Технологические процессы подготовки сырья. Физико-химические основы технологии стекла и ситаллов Определение технологический режим
Рисунок 10. Технологическая схема установки депарафинизации масел с применением кетоно-толуольной смеси.
а – Отделение кристаллизации.
1, 16, 19, 21, 22 – насосы; 2 – пароподогреватель; 3 – холодильник; 4, 5, 12-14 – кристаллизаторы; 6, 8, 17, 18, 20, 23 – емкости; 7, 9 – фильтры; 10, 11, 15 – теплообменники.
б – Отделение регенерации растворителя.
1, 5, 10, 15, 18, 21, 27, 31, 34, 40 – холодильники; 2, 8, 14, 23, 25, 37, 38, 44 – насосы; 3, 9, 43 – емкости; 4, 7, 11, 13, 16, 24, 28, 36, 41 – колонны; 6, 12, 22, 26, 29, 35, 39, 42 – пароподогреватели; 17-20, 30, 32, 33 – теплообменники.
Производительность установки составляет примерно 210 тыс.т/год на остаточном и 240 тыс.т/год на дистиллятном сырье, т. е. производительность установок депарафинизации на дистиллятном сырье на 25 – 30% выше, чем на остаточном, а скорость фильтрования (по маслу) в зависимости от типа нефти соответственно выше на 25 – 40%.
Аппаратура. А м м и а ч н ы й к р и с т а л л и з а т о р (рис. 11) представляет собой холодильник типа труба в трубе. Жидкий аммиак, поступающий во внешние трубы из расположенного сверху бака, испаряется, а пары его по отводным коллекторам вновь собираются в верхней части бака, откуда отсасываются в холодильное отделение. Bо внутренние трубы подается охлаждаемый раствор сырья. Чтобы выделяющийся гач не прилипал к стенкам, внутри каждой трубы установлен вал со скребками. Все валы приводятся в движение от электродвигателя.
В регенеративных кристаллизаторах во внешниe трубы подается раствор депарафинированного масла.
Ниже приведена краткая техническая характеристика аммиачного (I) и регенеративного (II) кристаллизаторов:
Барабанный вакуум - фильтр (рис. 12) - непрерывно действующий аппарат с поверхностью фильтрования 50 м 2 , диаметром барабана 3 м и длиной 5,4 м. Частота вращения барабана 0,21 – 0,5 об/мин. Уровень жидкости в корпусе поддерживается таким, чтобы было погружено 60% поверхности барабана. Примерно через 30 – 36 ч. ткань фильтра промывается горячим растворителем.
Рисунок 11. Аммиачный кристаллизатор.
| |
Рис.12. Общий видбарабанного вакуум-фильтра
Контроль и регулирование процесса. Для нормальной работы установки важно поддерживать постоянную температуру сырья на входе в фильтры. Эта температура перед фильтрами I ступени определяется расходом аммиака в аммиачные кристаллизаторы. Температура продукта перед фильтрами II ступени зависит от температуры растворителя, поступающего на разбавление гача I ступени, и растворителя, применяемого для промывки на I и II ступенях. Уровень сырья в фильтрах регулируется клапанами на линиях подачи сырья из питательной емкости в фильтр.
Техника безопасности. Растворители депарафинизации и аммиак взрывоопасны и токсичны. Поэтому аппаратура и трубопроводы должны быть герметизированы. Емкости для хранения растворителя и растворов фильтратов, а также фильтры подпитываются инертным газом для предотвращения образования взрывоопасной смеси паров с воздухом.
Арктические и трансформаторные масла с температурой застывания -60°С получают в процессе глубокой депарафинизации. При этом используют две ступени охлаждения. На первой ступени применяют аммиак, на второй – сжиженный этан.
Примерные технико-экономические показатели на 1т депарафинированного масла (Т заст = -15°С)
Страница 4 из 7
1.3. Технологические режимы.
Технологические режимы – физические, физико-химические, химические, гидро-механические, механические и другие процессы, обладающие соответствующими параметрами, которые определяют распорядок действий и условия работы (технологию производства работ).
В технологиях возведения зданий и сооружений указанные режимы рассматриваются не в отрыве друг от друга, а в определённой совокупности. Требуется такое сочетание указанных параметров, которое позволяет регулировать общий процесс возведения здания с сохранением основных принципов технологий – непрерывности производства, интенсивности труда, необходимых режимов труда и безопасных условий работы.
