Промышленные технологии топливно-энергетического комплекса. Виды органических топлив и их характеристика
Природным топливам органического происхождения относятся торф, уголь, нефть и газ (ископаемое топливо, т.к. это конечные продукты физико-химических превращений окаменевших остатков растений). Все эти топлива можно получать друг из друга, изменяя соотношения водорода и углерода.
Торф это продукт отмирания и неполного остатка болотных растений под воздействием грибков и бактерий в условиях избыточного увлажнения и недостаточного доступа воздуха.
27.03.12
Сорт определяется качеством угля.
Продукты нефти
Нефть является природной смесью углеводорода, которая при обычном давлении находится в жидком состоянии.
Однако, в нефти содержатся летучие углеводороды, которые с течением времени испаряются и образуют газообразные скопления(шапки) в верхней части залежей. При переработке получают лигроин, смазочные масла, кокс и т.д.
Нефтяной кокс – твёрдая компонента, которая остается после перегонки нефти. Эта твердая масса содержит от 5 до 20% летучих веществ, от 80 до 90% связанного углерода и около 1% золы.
Основное практическое применение: угольные электроды для металлургической промышлености, также используют в качестве добавок в различные красители, из него делают гудрон, топливо.
Мазут представляет собой смесь тяжелых углеводородов, которые остаются в самом низу колон, над коксом, наряду с каменным углем используется в качестве топлива, как в коммунальной промышленности, судоходства и др.
Природный газ – является смесью углеводорода, состоящего главным образом из метанового газа. Иногда + этан. Природный газ содержит целый ряд добавок: азот, двуокись углерода, сероводород. Различают 2 вида природных горючих газов: сухие и влажные. Они различаются по содержанию. Сухие состоят из метана, иногда содержат метан и пропан, однако, не содержат более тяжелых углеводородов, которые могут конденсироваться при сжатии, поэтому остаются в газообразном состоянии. Влажные содержат большие количества природного газолина, а также бутана и пропана. При сжатии конденсируются и сжимаются в жидкость. Влажные природные газы, з них состоят газоконденсаты, которые извлекаются из влажного газа или из нефти, продуктов углеводорода. Газоконденсаты состоят из бутана и пропана и именно их транспортируют в жидком состоянии в автоцистернах, жд и т.д..
Технологии добычи и первичной обработки.
Торф – самый высокорентабельный и перспективный вид бизнеса в мире! Рентабельность производства колеблется от 30% до 40 % годовых.
В настоящее время используют торф, добыча которого осуществляется не далеко от нашего города. Технология переработки развивается в 2х направлениях:
Выделение из торфа отдельных составляющих – битумов, гуминовых кислот, углеводов. Эти компоненты извлекаются при не значительных изменениях исходного вещества.
Глубокое разложение торфа с его превращением в совершенно новые вещества. Это продукты термической и окислительной деструкции, гидрирования и т.д.
Существуют различные свойства торфа. На поверхности торф свежий, слаборазложившийся. Содержание углеводов достигает 40 – 50%, он обладает высокой водо и газопоглотительной способностью и низким коэффициентом теплопроводности
Сильно разложившийся торф богат битумами и гуминовыми кислотами. Именно его используют в сельхоз в качестве основного сырья для приготовления компостов.
Смесь торфа с минеральными солями и известью – компост.
Использование торфа как топлива обусловлено его составом, большим содержанием углерода, малым содержанием серы и низким количеством примесей. Основной недостаток – трудности сжигания из-за высокого содержания влаги (до 65%).
Основные плюсы использования как топлива:
Низкая себестоимость производства
Экологическая чистота сгорания, малая доля серы
Полное горение
Появившиеся новые технологии сжигания
В качестве топлива применяется в 3х видах.
При добыче избавляются от воды путем сжимания уже на месторождении до 25-35%. В зависимости от оборудования используют 3 вида переработки:
Измельчают фрезами (брикеты загружают в реакторы и происходит механическое измельчение и эту россыпь сжигают во вешаном состоянии). КПД= КПД сжиганию природного газа
Кусковой торф в малой степени прессования. Брикеты поступают на теплоэнергоцентрали и сжигаются без дополнительной переработки
Брикеты, с места добычи поступают на дальнейшее прессование. Высококалорийный продукт большой степени прессования. Влаги в нем порядка 5%, сопоставимо с каменными углями.
Запасы торфа на территории Свердловской области оцениваются на уровне 7 млрд. 678 млн. тонн. Сухой торф – порядка 2х млрд.
Каменный уголь
Существует два способа:
Открытым способом – роторными эскалаторами (большой круг с ковшами, рисунок)
Подземным способом – сооружается вертикальная шахта или горизонтальная штольня на склоне горы, ведущая к залежам каменного узла. Извлекается с помощью взрыва или с помощью механических рыхлителей.
Выбор способа зависит от расположения угольного пласта относительно поверхности. Если глубина залегания не более 100 метров, то его добыча ведется открытым способом. Все остальное подземным способом. В мире уголь могут добывать и со дна морского (Чили, Япония, Великобритания, Канада).
