производительность при дожиге, м3/ч, не более 1000

Температура газов на входе в печь, °С 60

Номинальная температура газов в печи, °С, 1200

Полезная мощность теплообменника, кВт 100

Горелка двухступенчатая прогрессивная F.B.R. GAS X 5/2

Мощность горелки, кВт 81,2/151,0 ... 349,0

Расход природного газа, м3/ч 15,2 ... 35

Давление в камере сгорания, мбар (кПа) 8(0,8) ... 5(0,5)

Установленная мощность электродвигателя вентилятора, кВт 3

Печь, как изображено на рисунке 1 , состоит из вертикального цилиндрического корпуса, установленного на раме, вытяжной трубы, вентилятора с воздуховодами и распределителями газов и воздуха.

В корпусе размещена вертикальная топка, выложенная из огнеупорного материала. В нижней части топки установлена газовая горелка F.B.R. Италия.

Снаружи корпуса внизу предусмотрен цилиндрический распределитель газов, совмещенный с распределителем воздуха (сечение А-А, вид В на рисунке). В сопла распределителя газов вставлены трубки распределителя воздуха. Сопла распределены равномерно по окружности близко к тангенциальному положению. К распределителю газов подведен патрубок входа газов с огнепреградителем и тягонапоромером. К распределителю воздуха подведен воздуховод от вентилятора с регулировочной заслонкой. В верхней части корпуса расположена камера охлаждения. Камера снаружи обрамлена цилиндрической обечайкой, в которой расположены под углом два ряда сопел для подачи воздуха. К камере подведен воздуховод от вентилятора. В камере установлен термометр сопротивления, который управляет работой горелки для поддержания заданной температуры в топке.

Электродвигатель вентилятора работает от частотного преобразователя для регулирования подачи воздуха.

На корпус печи установлена вытяжная труба. В вытяжной трубе размещен змеевик теплообменника, в котором нагревается теплоноситель и охлаждаются вытяжные газы.

В случае утилизации газов окисления при производстве битума, печь работает следующим образом. Открывается подача топливного газа на горелку, включается горелка. Горелка настроена на подачу через нее воздуха с коэффициентом избытка воздуха α = 1,05. Этого достаточно для горения топливного газа. После разогрева топки до температуры 1200°С открывается подача газов окисления в распределитель газов. Включается вентилятор. Газы окисления втягиваются в топку и закручиваются благодаря ориентации сопел распределителя. Органические соединения разлагаются в топке без окисления. Полученные таким образом простые соединения направляются в верхнюю часть топки.

Воздух, подаваемый через сопла охлаждающей камеры смешивается с нагретыми газами и простыми органическими соединениями, где происходит их окисление (дожиг).

В установившемся режиме расход топливного газа через горелку уменьшается, так как температура в топке поддерживается в основном за счет сгорания разложенных углеводородов в верхней части топки. Сгорание разложенных газов позволяет достигать высокой степени утилизации газов окисления.

Далее уходящие газы охлаждаются воздухом в камере охлаждения до температуры 400°С и проходят в зону змеевика теплообменника. В змеевике теплообменника тепло уходящих газов передается теплоносителю, который нагревается, охлаждая газы до температуры 150 -200°С.

При утилизации газов, в составе которых нет сложных органических примесей, печь работает следующим образом. Пуск в работу производится также, как описано выше. После разогрева топки до температуры 1200°С, включается вентилятор, открывается регулировочная заслонка на воздуховоде подачи воздуха в распределитель воздуха, открывается подача газов окисления в распределитель газов. В топке сразу газы смешиваются с воздухом и сгорают. Коэффициент избытка воздуха в топке при этом возрастает, что увеличивает количество кислорода для обеспечения горения. Несгоревшие газы сгорают при смешивании с воздухом на входе в камеру охлаждения.

Список литературы

Ахметов С. А. и др. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа: Учебное пособие. – СПб.: Недра, 2006. -868с.

Григорьев Б. А., Богатов Г. Ф., Герасимов А. А. Теплофизические свойства нефти, нефтепродуктов, газовых конденсатов и их фракций / Под редакцией Б. А. Григорьева. – М.: Издательство МЭИ, 1999. – 379с.

Глаголева О. Ф., Капустин В. М. и др. Технология переработки нефти. Ч. 1. Первичная переработка нефти.- М.: Химия, 2005. – 400 с.

Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение / Под редакцией В. М. Школьникова. – М.: Техинформ, 1999.- 596 с.

Эмирджанов Р. Т., Лемберанский Р. А. Основы технологических расчетов в нефтепереработке и нефтехимии: Учебное пособие для вузов. – М.: Химия, 1989. – 192с.

Рабинович Г. Г., Рябых П. М., Хохряков П. А. и др. Расчеты основных процессов и аппаратов нефтепереработки: Справочник / Под редакцией Е. Н. Судакова. -3-е изд., перераб. и доп. – М.: Химия, 1979. – 568 с.

Кузнецов А. А., Кагерманов С. М., Судаков Е. Н. Расчеты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности. -2-е изд., перераб. и доп. – М.: Химия, 1974.- 344 с.

(с) Электронный журнал "Вокруг газа", ноябрь 2015

Специально для журнала «Вокруг газа» - Арамбий Асланович Паранук

Тэги:Италия