книги из ГПНТБ / Варанкин, Ю. В. Газовое хозяйство заводов учеб. пособие

б) хранение и использование сжиженного газа не должно встречать затруднении в интервале температур от —40 до +40°С;

в) давление в сосудах с сжиженным газом (по усло­ виям прочности) не должно превышать 1600 кПа (16 кгс/см2).

Лучше всего этим требованиям удовлетворяет пропаи (см. табл. 5.3). При давлении 1600 кПа он находится в жидком состоянии даже при 40—50°С, испаряется же он при выходе в атмосферу при температуре ниже —40°С.

Для сжижения бутана при температуре -+4 0 оС тре­ буется меньшее давление, чем для пропана. Однако бутаны в чистом виде могут использоваться в качестве сжиженных газов только при положительных наружных температурах, так как ниже —10°С при обычных атмо­ сферных условиях жидкий бутан не будет при выходе из баллона нормально превращаться в газ.

Летом бутам добавляют к пропану для того, чтобы понизить давление смеси в сосудах (в баллонах). Для центральных и южных районов СССР в «летнем» сжи­ женном газе содержание бутанов доводят до 80%, а в «зимнем» обычно ограничиваются 20—30%.

Необходимо отметить, что сжиженный газ, поступаю­ щий с НПЗ, имеет в своем составе, помимо пропана и бутана, еще и другие углеводороды (преимущественно непредельные). Это повышает упругость паров смеси, что нежелательно.

100

Наличия примесей других углеводородов трудно из­ бежать при производстве сжиженных газов в схемах пе­ реработки нефти и ее продуктов на НПЗ, где сжиженный газ получают как побочный продукт для собственного потребления (в качестве топлива), а часто и как товар­ ный продукт, отпускаемый посторонним потребителям.

Наиболее чистым является сжиженный газ, произво­ димый на базе пропановых и бутановых фракций, из­ влекаемых из попутных нефтяных и конденсатных газов. Современные газофракционирующие установки, соору­ жаемые вблизи промыслов, обеспечивают получение из таких газов тяжелых углеводородов с чистотой 98%• Ос­ новное количество производящихся в стране товарных сжиженных горючих газов изготавливается именно на основе переработки этих естественных газов.

В попутных нефтяных газах имеется обычно до 25.% пропанбутаиовых фракций. Извлечение их необходимо, чтобы из этих газов получить стабильный бензин. Осуществляется это разными метода­ ми: Чіігстокомпрессорным, когда конденсирующиеся фракции газа выделяются сжатием и последующим охлаждением; сорбционным, когда определенные углеводороды извлекаются жидкими или твер­ дыми сорбентами; наконец, методом низкотемпературной ректифи­ кации, т. е. разгонкой газа на фракции при глубоком охлаждении и повышенном давлении.

На газобеизиновых заводах часто применяются комбинирован­ ные схемы. На рис. 5.7 упрощенно показана одна нз распространен­ ных схем производства пропана и бутана па таком заводе.

Попутный газ с нефтепромыслов подается в сепаратор 1 под давлением около 150 кПа. После сжатия компрессором 2 до 4200 кПа I! охлаждения в холодильнике 3 газ подается в сепаратор 4. Отде­ лившийся в сепараторах 1 и 4 конденсат (нестабильный бензин) Собирается в сборнике 5 и потом самотеком идет на переработку через колонну 17.

Газовая фаза из сепаратора 4 проходит в абсорбере 6 одновре­ менно очистку (от ОСЬ) и осушку. В сепараторе 7 отделяются уне­ сенные брызги этого раствора, а окончательная осушка газа произ­ водится в осушителе 8 силикагелем.

в циклоне 9 газ очищается от механических примесей, вновь охлаждается в холодильнике-конденсаторе 10 и поступает в сепара­ тор II, нз верхней части которого выдается сухой отбензиненный газ, а из нижней — в виде конденсата нестабильный бензин. В де­

101

со

со

О

и

О

5

н

•&

GJ

X

о

о

Xн

>>

п

о

с

со

СО

X

со

о

а.