Способы обогащения угля (на месторождении)
Сортировка по крупности (на углеобогатительной фабрике). Добытый уголь – рядовой подвергается грохочению, просеву через виброгрохоты (большие сито разной ячеистости). Затем этот уголь поступает на дальнейшее обогащение.
Классификация основных видов угля по крупности (Битоминозный)
А) Не габарит (диаметр 12 см и более)
Б) Яйцо (от 4х до 11 см)
В) Орешек (от 2х до 4х см)
Г) Горох (от 1 до 2х)
Д) Мелочь (меньше)
Антроцит
А) печной (от 2 до 6)
Б) горох (от 1 до 2)
В) Зерно (от 0,5 – 1)
Г) Рис (0,2 до 0,4)
Д) Пыль (менее)
Мокрое обогащение – основано на различии в плотности чистого угля (1,4 грамма на см3) и примесей (2 гр. см2)
В отсадочных машинах происходит процесс интенсивного перемешивания воды и туда же добавляется уголь. Уголь поступает противотоком.
Кроме отсадочных машин существует другое обогащение – концентрационный стол представляет собой гофрированную наклонную плоскость, которая совершает быстрые поступательные движения. Поверх течет поток воды, который несет уголь малой крупности (0,6 см и менее). Чистый уголь легко преодолевает выступы гофра и отделяется от пустой породы и примеси скатываются на гофрированные скаты. Возвратно поступательные движения также служат для облегчения сбора примесей в конце стола. Существуют различные варианты концентрационных столов, которые также могут извлечь пирит, кальцит и др. полезные примеси.
Он используется для обогащения мелкого угля – пенная флотация. Частицы угля обрабатываются гидрофобным флотационным реагентом, захватываются воздушными пузырьками пены и всплывают с ними на поверхность, а пустая порода оседает на дне.
Отделение от воды осуществляется грохочением крупного угля, вода с крупным углем проходи через грохоты и уголь оседает на этих ситах. Средняя крупность – через центруфги, фильтрование или сушкой – мелкого.
Использование угля.
В прошлом в основном для отопления
Сейчас используется в первую очередь для производства электроэнергии, а также для производства кокса в сталелитейной промышленности. Из летучих веществ, выделяющихся из угля при производстве кокса, получают каменноугольный деготь, легкие масла, химикаты и газ.
Эти компоненты служат основой для изготовления лекарств, консервантов, красителей, растворителей, красок, нейлона, чернил, взрывчатых веществ, удобрений и пестицидов.
Нефть
Из сырой нефти различными физико-химическими методами производится более 3000 видов продукции. Основные – горючие газы, бензин, лигроин, растворители, керосин, газойль, широкий состав смазочных масел, мазут, битум, парафин, вазелин, медицинские масла (которые используются как основа для мази и крема), взрывчатые вещества, медикаменты, чистящие средства, пластмассы.
Добыча нефти и режим эксплуатация залежей.
В верхней части залежей находится газ.
Ниже лежит нефть. А она подстилается снизу водой.
В месторождениях всегда остается чуть чуть нефти на одну треть окончания выработки.
Выкачка нефти
Создается избыточное водяное давление, существует уже очень давно.
Кроме заводнённых технологий используются другие:
В пласт заканчивается горячий газ, а в саму нефть закачивается горячий пар и содержащихся в этом паре реагентов, снижается вязкость нефти и поднимается по трубам на поверхность нефть.
В Башкирии и Татарстане стоят именно выкачивалки.
Транспортировка нефти, продуктов её осуществляется по трубопроводам и в жд цистернах. Также перевозка на судах.
Использование тонкостенных, цельно стенных, бесшовных уплотненных труб. Введение компьютерного контроля не только на перекачивающих станциях, но и в самих нефтепроводах.
Перекачивающие станции
Первичная переработка нефти
Нефтеперерабатывающие заводы.
Сырье доставляется по трубопроводам, жд транспортам или судоходно.
На 1м этапе удаляют механические примеси, растворенные газы, соли, удаляют воду. Происходит это на электрообессоливающих установках.
На этом же этапе определяют состав нефти и её свойства. Нефть состоит из сотен химических соединений. В лабораторных условиях на модели ректификационной колонны, агрегат, в котором происходит выделение из неё полезных веществ, проводят её первичную перегонку. Для того чтобы нефть из каждого месторождения была одинакова, так как в различных месторождениях нефть не одинакова. Прогоняют и получают конкретное число полезных продуктов.
После этого начинают промышленную перегонку. В ней нефть разделяется на субстанции, температура кипения которых отличается менее чем на 6 градусов Цельсия. Процесс разложения более тяжелых сырых фракций нефти при нагреве выше определенной температуры.
Нефть нагревается до температуры 320 – 390 градусов через змеевик. Поступает в ратификационную колонну (см. в инете)
Легроин – (нафта) температура кипения 105 – 106 градусов
Бензин от 30 до 160 градусов
Бензин и нафту подвергают каталитическому реформингу. Процесс преобразования линейных и не циклических углеводов в бензол подобные ароматические молекулы. Цепочки превращаются в кольца.
