Инновации в области использования энергетического потенциала отходов различных технологических процессов становятся все более важным фактором с позиции ресурсосбережения. При утилизации горючих твердых отходов эффективно используют газогенераторы с последующим использованием продуктов газификации, в том числе в энергетических целях [1, 2]. Газообразные горючие отходы технологических процессов чаще всего сжигают в действующих топочных камерах.
Но сжигание большинства сбросных газов в топках камерах котлов и печей весьма затруднено в связи с их переменным составом. Более того, многие отходящие газы содержат в своем составе вредные примеси, выброс которых в воздушный бассейн окажет негативное влияние на состояние атмосферы. Следовательно, эффективное сжигание сбросных газов не только сэкономит традиционное органическое топливо, но и защитит окружающую среду от загрязнения токсичными веществами.
В качестве примера приведем один из технологических процессов нефтепеперабатывающего комплекса ОАО «ЛУКОЙЛ-Нижегороднефтеоргсинтез» – процесс производства водорода, предназначенный для обеспечения потребностей в водороде установки гидроочистки вакуумного газойля.
Производительность установки производства водорода составляет 48000 норм. м3/ч водорода чистотой 99,9 % об. Для получения водорода используется [3, 4] метод каталитической конверсии метана водяным паром с последующей очисткой конвертированного газа в блоке короткоцикловой адсорбции (КЦА). Состав сбросного газа от блока КЦА приведен в таблице1. Анализ табличных данных показывает, что сбросной газ блока КЦА имеет низкую теплоту сгорания – от 5,5 до 7 МДж/м3 и высокое содержание балласта (содержание негорючего газа – СО2 колеблется от 44,2 до 60,8 %. Кроме того в состав сбросного газа входит токсичное вещество – оксид углерода СО (от 1,9 % до 5,32 %).
Таблица 1
Состав отдувочных газов блока КЦА
|
№ |
Компонентный состав, % |
Теплота сгорания Qi r, МДж/м3 |
|||
|
H2 |
CO |
CO2 |
CH4 |
||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
1 |
50 |
1,9 |
44,2 |
3,9 |
7,037635 |
|
2 |
45,1 |
3,1 |
48,9 |
2,9 |
6,305622 |
|
3 |
32,22 |
3,25 |
59,21 |
5,32 |
5,796022 |
|
4 |
31,2 |
2,9 |
60,8 |
5,1 |
5,562806 |
Результаты анализа таблицы свидетельствуют о невозможности самостоятельного горения отдувочного газа. Необходимо совместное сжигание данного сбросного газа в смеси с более калорийным топливом. На предприятии ОАО «ЛУКОЙЛ-Нижегороднефтеоргсинтез» в качестве основного топлива применяется так называемый «топливный» газ, состоящий из углеводородных и водородных фракций, обладающий высокой теплотой сгорания.
Задачей данной работы явилось исследование компонентного состава всего ряда соотношений отдувочный газ-топливный газ (см. табл. 2).
Таблица 2
Компонентный состав смеси топливного и отдувочного газов
|
Химич. ф-ла элементов газа |
Топливный газ, % об. |
Смеси газов в долевом отношении |
Отдувочный газ, % об. |
||||||||
|
0,9/ 0,1 |
0,8/ 0,2 |
0,7/ 0,3 |
0,6/ 0,4 |
0,5/ 0,5 |
0,4/ 0,6 |
0,3/ 0,7 |
0,2/ 0,8 |
0,1/ 0,9 |
|||
|
СH4 |
21,175 |
19,49 |
17,80 |
16,11 |
14,43 |
12,74 |
11,05 |
9,37 |
7,68 |
5,99 |
4,31 |
|
C2H6 |
5,325 |
4,793 |
4,260 |
3,728 |
3,195 |
2,663 |
2,130 |
1,598 |
1,065 |
0,533 |
– |
|
C3H8 |
5,188 |
4,669 |
4,150 |
3,631 |
3,113 |
2,594 |
2,075 |
1,556 |
1,038 |
0,519 |
– |
|
изо-C4H10 |
1,575 |
1,418 |
1,260 |
1,103 |
0,945 |
0,788 |
0,630 |
0,473 |
0,315 |
0,158 |
– |
|
норм-C4H10 |
2,850 |
2,565 |
2,280 |
1,995 |
1,710 |
1,425 |
1,140 |
0,855 |
0,570 |
0,057 |
– |
|
изо-C5H12 |
0,425 |
0,383 |
0,340 |
0,298 |
0,255 |
0,213 |
0,170 |
0,128 |
0,085 |
0,009 |
– |
|
норм-C5H12 |
0,250 |
0,225 |
0,200 |
0,175 |
0,150 |
0,125 |
0,100 |
0,075 |
0,050 |