Главными параметрами технологических режимов являются:
Температурные пределы применения материалов;
Температура воздуха;
Относительная влажность воздуха;
Жизнеспособность в зависимости от температура воздуха;
Эксплуатационные режимы машин.
Некоторые из указанных параметров технологических режимов носят постоянные характеристики в течении всего технологического процесса, а другие- только на определённый период времени.
Температура, относительная влажность и скорость движения воздуха ре-гламентируют технические условия на материалы, изделия и конструкции, а так же санитарные нормы. Например, одни технологические процессы допу-скается выполнять при температуре воздуха не ниже +5 о С, другие до – 20 о С.
Эксплуатационные режимы машин так же регламентированы, их пара-метры и характеристики содержатся в паспортах и технических условиях. Эта информация необходима при проектировании механизации работ.
1.4. Параметры технологического процесса возведения здания или сооружения.
Производственный процесс возведения здания или сооружения является совокупностью отдельных частных и комплексных технологических процес-сов, которые протекают в пространстве и времени.
Организация строительного процесса в пространстве обеспечивается ра-зделением конструктивного объёма строящегося здания или сооружения на фронты работ, которые являются основными пространственными парамет-рами . Фронты работ, в свою очередь, делятся на: участки, захватки, делянки, ярусы, монтажные участки, блоки бетонирования, карты, технологические узлы.
Участок – часть здания (сооружения), в пределах которого существуют одинаковые производственные условия, дающие возможность применять одинаковые методы и технические средства (температурные блоки промыш-ленных зданий, секции жилых зданий).
Захватка - часть здания (сооружения) в пределах которого повторяются одинаковые комплексы строительных процессов. Они характеризуются примерно равными трудоёмкостью, составом и количеством строительных процессов, а так же продолжительностью их выполнения (этаж, часть этажа, гргуппа элементов, количество комнат под отделку, часть котлована и др.). фронт работ на захватке должен быть достаточным для одновременной работы бригады или звена.
Делянка - фронт работ для звена или отдельного рабочего.
Ярус – частный случай захватки. Представляет собой часть объёма зда-ния (сооружения), или отдельной конструкции, разделённой по высоте. Этот параметр наиболее часто применяется в каменных (ярус кладки), бетонных (блок бетонирования), монтажных (высота конструктивного элемента) процессах.
Монтажный участок - частный случай захватки, при выполнении стро-ительно-монтажных работ (несколько ячеек многоэтажного каркасного зда-ния).
Блок бетонирования - часть объёма бетонной (железобетонной) конст-рукции, разбитой по конструктивным или технологическим соображениям.
Карта – часть фронта работ плоскостного сооружения (или конструк-ции) принимаемого в качестве захватки (земляные сооружения, полы, доро-ги).
Технологический узел – разновидность монтажного участка, габариты которого определяются требованиями одновременного монтажа строи-тельных конструкций и технологического оборудования.
Фронт работ является основой для организации рабочих мест бригад и звеньев.
Временные параметры характеризуют продолжительность процесса возведения здания в целом, отдельных технологических циклов или различных элементов строительной продукции. Используются они в календарном планировании.
Результирующими параметрами технологии возведения зданий и соору-жений являются технико-экономические показатели: трудоёмкость, интенси-вность производства, показатели расхода ресурсов и другие.
Направление развития и функционирования технологических строитель-ных процессов зависит от конструктивных особенностей зданий, методов и технологий производства работ. Оно может осуществляться по нескольким схемам (см. рис.1.1.)
Область рационального использования различных схем развития техно-логических процессов приведена в таблице 1.1.
Осуществление отдельных строительных процессов можно рассматри-вать параллельным, последовательным и поточным методами производства работ. Технология возведения зданий и сооружений основаны на совокуп-ности указанных методов. Как правило, ведущие процессы выполняются поточными методами, а остальные – параллельно-поточными и последова-тельными методами.
Направление развития и функционирования технологических процессов при возведении зданий и сооружений.