к

X

а>

е( ja

а

со

а>

О

о

а

102

зіш, собранный в сборнике 5. Предварительно он проходит через абсорбционно-отпарную колонну 17, где от него частично отпарива­ ются отдельные фракции углеводородов и отделяется сухой отбен­ зиненный газ.

Сверху пропановой колонны 14 отбирается товарный пропан, а выходящий снизу бензин с бутаиами направляется через подогре­ ватель-испаритель 15 в стабилизатор 16.

Пары пропана и бутанов проходят под давлением через холо­ дильники-конденсаторы (на схеме не показаны), после которых часть этих газов в жидком виде подается на орошение соответствующих колонн. Жидкий пропан как конечный продукт отбирается в емко­ сти, а бутан обычно поступает еще на одну, так называемую бута­ новую колонну (иа схеме не показанную), где разделяется на н-бутан и н-бутан. Оба они после охлаждения и конденсации также представляют конечную товарную продукцию завода.

Сжиженный газ весьма удобен. Одна тонна его при давлении 1800 кПа занимает в жидком виде объем при­ мерно 1,9 м3. При регазификации (испарении) объем увеличивается в 250 раз, т. е. в 1 т сжиженного газа как бы находится почти 500 нм3. Поэтому транспорт сжи­ женного газа экономически весьма эффективен. Осуще­ ствляться он может и по трубопроводам, и в железно­ дорожных цистернах, и в автоцистернах, водным транс­ портом и в баллонах.

За рубежом эксплуатируется значительное число ма­ гистральных трубопроводов (продуктопроводов) жидко­ го газа. Несколько таких магистральных продуктопрово­ дов и значительное число трубопроводов малой протя­ женности заводского значения имеются и в СССР.

Продуктопроводы прокладываются в земле, и поскольку сжиженный газ, состоящий из пропана и бутана, тяже­ лее воздуха и, следовательно, возможны его скопления в грунте из-за утечек через неплотности, требования к со­ оружению и эксплуатации трубопроводов весьма высо­ кие.

Основным видом дальнего транспорта сжиженного газа в ' СССР сейчас являются железнодорожные его перевозки в специальных цистернах. Сжиженные газы перевозятся и раздельно (пропан, бутан) и в виде газо­ вых смесей. В зависимости от этого емкости цистерн и параметры заполняющего их газа несколько различны. Они всегда указываются снаружи на цистернах.

Однобарабанные цистерны для бутана, например, имеют объем 54 м3 (наполнение — 46 м3). Наибольшее допускаемое рабочее давление 800 кПа (8 кгс/см2).1

1 Пока давление это стандартизировано в кгс/см2.

103

Для смесей сжиженного газа изготавливаются цистерны, состоя­ щие из нескольких больших горизонтальных баллонов общей ем­

5.8 м3 (АІДЖГ-5,8) и 12м3 (АЦЖГ-12-200іВ). Заполнение цистерн соответственно 2,4; 3,5 и 7,3 т газа. Максимальное рабочее давление в них 1800 кПа (18 кгс/см2).

Баллоны, перевозимые на автомашинах, изготавливаются в боль­ шом ассортименте. Обычно их емкость 27, 55, 80 л. Рабочее давление для бутановых баллонов 700, для пропановых — 1800 кПа. Макси­ мальное расчетное давление баллона, предназначенного для смеси сжиженных газов, 1600 кПа.

Водным транспортом сжиженный газ перевозится в специальных постоянно установленных пли съемных ем­ костях.

Хранится сжиженный газ в надземных или подзем­ ных резервуарах на газонаполнительных, газораздаточ­ ных станциях (ГРС), которые могут быть-кустовыми или отдельными для про.мпредприятпя. Емкость резервуаров обычно бывает 25—50 м3, но доходит и до 200 м2. Со­ гласно имеющимся правилам, на таких станциях должен создаваться 10—15-суточный запас, но не более 8000 м3.

