23.2 Комбинирование химико-технологического и ядерного процессов

Альтернативным нефтехимическому сырью является синтез-газ, получаемый в процессе газификации угля по сильноэндотермической реакции:

С+Н₂О=СО+Н₂.

Тепло для этой реакции получают от экзотермической реакции сгорания угля, чередуя, воздушное и паровое дутье в газогенератор.

Одним из наиболее экономичных путей получения синтез-газа является использование тепла от охлаждения ядерного реактора (рис.7.6). В этом случае воздух не используют. Газогенератор в этой комбинации служит холодильником для нагретого до 1200°С гелия, являющегося хладагентом ядерного реактора. Горячий гелий поступает в погружной теплообменник газогенератора, нагревает слой угля до температуры газификации 800°С, затем подается в газовую турбину, соосную с генератором электрического тока, и охлажденный до 400°С, снова поступает в ядерный реактор.

23.3Тепловое и силовое комбинирование

Значительную долю оборудования ХТС составляют компрессионные установки для сжатия и перемещения газовых потоков. В этом случае возникает проблема экономичного привода компрессора. Наиболее часто в качестве привода на химических предприятиях используют асинхронные электродвигатели и паровые турбины. Эти турбины работают на паре низких параметров (1,2-3 МПа, 300°С), поэтому экономичность их низка, так как отработанный пар после турбин обладает низкой эксергией и требует существенных затрат на рекуперацию. Кроме того, сама турбина малой мощности является относительно дорогим агрегатом из-за дополнительных проблем, связанных с отводом, сбором и транспортировкой конденсата на ТЭЦ.

В

Ряс.7.6. Схема получения синтез-газа

последнее время промышленность в качестве привода стала широко применять газотурбинные установки (ГТУ), которые обладают достаточной мощностью, компактны и отвечают всем требованиям, предъявляемым к силовым машинам: быстроходны, позволяют изменять число оборотов в широком диапазоне значений, полностью автоматизируются и могут работать на самых разнообразных топливах, в том числе и на технологических газах установок. Ту же роль могут выполнять и отработавшие свой ресурс авиационные газотурбинные двигатели.

Газотурбинный привод более экономичен, чем электропривод и паротурбинный привод, что обусловлено низкими эксплуатационными и капитальными затратами, связанными с установкой ГТУ.

Наиболее рационально использовать мощные компрессорные установки в производствах, требующих для интенсификации процесса создания повышенных давлений технологического газа.

23.4Комбинирование экотехнологических и энергетических процессов

Затраты на охрану окружающей среды примерно равны затратам на развитие основных производств, поэтому возникающие в этой области инженерной деятельности проблемы связаны в первую очередь с разработкой утилизационного оборудования, а также с уменьшением энергозатрат на очистку атмосферных выбросов, стоков, твердых отходов.

Рациональное комбинирование технологического процесса обезвреживания отходов с процессами производства энергии является одним из способов сокращения энергозатрат на осуществление экологических мероприятий. На рис.7.7 показана схема комбинирования огневого обезвреживания жидких, твердых и пастообразных отходов с использованием теплоты дымовых газов для получения пара.

Рис.7.7. Огневое обезвреживание отходов, скомбинированное с энергетической установкой 1 – циклонный реактор; 2 – котел-утилизатор, 3 – воздухоподогреватель; 4 – аппарат сухой очистки; 5 – воздуходувка; 6 – дымосос; 7 – дымовая труба

Наиболее эффективными методами очистки газовых выбросов являются каталитические. В Японии выпуск катализаторов, предупреждающих загрязнение окружающей среды, превысил выпуск катализаторов для нефтехимических производств. В нашей стране разработаны каталитические системы, работающие в нестационарном режиме. Способ позволяет перерабатывать газы с низким содержанием загрязнении. Нестационарное состояние катализатора создают, периодически меняя направление подачи газа. Слой катализатора разогревают до получения высокой температуры, достаточной для протекания химической реакция, а затем направляют в него очищенный газ с низкой температурой. Через некоторое время в слое устанавливается тепловой фронт, движущийся в направлении фильтрации со скоростью, которая меньше скорости фильтрации на три порядка.

Разность между максимальной температурой в тепловом фронте и начальной температурой газа в несколько раз превосходит адиабатический разогрев. В результате сильно интенсифицируются массопередача, теплопередача и химическая реакция. Для использования тепла реакции слой делят на две части, между которыми устанавливают котел-утилизатор (рис.7.8) который обеспечивает производство пара высоких энергетических параметров.

На рис. 7.9 показана обычная для нефтеперерабатывающих заводов энергоутилизационная установка, использующая теплоту продуктов сгорания кокса при регенерации катализатора реактора крекинга. Продукты сгорания такой установки после расширения в экспандере выбрасываются в атмосферу. Эти дымовые газы в своем составе содержат СО, поэтому если после экспандера установить каталитический реактор очистка от СО, то можно получить дополнительный эффект от обезвреживания выброса и утилизации его тепла. При содержании в выбросе 1% СО и объеме выброса 1000 м³/с можно утилизировать до 75% теплоты выброса, что эквивалентно экономии 100 тыс. ТУТ/год.

Рис.7.8. Каталитическое обезвреживание газов, скомбинированное с энергетической установкой 1 – реактор, 2 – котел-утилизатор, 3 – насосы

Рис. 7.9 Утилизация теплоты продуктов сгорания от регенерации катализатора каткрекинга 1 – реактор, 2 – циклон, 3- экспандер, 4 – мотор, 5 – воздуходувка