Таблица 1.1
|
Основные направления технологических процессов и их разновидности |
Область распространения |
|
|
Вертикальное |
Вертикально-восходящее |
Возведение промышленных предприя--тий и инженерных сооружений, выпол-нение отдельных процессов (отделка, монтаж конструкций) |
|
Вертикально-нисходящее (рис.1.1,Б) |
Выполнение строительных процессов при возведении многоэтажных зданий (отделка) |
|
|
Горизонтальное |
Продольное |
Возведение одноэтажных промышлен-ных зданий, прокладка коммуникаций, выполнение процессов (земляные, кро-вельные и др.) |
|
Поперечное |
||
|
Смешанное (комбинированное) |
Горизонтальное, вер-тикально-восходящее |
Строительные и технологические про-цессы при возведении многоэтажных зданий |
|
Горизонтальное, вер-тикально-нисходящее |
Приготовление бетонной смеси включает подготовку материалов, их дозирование и перемешивание бетонной смеси. На заводах сборного железобетона или на стройках проводят, если есть необходимость, приготовление растворов химических добавок, оттаивание и подогрев заполнителя в зимнее время.
Подготовка растворов химических добавок включает растворение в воде твердых, пастообразных или жидких продуктов добавок и последующее доведение раствора до заданной концентрации. Приготовление добавок осуществляют в специальных емкостях, снабженных системой трубопроводов для перемешивания раствора сжатым воздухом, а при необходимости - паровыми регистрами для подогрева. После приготовления добавки подают в расходную емкость, снабженную датчиком уровня, и по мере необходимости - через дозатор в бетоносмеситель.
Подогрев заполнителей обычно осуществляют в бункерах, реже непосредственно на крытых складах. Для подогрева используют либо контактный способ подогрева заполнителей с помощью паровых труб и гребенок, размещаемых в бункерах.
Технологические режимы производства продукции
Важным технологическим переделом является дозирование материалов. Для получения бетонной смеси заданного состава необходимо правильно отмеривать (дозировать) количество составляющих (вяжущих, заполнителей, воды, добавок) перед поступлением их в смеситель. Заданное количество составляющих можно измерять по объему или массе, или по объему с корректированием массы. Отклонение от заданного количества содержания дозы того или иного материала называют погрешностью дозирования и измеряют в процентах. Устройства для отмеривания количества составляющих называют дозаторами. На современных бетонных заводах используют в основном весовые дозаторы, т.е. дозирование материалов по массе: цемент, воду и добавки - с точностью до 2 л, песка и щебня с точностью до 10 кг. При этом расход цемента округляют обычно в большую сторону, а воды в меньшую.
Вторым важным технологическим переделом является перемешивание бетонной смеси. В процессе перемешивания материалы равномерно распределяются по всему объему, зерна цемента и заполнителя смачиваются водой, в результате получается однородная масса, свойства которой в любом месте объема одинаковы. Вид и состав бетона оказывают заметное влияние на требования к перемешиванию. Подвижные смеси легче перемешивать, чем жесткие: жирные перемешиваются лучше, чем тощие, крупнозернистые - лучше, чем мелкозернистые или тонкозернистые.
При использовании крупнозернистых подвижных смесей с заполнителем из плотных горных пород применяется смесители свободного падения, в которых перемешивание происходит при вращении барабана-смесителя в результате многократного подъема и сбрасывания материалов с некоторой высоты.
Между бетоном и заполнителем обычно не происходит химического воздействия, поэтому заполнители часто называют инертными материалами. Однако они существенно влияют на структуру и свойства бетона, изменяя его пористость, сроки затвердевания, поведение при воздействии нагрузки и внешней среды. Заполнители значительно уменьшают деформации бетона при твердении и тем самым обеспечивают получение большеразмерных изделий и конструкций. В качестве заполнителей используют местные горные породы. Применение этого дешевого заполнителя снижает стоимость бетона, так как заполнители и вода составляют 85-90%, а цемент 10-15% от массы бетона. Для снижения плотности бетона и улучшения его теплотехнических свойств используют искусственные и пористые заполнители.
Для регулирования свойств бетона и бетонной смеси в их состав вводят различные химические добавки и активные минеральные компоненты, которые ускоряют или замедляют схватывание бетонной смеси, делают ее более пластичной и удобоукладываемой, ускоряют твердение бетона, повышают его прочность и морозостойкость, регулируют собственные деформации бетона, возникающие при его твердении, а также при необходимости изменяют и другие свойства бетона.
В течение длительного времени в бетонах происходит изменение пористой структуры, наблюдается протекание структурообразующих, а иногда и деструктивных процессов и результат - изменение свойств материала. С увеличением возраста бетона повышаются его прочность, плотность, стойкость к воздействию окружающей среды. Свойства бетона определяются не только его составом и качеством исходных материалов, но и технологией приготовления и укладки бетонной смеси в конструкцию, условиями твердения бетона. Все эти факторы мы учтем при проектировании состава тяжелого бетона.