Возможно хранение сжиженных газов и в специально построенных подземных хранилищах, сооружаемых в горных выработках пли в соляных пластах. За рубежом существуют такие хранилища емкостью до 50 000 м3. Газ находится здесь на глубине 100—200 м под давлением

тыс. т газа. Сжиженные газы поступают на ГРС уже одоризированными. Задачами газораздаточных станций являются: прием от поставщика газа и слив его в свои емкости; хранение этого газа; разлив таза в баллоны и в автоцистерны. Кроме того, в функции персонала ГРС входят осмотр и ремонт пустых баллонов, слив из них и из автоцистерн остатков газа и некоторые другие обя­ занности (отдельные ГРС выполняют функции регазифи­ кации сжиженного газа и подачи его уже в тазовой фазе в городскую или в заводскую сеть).

Для осуществления всех этих задач обычно на ГРС имеются компрессорные и насосные установки. Первые служат для обеспечения слива сжиженного таза из же­ лезнодорожных цистерн (или емкостей водного транс­

104

порта) в свои резервуары и перемещения его из одной емкости в другую. Все это производится методом выдав­ ливания. Насосы на ГРС предназначаются для забора сжиженного газа из резервуаров и подачи его в разда­ точные линии для заполнения 'баллонов и автоцистерн.

Принципиальная схема такой ГРС изображена на рис. 5.8. При переливе сжиженного газа из железнодо­ рожной цистерны 1 в резервуары ГРС компрессоры 3

Рис. 5.8. Схема газораздаточной станции сжиженного газа.

забирают газ из верхней части резервуара 2, куда над­ лежит слить жидкость, и под давлением 1500 кПа пода­ ют в верхнюю часть прибывшей железнодорожной ци­ стерны 1, устанавливаемой на эстакаде (как правило, выше резервуаров ГРС)-.

Давление в резервуарах ГРС за счет работы ком­ прессора понижается, а в железнодорожных цистернах повышается.

Насосы 4 (специальной конструкции) через фильтр 5 забирают сжиженный газ из резервуаров ГРС под дав­ лением, которое там имеется, и подают его в линии авто­ матического разлива газа в баллоны. Они подают также сжиженный газ на регазификационные установки, если они имеются.

На промышленных предприятиях, использующих сжи­ женный газ в значительных количествах, целесообразно иметь свои регазифицирующие установки. Парообразо­ вание осуществляется в этих установках с помощью под­ вода тепла (за счет пара, горячей воды или электрона­ грева). Испарение сжиженного газа в сущности происхо­

105

Гл а в а 6. ПОЛУЧЕНИЕ ГАЗОВ ПУТЕМ КОМПЛЕКСНОГО ЭНЕРГОГАЗОХИМИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ ТОПЛИВА

§6.1. Преимущества получения горючих газов путем комплексного использования ископаемого топлива

Для осуществления высокотемпературных технологи­ ческих процессов в-таких важнейших отраслях народно­ го хозяйства, как металлургия, промышленность строи­ тельных материалов, химическая промышленность и нефтепереработка, требуется применять высококачест­ венное топливо — природный газ или высококалорийные искусственные газы.

Разрабатываемые в настоящее время новые методы производства электроэнергии на основе использования парогазовых установок, МГД-генераторов или топлив­ ных элементов также ориентируются на применение га­ зообразного топлива. Поэтому потребление газа во всех отраслях народного хозяйства будет непрерывно возра­ стать. Для удовлетворения возрастающей потребности в этом топливе необходимо не только развивать добычу природного и попутного газов, но и создавать экономи­ чески целесообразные, высокопроизводительные методы получения искусственных газов на основе переработки разнообразных видов ископаемого топлива.