Рис. 1. Технологическая схема установки АВТ:
1 — трубчатая печь подогрева нефти, 2 — сепаратор газа, 3 — ректификационная колонна атмосферного давления, 4 — теплообменники-конденсаторы, 5 — холодильники, 6, 7 — отпарные колонны, 8 — трубчатая печь подогрева мазута, 9 — вакуумная ректификационная колонна. I — бензин, II —лигроин, III — керосин, IV — дизельное топливо, V — газойль, VI — мазут, VII — пар, VIII — веретенное масло, IX — машинное масло, X — легкое цилиндровое масло, XI — тяжелое цилиндровое масло, XII — гудрон, XIII — газы
http://xreferat.ru/108/1509-1-sintez-i-analiz-hts-v-proizvodstve-benzina.html
Ароматические углеводороды имеют более высокое октановое число, чем другие углеводороды и именно из них производится высокооктановый бензин. Реформинг проводят при температуре 320 градусов и давление 15 - 40 атмосфер в присутствии платиновых катализаторов. В результате бензин с высоким октановым числом. Кроме бензина получают бензол, колуол, ксилол и другие – сырье для нефтехимической промышленности. Кроме того в процессе реформинга выделяется водород, который используется в процессах гидроочистки. На гидроочистку отправляют керосин и Газоид – более тяжелые фракции, чтобы в водородной среде с использованием катализаторов серу углерод металлы и другие примеси. После гидроочистки керосин используют по назначению, различают авиационный, тракторный и осветительный керосин. Газоид отправляют либо на смешивание, чтобы получить дизельное топливо (солярку), либо на каталитический кретинг, то есть на вторичную перегонку.
Мазут применяют как жидкое котельное топливо или направляют на вакуумную перегонку при температуре около 400 градусов и в результате получают тяжелый осадок – гудрон (продувка горячим воздух – битум – асфальт, также мягкая кровля), полуфабрикаты, которые перерабатывают в моторное топливо, масла, парафины.
Из остатков перегонок производят кокс. Нефть полностью расходуется.
Выход светлых нефтепродуктов – бензина и реактивного топлива составляют до 40%. На сегодняшний ставится задача увеличить до 60%.
Применение установок каталитического бретинга, гидробретнга и вис – брекинга, а также процессов гидрообессеривания, коксования и термического брекинга позволяют получать свыше 90% светлых нефтепродуктов.
Бензин – самый важный продукт перегонки нефти. Из нефти производится до 50% бензина. Эта величина включает природный бензин, бензин брекинг процесса, сжиженные нефтяные газы и все продукты используемые в качестве моторных топлив.
Промышленный бензин представляет собой смесь углеводорода в интервале температуры кипения от 30 градусов до 200 градусов.
Ряд составляющих бензин углеводородов в зависимости от октанового числа.
От 30 градусов до 200.Октановое число снижается слева направо.
Классификация бензинов.
Бензины классифицируются по разным классификациям бензина
По температуре кипения
От 30 до 200 градусов. Есть понятие 50% точка. Температура, при которой кипит половина смеси и которая определяет состав смеси во время прогрева двигателя, частично и при разгоне ТС. Для бензина 50% точка –от 98 до 104 градусов Целься. Для двигателей внутреннего сгорания и бензиновых двигателей существует 90% точка кипения, которая определяет время прогрева двигателей и эффективность использования топлива.
По октановому числу
Октановое число наиболее важная характеристика бензина. Определяется в одноцилиндровой установки. Нулевое октановое число принято для нормального гептана. В нормальном – 8 атомов углерода, он детонирует лучше всех. Изооктан – 100, при нормальных условиях он не детонирует.
Сравнительный анализ бензин со смесью изооктана и гептана, когда происходит детонация. Определяют октановое число бензина - %ное содержание изооктана в этой смеси гептана и изооктана, детонационные свойства которой аналогичны бензину. Все бензины содержат присадки: ингибиторы смолообразования и краситель.
Этилированный бензин – бензин с добавкой тетраэтилсвинца. Эта добавка повышает октановое число, однако этот этилированный бензин экологически не безопасен.
Керосин также является топливом, в том числе моторным. Первоначально керосин использовался только для освещения. Теперь как топливо, прежде всего в пекарнях, в животноводческих фирмах, как компонент природного топлива в авиации.
Реактивные топлива – состоят из бензина прямой перегонки, также они могут быть керосиновые или нафтеновые.
Мазут – топливо на теплоэлектроцентралях и судах.
Парафин и парафиновые воски – защитные покрытия для металлических конструкций. Электротехническая промышленность при производстве изоляторов, кабелей.
Глицерин, вазелин – тяжелые составляющие нефти. Практическое использование в медицине и техники.
Тяжелые фракции крекинг газов – содержится до 50% полифенола (этилен, пропилен, бутилены).
НЕФТЬ ПЕРЕГОНЯЕТСЯ ПОЛНОСТЬЮ БЕЗ ОТХОДОВ. Но воздействие на окружающую среду, в следствие испарения очень серьезное.