Технология бетона включает ряд этапов или технологических переделов: подготовку сырья, определение состава бетона в зависимости от используемого сырья и конструк-тивных и технологических требований, дозирование цемента, воды, заполнителей и других материалов для определенного замеса бетонной смеси, перемешивание, транспортировку бетонной смеси к месту укладки, заполнение формы и опалубки конструкции бетонной смесью, ее уплотнение, последующее твердение бетона в нормальных условиях (при температуре 20?С и влажности 80-100%).
1. Классификация печей и основные технологические параметры работы
Во многих случаях для характеристики ванной стекловаренной печи используют ее варочную производительность. По производительности печиусловно делят на крупногабаритные (от 50 т/сут до 150 и выше), среднегабаритные (от 10 до 50 т/сут) и малогабаритные (от 3 до 10 т/сут). При увеличении удельного съема стекломассы эти показатели в целом не характеризуют размеры ванной печи. В зависимости от типа вырабатываемого стекла печи подразделяются на ванные печи листового, тарного стекла, сортовой посуды, технических и специальных стекол. Для производства листового стекла используют печи производительностью 600 - 800 т/ сут и более. Для производства тары - печи производительностью 300 - 400 т/ сут. Техническая характеристика крупных и средних ванных печей, по данным проф. М. Г. Степаненко, приведена в таблице 1.
Таблица 1
|
Группа печей |
Тип бассейна печи |
Выпускаемое стекло |
Площадь бассейна печи,м 2 |
Удельный съем стекла с отап. площади, кг/м 2 в сут. |
Удельный расход тепла, кДж/кг продукции |
|
|
Отапливаемая часть |
Выра-боточная |
|||||
|
Крупные ванные печи(60-450 т/сутки) |
Без преград |
листовое |
800-300 |
60-180 |
600-1500 |
15000-19000 |
|
Проточный |
Бутылочное (темно-зеленое) |
60-85 |
15-20 |
900-1800 |
18000-20000 |
|
|
Сортовое (полубелое) |
50-70 |
12-20 |
700-1500 |
12500-13500 |
||
|
Консервная тара (полубелая) |
100-120 |
20-25 |
800-1500 |
12500-14000 |
||
|
Средние ванные печи (15-60 т/сут) |
Проточный |
Бутылочное (полубелое и зеленое) |
20-60 |
8-15 |
700-1500 |
12500-14000 |
|
Сортовое (полубелое) |
20-60 |
8-15 |
700-1500 |
21000-25000 |
||
|
Консервная тара (полубелая и зеленая) |
25-60 |
10-15 |
700-1500 |
16500-21000 |
||
|
Парфюмерное, аптечное, кол-бовое (полубелое) |
15-45 |
8-15 |
600-1500 |
16500-25000 |
||
|
Общий |
Тарное (полубелое и зеленое) |
15-30 |
400-800 |
16500-29000 |
||
|
Разное (полубелое и зеленое) |
10-25 |
400-1000 |
55000-71000 |
|||
По направлению пламени. В ванных печах газы могут двигаться в поперечном, подковообразном и комбинированном направлениях по отношению к направлению движения стекломассы (рис. 1).
Поперечное направление газов понимается как перпендикулярное производственному потоку стекломассы, а продольное как параллельное или совпадающее с ним. В регенеративных печах применяют поперечное и подковообразное направление газов, а в рекуперативных, кроме того, продольное и комбинированное. В малых регенеративных или рекуперативных ванных печах горелки чаще всего располагают с торца, а газы движутся подковообразно. При этом удлиняется путь газов, что дает возможность более полно завершить горение и использовать тепло отходящих газов. В средних и крупных ванных печах обычно применяют поперечное направление газов и горелки располагают на продольных сторонах печи. Такое расположение горелок позволяет регулировать распределение температур, давлений и состава газовой среды по длине печи.