В гл. 3—5 описаны два принципиально различных метода получения горючих газов из твердого и жидкого топлива: безостаточная газификация горючей массы топ­ лива на воздушном, паровоздушном пли парокислород­ ном дутье с преимущественным образованием низкомо­ лекулярных газообразных соединений и термическая деструкция органического вещества топлива в нейтраль­ ной или слабокислой среде с образованием при этом га­ зообразных соединений, жидких продуктов и коксового остатка, включающего высокомолекулярные соединения

107

углерода іі преобразованные минеральные соединения походного топлива.

Основная цель газификации — получение энергетиче­ ского газа, т. е. трансформация исходного топлива в со­ стояние, обеспечивающее более широкую область приме­ нения. В отличие от безостаточной газификации терми­ ческая деструкция различных видов твердого тоилива и тяжелых жидких остатков (смол и мазута) позволяет получать не только облагороженное топливо, но и неко­ торые ценные продукты нетопливного назначения, напри­ мер непредельные углеводороды, бензол, нафталин и фе­ нолы. Следует отметить, что газ пиролиза твердого и жидкого топлива содержит значительно меньше балласт­ ных компонентов, чем генераторные газы, и характери­ зуется более высокой теплотой сгорания. Основы высоко­ температурной термохимической переработки коксую­ щихся углей и некоторых сланцев изложены в гл. 3.

Более эффективное использование химического и энергетического потенциалов ископаемого топлива обес­ печивается путем промышленного осуществления комп­ лексных энерготехнологическпх установок, в которых ис­ ходное топливо выполняет функции сырья и источника энергии. Головным процессом таких энерготехнолотче­ ских установок является термическая деструкция исход­ ного топлива в нейтральной или реакционноспособной среде, в результате которой получается смесь более про­ стых компонентов топливного и технологического назна­ чения. Процессы пирогенетического синтеза, завершаю­ щие термохимическое преобразование исходного органи­ ческого вещества, весьма сложны. Состав и выход про­ дуктов зависят от свойств исходного топлива (от хими­ ческой природы и стадии углеобразовательного процес­ са), способа нагрева и конечной температуры, времени пребывания продуктов деструкции в высокотемператур­ ной зоне установки.

К наиболее перспективным видам топлива для ком­ бинированного энергогазохимического применения отно­ сятся торф, лигниты, бурые угли, каменные угли марок «Г» и «Д», а также горючие сланцы.

На рис. 6.1 изображена принципиальная компоновка устройств для энергогазохимической переработки на­ званных видов топлива [45]. Как видно из рисунка, ра­ бочее топливо в подсушенном состоянии поступает в уст­

108

ройство для термической переработки (сухой перегон­ ки). Образующиеся в этом звене комплексной схемы ле­ тучие продукты далее направляются в пиролизер и под­ вергаются высокоскоростному пиролизу при /= 700 — 800°С, что способствует более полному превращению их

Рециркуляция тяжелого

Рис. 6.1. Принципиальная схема комплексного энергогазохп.мнческого применения твердого топлива.

в горючие газы, бензольные углеводороды, смолу с вы­ соким содержанием низкокипящих фенолов. В системе конденсации и улавливания выделяются смола и газовый бензин, используемые для извлечения индивидуальных соединений (бензол, толуол, ксилолы, фенолы, нафталин и др.).

Газ, состоящий из окислов углерода, водорода, пре­ дельных и непредельных углеводородов, может приме­ няться как высококачественное топливо. Высококилящие фракции смолы из отделения конденсации и переработки возвращаются в устройство для высокоскоростного пи­ ролиза, что увеличивает выход низкомолекулярных сое­ динений (горючих газов и бензола).

Твердый остаток из устройства термической перера­ ботки может в горячем состоянии подаваться в топку парогенератора для сжигания или частично перераба­ тываться в транспортабельное топливо, например брике­ тироваться.

Применительно к конкретным видам топлива техно­ логическая схема энергогазохимическогоприменения

109