0,005 |
– |
|
H2 |
62,875 |
60,55 |
58,23 |
55,91 |
53,59 |
51,27 |
48,94 |
46,62 |
44,30 |
41,98 |
39,66 |
|
N2 |
0,000 |
0,000 |
0,000 |
0,000 |
0,000 |
0,000 |
0,000 |
0,000 |
0,000 |
0,000 |
– |
|
С6Н14 |
0,200 |
0,180 |
0,160 |
0,140 |
0,120 |
0,100 |
0,080 |
0,060 |
0,040 |
0,004 |
– |
|
Н2S |
0,140 |
0,126 |
0,112 |
0,098 |
0,084 |
0,070 |
0,056 |
0,042 |
0,028 |
0,003 |
– |
|
CO2 |
5,33 |
10,66 |
15,98 |
21,31 |
26,64 |
31,97 |
37,29 |
42,62 |
47,95 |
53,28 |
|
|
CO |
0,27 |
0,55 |
0,82 |
1,10 |
1,37 |
1,64 |
1,92 |
2,19 |
2,46 |
2,74 |
|
Выполнен расчет теплотехнических характеристик рассматриваемых топливных смесей, определены пределы взрываемости и скорость распространения пламени.
Результаты расчета свидетельствуют о том, что добавка топливного газа при сжигании отдувочного не должна быть ниже 30 % об. Скорость распространения пламени значительно возрастает ввиду существенного содержания водорода в топливной смеси, что обязывает проектировщиков разрабатывать специальные стабилизирующие устройства.
Следующей задачей исследования было определение экологической эффективности сжигания отдувочного газа в печи парового реформинга. На одной из действующих установок, а именно в печи парового риформинга эксплуатируются горелочные устройства, сжигающие отдувочный и топливный газы в соотношении 10000 м3/ч: 3000 м3/ч.
Если сбросной газ не утилизировать, то в воздушный бассейн выбросится от 2143 до 3667 тонн в год токсичного вещества – оксида углерода (СО) (см. рис 1.) в зависимости от состава отдувочного газа (см. рис 1).
Выбросы оксида углерода, тонн/год
Оксид углерода является веществом 4-го класса опасности и воздействует на человека за счет превращения гемоглобина крови в гемоглобин, что способствует развитию кислородного голодания – гипоксии. Особая опасность оксида углерода связана с тем, что не имеет цвета и запаха, т.е. этот газ нельзя обнаружить визуально или органолептически, а только при помощи специальных газоанализаторов.
Полнота обезвреживания оксида углерода при сжигании отдувочного газа в печи парового реформинга будет достигнута лишь в случае обеспечения полноты сгорания топливной смеси отдувочный газ – топливный газ. Полнота сгорания топлива, как и другие показатели эффективного сжигания смеси газов проверяются в процессе выполнения режимно-наладочных испытаний и последующего выполнения операторами показателей режимной карты, разработанной в процессе этих испытаний. Режимно-наладочные испытания выполняются специализированной организацией. Обработка результатов испытаний проводится с использованием методики профессора М,Б.Равича [5, 6]. Однако расчетные таблицы разработаны применительно к традиционным видам топлива. Для испытания эффективности сжигания предложенных топливных смесей необходимо дополнение методики М.Б. Равича. В настоящее время разрабатываются необходимые таблицы для различных соотношений отдувочный газ-топливный газ, что позволит создать режимные карты для вариантов совместного сжигания сбросных газов и основного вида топлива.
Таким образом, проведенными исследованиями доказана возможность термического обезвреживания сбросных газов нефтехимического производства с использованием энергетического потенциала отходов для получения тепловой энергии. Тем самым достигается повышение энергетической и экологической эффективности технологического процесса производства водорода на предприятии ОАО «ЛУКОЙЛ-Нижегороднефтеоргсинтез».
Библиографическая ссылка
Лебедева Е.А., Зимняков П.С. ПРОБЛЕМЫ СЖИГАНИЯ СМЕСИ ТОПЛИВНОГО И ОТДУВОЧНОГО ГАЗОВ // Современные наукоемкие технологии. – 2013. – № 8-2. – С. 307-309;URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=32309 (дата обращения: 03.01.2025).