По конструкции бассейна. Варочный бассейн является существенной конструктивной частью печи, при этом его геометрические размеры, как основная площадь, соотношение длины к ширине и глубина ванны должны соответствовать производственным требованиям. В ванных печах непрерывного действия все стадии процесса стекловарения протекают в определенной последовательности непрерывно и одновременно в различных частях бассейна печи. Различают зоны варки, осветления, студки и выработки, которые располагаются одна за другой на различных участках по длине бассейна печи. Смесь шихты и боя, непрерывно загружаемая в одном конце печи, постепенно проходит зоны бассейна с различными температурными условиями и превращается в однородную гомогенную стекломассу, которая вырабатывается в противоположном конце печи. В каждой зоне необходимо поддерживать неизменный во времени (стационарный) температурный режим. Возможность установления определенного температурного режима в ванных печах непрерывного действия предусматривается конструкцией их рабочей камеры. В зависимости от того, насколько сильно разграничены зона студки и зона осветления, настолько отличаются между собой ванны с протоком и «открытые» ванны. Ванная печь с протоком является типичной ванной для изготовления полого стекла, так называемые «открытые» печи применяют для изготовления листового стекла. На рис. 2 представлены схемы бассейна ванный печей.
Рис. 2. Схемы бассейна ванных печей: а – регенеративная печь с газовым пространством, разделенным сплошным экраном, и с поперечным направлением пламени; б- регенеративная печь с полностью разделенным газовым пространством и поперечным направлением пламени; в - регенеративная печь с газовым пространством, разделенным решетчатым экраном, и с поперечным направлением пламени; г - регенеративная печь с решетчатым экраном и подковообразным направлением пламени; д - рекуперативная печь с подковообразным направлением пламени; е - рекуперативная печь с продольным направлением пламени; ж- рекуперативная печь с продольным направлением пламени и двойным сводом; з - рекуперативная печь с противоточным движением газов и стекломассы и продольным направлением пламени; и - трехзонная печь с регулятором уровня отбора стекломассы и поперечным направлением пламени; к - печь с выделенной варочной зоной и поперечным направлением пламени; / -проток; 2 - лодка; 3 - решетчатый экран; 4 - горелки; 5 - загрузочный карман; 6 - рекуператор; 7 - варочная часть; 8 - зона осветления; 9 - зона студки или выработки; 10 - пороги на дне бассейна.
Для выделения отдельных зон с различными температурными режимами газовое пространство рабочей камеры разделяют приспособлениями из огнеупорных материалов различной конструкции. Регулирование режима варки улучшается при разделении газового пространства рабочей камеры печи сплошными или решетчатыми перегородками (экранами), шиберами или сниженными арками. Поддержанию необходимого температурного режима по длине бассейна печи способствуют и устанавливаемые в стекломассе огнеупорные разделительные приспособления - заградительные лодки, пороги, протоки. Устройство протоков и других разделительных приспособлений позволяет изменить характер движения потоков стекломассы и отбирать для выработки более охлажденную и проваренную стекломассу.
По способам использования тепла отходящих газов печи подразделяются на рекуперативные, регенеративные и прямого нагрева.
Рекуперативная утилизация тепла.
Ванные печи для варки стекла небольших размеров работают на постоянном пламени, поэтому для рекуперации отработанных газов, непрерывно работающих теплообменников, необходимы так называемые рекуператоры. Применяются для этой цели керамические и стальные рекуператоры. На рис. 3. показан принцип действия керамического рекуператора. Горячие дымовые газы отводятся через трубы из материала с хорошей теплопроводностью. Воздух, необходимый для горения, проходит трубами в перекрестном потоке и таким образом подогревается. При использовании керамических рекуператоров можно получить подогретый воздух до 1000 °С.
Основная проблема при применении керамических рекуператоров заключается в уплотнении путей для отработанных газов по отношению к воздуху. При не герметичности труба вместе с отработанным газом отсасывает воздух, необходимый для горения, что мешает образованию пламени.
Рис. 3. Схема керамического рекуператора: 1 – вход дымовых газов; 2 – выход дымовых газов; 3 – вход воздуха; 4 – выход воздуха.
На рис. 4 дано схематичное изображение металлического рекуператора типа радиационного рекуператора с двойным кожухом. Дымовые газы проходят с малой скоростью через внутренний цилиндр, в то время как нагреваемый воздух, необходимый для горения, с высокой скоростью устремляется через кольцевую щель между внутренними и внешними цилиндрами. Максимальная температура для предварительного нагрева воз металлических рекуператорах составляет 600 - 700 °С. Преимущество рекуператоров перед регенераторами состоит в том, что они, с одной стороны, имеют невысокую стоимость, с другой стороны, достигается постоянная температура подогрева воздуха для горения, и таким образом поддерживаются стабильные условия горения. Недостатком является их незначительный к.п.д. рекуперации тепла, особенно у стальных рекуператоров.
