|
СНИЖЕНИЕ ВЫБРОСОВ ОКИСЛОВ СЕРЫ И АЗОТА ОБЕССЕРИВАНИЕ ТОПЛИВА НА НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ЗАВОДАХ При перегонке нефти на нефтеперерабатывающих заводах в легкие фракции переходит небольшое количество серы, а подавляющая часть сернистых соединений (70—90%) концентрируется в высококипящих фракциях и остаточных продуктах, входящих в состав мазута. Удаление серы из нефтяных топлив можно осуществить посредством гидроочистки. В этом процессе происходит взаимодействие водорода с сероорганическими соединениями и образуется сероводород Н 2S, который улавливается и может использоваться для получения серы и ее соединений. Процесс протекает при температуре 300 — 400 °С и давлении до 10 МПа в присутствии катализаторов — окислов молибдена, кобальта и никеля.Гидроочистка дистиллятных фракций в настоящее время достаточно хорошо разработана и экономически эффективна. Процесс гидроочистки остаточных нефтепродуктов осложнен тем, что присутствующие в них металлоорганические соединения отравляют дорогостоящие катализаторы и уменьшают длительность кампании очистительной аппаратуры в связи с необходимостью частой замены катализатора. К тому же при очистке остаточных продуктов резко возрастает расход водорода. Количество водорода, получаемого как побочный продукт при нефтепереработке, становится недостаточным, и возникает необходимость в сооружении специальных весьма дорогих установок для его генерации. Все это ведет к существенному удорожанию процесса обессеривания. Обессеривание топлива на нефтеперерабатывающих заводах связано с большими капитальными затратами — примерно З 00 руб/т на каждые 0,5% снижения содержания серы. Глубокое обессеривание котельного топлива (с 2,5 до 0,5%) приводит к удвоению его стоимости и поэтому может оказаться целесообразным только в случаях, когда это особенно необходимо (например, для ТЭЦ отдельных крупных городов при высокой фоновой загазованности) .
ПЕРЕРАБОТКА СЕРНИСТЫХ ТОПЛИВ ПЕРЕД СЖИГАНИЕМ НА ТЭССнижение сернистости сжигаемого топлива можно осуществить, подвергая его воздействию высоких температур с использованием окислителей (газификация) или без них (пиролиз) [4].Процесс газификации осуществляется при температурах 900 — 1300 °С и ограниченном доступе кислорода и может быть описан в общем виде следующей реакцией: C nHm + n2/2 O2 = Cn1Hm2 + n2 CO + m1/2 H2,где m1 + m2 = m, n1 + n2 = n
В результате этой реакции образуется газ, горючими компонентами которого являются метан и его гомологи, окись углерода и водород. Из серы топлива при этом образуется сероводород — более активное вещество, чем SО2, который может быть удален до поступления горючего газа в топку котла. При паровоздушном дутье получается газ с весьма малой теплотой сгорания — около 4,5 МДж/'м3; применяя парокислородное дутье, можно повысить теплоту сгорания до 12 МДж/м3.Во Всесоюзном научно-исследовательском институте нефтяной промышленности (ВНИИНП) была осуществлена установка для газификации мазута под давлением 0,5—2 МПа на парокислородном дутье (рис. 1, а). При этом образуется высококалорийный газ, содержащий около 90% водорода и окиси углерода. При температуре газификации 1100—1300 °С расход пара составляет 0,4 кг, а кислорода — 0,75 кг на 1 кг мазута. Выходящий из газогенератора газ промывается водой в скруббере и сажеотделителе. Сажа отделяется от охлаждающей воды в отстойнике, и вода используется повторно для орошения газа.
Рис.1,а. Схема установки для газификации мазута. Установка ВНИИНП. 1 — насос; 2 — подогреватель; 3 —ресивер; 4 —форсунка; 5 — газогенератор; б — сажеотделитель; 7 — скруббер; 8 — отстойник; 9 — насос.
