Практическая работа №6

Тема: Расчет материального и теплового балансов производства водорода и синтез-газа парокислородной газификацией нефтяных остатков

Цель: Составить и рассчитать материальный и тепловой балансы производства водорода и синтез-газа парокислородной газификацией нефтяных остатков.

Теоретические основы

       Газификация нефтяных остатков на парокислородном дутье протекает при 1300-1400⁰С. Газ, содержащий в основном водород и окись углерода, подвергается  конверсии окиси углерода с водяным паром при 430-450⁰С и далее из него удаляется образовавшаяся двуокись углерода.

Рисунок 6.1 Схема парокислородной газификации нефтяных остатков фирмы Shell 

1- газогенератор; 2 – котел-утилизатор; 3 – водоотделитель; 4 – скруббер; 5- аппарат для грануляции; 6 – смеситель.

     К горелке газогенератора 1 вместе с кислородом подводят водяной пар, перегретый до 300-600⁰С, и нефтяные остатки, которые нагревают до такой температуры, чтобы их можно было подать насосом (вязкость 5-8⁰ВУ) и распыливать в форсунках (вязкость 2-3⁰ВУ). Как правило, эта температура лежит в пределах 90-200⁰С. Иногда сырье нагревают и до 300⁰С или переводят его горячим непосредственно с нефтеперерабатывающей установки. Сырье подогревают чаще перегретым паром, огневые подогреватели практически не применяют.

     В процессе газификации получается газ с температурой 1300-1400⁰С, его направляют в котел-утилизатор 2, в котором насыщенный пар. Газ, охлажденный в котле-утилизаторе до 200-300⁰С, подается в систему очистки от сажи водой. Очистка проводится в две ступени. Вначале газ орошают горячей водой с температурой 70-90⁰С, при этом в водоотделителе 3 улавливается основное количество сажи. Газ насыщается водяными парами и за счет испарения воды охлаждается до 80-90⁰С. Во второй ступени (скруббере 4) проводится тонкая очистка газа от сажи промывкой более чистой охлажденной водой и охлаждение газа до 30-40⁰С. Воду после первой ступени осветляют (удаляя сажу) и подают насосом на вторую ступень. Часть воды сбрасывают, одновременно добавляя в контур циркуляции второй ступени, свежую воду.

     Удаленную из воды сажу гранулируют с исходным сырьем (нефтяными остатками) в аппарате 5. Если нефтяные остатки очень вязкие, то грануляцию можно вести вакуумным газойлем или мазутом. Гранулированную сажу передают в смеситель 6, в который подают и сырье. Суспензия сажи в сырье дополнительно подогревается паром и поступает на газификацию.

Задание

     Составить и рассчитать материальный и тепловой балансы парокислородной газификации мазута.

Варианты заданий

Порядок выполнения работы

I Расчет материального баланса

Таблица 6.1 – Материальный баланс парокислородной газификации мазута

II Расчет теплового баланса

Исходные данные:

t ₁ – температура на входе в газогенератор 300⁰С;

t₂ – температура на выходе из газогенератора 1400⁰С.

2.1 Определяем количество теплоты, вносимое с мазутом в газогенератор, кДж/ч

Q₁ = Q_н× G_м,

где Q_н- низшая теплота сгорания мазута, кДж/кг (Q_н=39900 кДж/кг);

       G_м – количество мазута, кг/ч.

2.2 Определяем количество теплоты, вносимое с водяным паром, кДж/ч

Q₂ = G_{вод. пара} × С_{вод. пара} × t ₁,

где G_{вод. пара} – количество водяного пара, кг/ч;

       С_{вод. пара} – теплоемкость водяного пара при 300⁰С

       (С_{вод. пара} = 1,913 кДж/кг×град).

2.3 Определяем количество теплоты, вносимое с кислородом, кДж/ч

Q₃ = GО₂ × СО₂× t ₁,

где GО₂ – количество кислорода, кг/ч;

       СО₂ – теплоемкость кислорода при 300⁰С (СО₂=0,951 кДж/кг×град).

2.4 Общий приход теплоты составит

Q_{прихода} = Q₁ + Q₂ + Q₃

2.5 Количество теплоты, уносимое конвертированным газом

Q_{конв. газа} = GН₂ × СН₂× t ₂ + GСО × ССО× t ₂ + GСО₂ × ССО₂× t ₂ + q × (GН₂S  + GCOS + GN₂+Ar + GCН₄ + GН₂O + Gсажа),

где GН₂ – количество водорода, кг/ч;

       GСО – количество окиси углерода, кг/ч;

       GСО₂ – количество двуокиси углерода, кг/ч;

       СН₂ – теплоемкость водорода при 1400⁰С (СН₂ = 15,131 кДж/кг ×град);

       ССО – теплоемкость окиси углерода при 1400⁰С

(ССО= 1,168 кДж/кг×град);

       ССО₂ – теплоемкость двуокиси углерода при 1400⁰С

(ССО₂= 1,185 кДж/кг ×град);

       q – теплота сгорания сажи, метана, сероводорода, сероокиси и азота;

       GН₂S – количество сероводорода, кг/ч;

     GCOS – количество сероокиси, кг/ч;

     GN₂+Ar – количество азота, кг/ч;

     GCН₄ – количество метана, кг/ч;

     GН₂O – количество водяного пара после газификации, кг/час;

     Gсажа – количество сажи, кг/ч.

     Теплота сгорания сажи, метана, сероводорода, сероокиси и азота определяется по формуле:

q = 1347 + 0,005 × Q_н + 18200 × S           (S=32).

2.6 Потери теплоты в окружающую среду составляют n=4-7 % от общего прихода теплоты кДж/ч

Q_потери =  × Q_{прихода}

2.7 Общий расход теплоты составит

Q_{расхода} = Q_{конв. газа} + Q_потери

Составляем тепловой баланс газогенератора

Контрольные вопросы:

1. Каково значение водорода и синтез-газа в нефтепереработке и нефтехимии?

2. Какие виды сырья используются для производства водорода и синтез-газа?

3. Как осуществляется процесс газификации (частичного окисления кислородом) газообразного и жидкого топлива?

4. Какие вы знаете схемы получения водорода парокислородной газификацией углеводородов?