Установка получения газов различной теплотворной способности из нефтяных остатков

Сущность данного технического решения (полезной модели) - получение на одной установке экологически чистых газов различного состава и теплотворной способности из нефтяных остатков путем парокислородной газификации и реформулирования первичного синтез-газа в метансодержащий. Установка получения искусственных газов различной теплотворной способности из нефтяных остатков включает газификацию сырья, очистку синтез-газа, метанирование его и извлечение СО ₂, и отличается тем, что в установку включен конвертер-метанатор для превращения H₂ и СО в СО ₂ и СН₄. Получаемые газы могут служить топливом для газовых турбин и использоваться для других целей вместо природного газа.

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.

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 H₂, CO, CO ₂, Na [1, 2]. Такой синтез-газ имеет низкую теплотворную способность (10,5-12 МДж/м³) 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

газификатор 2, в который подается также технический кислород (95-98% О₂). 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 H₂S 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 H₂S с оксидом цинка. Очищенный газ (см. таблицу) состоит в основном из водорода и оксида углерода, низшая теплотворная способность его - 11,4 МДж/м³.

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.

При получении среднекалорийного газа, очищенный в абсорбере H₂S 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:

СО+3Н ₂СН₄+Н₂O

СО+Н₂OСО₂+Н₂

СО₂+4Н₂СН₄+2Н₂O

2СО+2Н₂СН₄+СО₂

Эти реакции экзотермичны с большим выделением теплоты. Поэтому в установку включен конвертер-метанатор с внутренним охлаждением в трубчатых пучках с

получением насыщенного пара. В результате реакций практически весь водород идет на образование метана, а оставшийся СО конвертируется в СО₂. Полученный газ (см.таблицу) состоит в основном из CH₄ и СО₂, низшая теплотворная способность его - 19,8 МДж/м³. Такой среднекалорийный газ с небольшим содержанием водорода может использоваться в ГТУ, любых печах и котлах.

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 СО₂ , и остается в основном метан (см. таблицу), низшая теплотворная способность его - 34, МДж/м³, 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 СO₂ 10, с верха которого отводится углекислый газ (СО₂).

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.

1-после скруббера, 2-после абсорбера, 3-после метанатора, 4-после извлечения СО ₂

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.

Установка получения искусственных газов различной теплотворной способности из нефтяных остатков, включающая газификацию сырья, очистку синтез-газа, метанирование его и извлечение СО ₂, отличающаяся тем, что в установку включен конвертер-метанатор для превращения СО в СО₂ и СН ₄.