Институтом высоких температур АН СССР совместно с ВНИИНП была разработана установка для газификации на воздушном дутье (рис. 1,б). Воздух из компрессора с параметрами 0,8 МПа и 300 °С в количестве 40% теоретического (необходимого для горения) поступает в реактор-газификатор, куда также поступает мазут. Из реактора продукты газификации поступают в котел-утилизатор, где теплота передается котловой воде, а продукты охлаждаются до 500—550 °С; дополнительное охлаждение их происходит в газо-газовом теплообменнике, где нагревается очищенный газ. Охлажденный газ очищается от золы и сажи, а также от сероводорода. Далее подогретый в газо-газовом теплообменнике очищенный газ с давлением 0,45 МПа поступает в газовую турбину, приводящую во вращение компрессор для сжатия воздуха, где он расширяется до атмосферного давления и подводится к горелкам котла. В установке используется мокрая система очистки от золы и сажи с замкнутой циркуляцией воды; часть воды из золоуловителей осветляется и возвращается в цикл. Твердые фракции, выведенные из осветленной воды, подаются на повторную газификацию и частично сбрасываются с продувкой. Зола мазута, содержащаяся в продувке, богата ванадием и может использоваться как сырье для его получения. Очистка газа от H2S осуществляется одним из известных способов, например с помощью метаноламина. Калорийность газа оказывается низкой (около 4 МДж/м3), что не является препятствием для его использования на ГЭС.
Рис.1,б. Схема установки для газификации мазута. Установка ИВТ АН СССР. 1 — компрессор; 2 — реактор-газификатор; 3 — котел-утилизатор; 4 — газо-газовый теплообменник; 5 — мокрая очистка от сажи и золы; 6 — осветитель промывочной воды; 7 — насос циркуляции промывочной воды; 8 — система очистки от сероводорода; 9 — газовая турбина; 10 — котел; 11 — барабан котла; 12 — насос рециркуляции котловой воды.
Потери теплоты в установке составляют около 7% теплоты исходного топлива. Около 70% теплоты исходного топлива превращаются в химическую энергию продуктов газификации, а 23% выделяются в виде теплоты, полезно воспринимаемой в котле-утилизаторе, и физической теплоты газа, вносимого в котел. Получающиеся при газификации сера и ванадий частично компенсируют затраты на переработку топлива. При комплексном энерготехнологическом использовании топлива, когда возникает задача получения из топлива химического сырья и чистого энергетического топлива, для термического разложения мазута может использоваться высокотемпературный пиролиз с последующей газификацией твердого продукта (нефтяного кокса). Пиролиз мазута происходит при его нагревании до температуры 700—1000 °С без доступа окислителя. Пиролиз мазута по методу ЭНИН осуществляется путем непосредственного контакта распыленного мазута с теплоносителем, находящимся как в неподвижном, так и в движущемся состоянии. В качестве теплоносителя используются твердые вещества в мелкозернистом и пылевидном состоянии (кварцит, нефтяной кокс), а также водяной пар. Размер зерен твердого теплоносителя варьируется в пределах от 3—5 мм в случае неподвижного слоя и до 100 мкм в случае циркулирующего теплоносителя. При высокоскоростном пиролизе мазут нагревается при контакте с теплоносителем за 0.02—0,40 с до 760—920 °С. Образующийся горючий газ очищается от сернистых соединений и других нежелательных примесей и используется в качестве чистого энергетического топлива. Жидкие конденсирующиеся смолопродукты разделяются при охлаждении на легкие и тяжелые фракции. Легкие фракции (бензол и др.) используются в качестве химического сырья, а тяжелые подвергаются повторному пиролизу. Образовавшийся кокс газифицируется в присутствии водяного пара. Образовавшийся водяной газ с теплотой сгорания 11,7 МДж/м3 после сероочистки используется в качестве чистого энергетического топлива. В МЭИ для пиролиза мазута, сырой нефти и тяжелых нефтяных остатков разработан способ с использованием жидкого теплоносителя — расплавов олова, свинца, цинка, шлака, NaCl, Na2СО3 и др. Литература. Очистка дымовых газов / продуктов сгорания и переработки сернистых топлив |