Рис. 4. Схема металлического рекуператора
Регенеративная утилизация тепла. Утилизация тепла через регенераторы происходит дискретно из-за переменного нагрева, например в ванной печи с поперечными горелками. Обычно регенераторы состоя из вытянутых вверх камер, расположенных по обеим сторонам стекловаренной печи. Эти регенеративные камеры выполнены из огнеупорных кирпичей таким образом, чтобы обеспечить свободное прохождение через каналы горячих дымовых газов. При этом тепло дымовых газов передается огнеупорам. Насадка регенератора должна быть сконструирована с максимальной площадью нагрева по объему. С другой стороны сопротивление потока дымовых газов или воздуха, необходимого для горения, должно быть не слишком большим. Вертикальная кладка насадки регенератора и открытая корзиночная насадка являются самыми распространенными видами кладки огнеупорных кирпичей в регенеративных камерах. Когда огнеупоры нагреваются до определенной температуры (свыше 1100 о С) направление обогрева меняется. Воздух для горения проходит через нагретые камеры и там приобретает необходимую температуру. Переключение направления пламени происходит почти каждые 20 мин. Использование регенераторов дает возможность получать температуру предварительного нагрева на 300 - 500 °С выше, чем при применении рекуператоров. Улучшение использования тепла дымовых газов и большая жесткость установки являются дальнейшими преимуществами регенераторов.
Печи прямого нагрева. В ряде случаев в линиях сравнительно небольшой производительности применяют печи прямого нагрева. На рис. 5 представлен вид печи прямого нагрева. Термин «прямой нагрев» не характеризует сущности обогрева, т.к. во всех пламенных печах газы непосредственно нагревают шихту и стекломассу. Отсутствие регенераторов в этих печах делает их более компактными и дешевыми. Горелки располагают вдоль боковых сторон по длине печи. Продукты горения движутся в противотоке с шихтой и поверхностным слоем стекломассы и отводятся со стороны загрузки, в результате чего продукты уноса шихты не осаждаются на кладке пламенного пространства, износ ее уменьшается, и она может, снабжена хорошей тепловой изоляцией. Условия печи прямого нагрева могут быть улучшены, если ее снабдить металлическим рекуператором, а также дополнительными устройствами для использования тепла отходящих газов после рекуператора, например для получения пара или подогрева воды.
Р
ис. 5.
Печь прямого нагрева
установки Клауса (рис. 7.2)
| Наименование | Показатель |
| Температура в печи-реакторе, 0 С: | |
| горения | |
| газов на выходе | |
| Температура газов в конденсаторе № 1, 0 С: | |
| на входе | |
| на выходе | |
| Температура газов в первом конверторе, 0 С: | |
| на входе | |
| на выходе | |
| Температура газов в конденсаторе № 2, 0 С: | |
| на входе | |
| на выходе | |
| Температура газов во втором конверторе, 0 С: | |
| на входе | |
| на выходе | |
| Температура газов в конденсаторе № 3, 0 С: | |
| на входе | |
| на выходе | |
| Давление в системе, МПа | 0,02-0,03 |
| Молярная доля Н 2 S, %: | |
| в исходном кислом газе | 59,4 |
| в газах после второго конвертора | 0,9 |
| Молярная доля серы в отходящих газах, % | 0,068 |
| Извлечение серы в процессе, % |
сера остается адсорбированной на катализаторе в жидком виде, тем самым смещая равновесие реакции к полной конверсии Н 2 S и SО 2 в серу.
Принципиальная технологическая схема процесса "Сульфрин" приведена на рис. 7.3. Установка состоит из двух-трех реакторов по типу адсорбционной схемы.
После прохождения через слой катализатора отходящий газ сжигается. Катализатор, насыщенный адсорбированной серой, периодически регенерируется горячим газом в замкнутом цикле. Для конденсации серы регенерационный газ охлаждается и воздуходувкой возвращается в цикл регенерации.
После этого процесса концентрация Н 2 S и SО 2 в отходящем газе составляет 0,20-0,25 %. Для снижения этой концентрации до 0,02-0,05% ведутся разработки новых катализаторов.
Процесс "Клаусполь 1500", разработанный Французским институтом нефти, основан на обработке отходящих газов рециркулирующим потоком полиэтиленгликоля (ПЭГ-400), содержащим растворенный катализатор (бензоат калия или натрия), в насадочной колонне при температуре выше точки плавления серы – 125-130 0 С. Образующаяся в процессе сера в расплавленном виде отделяется от растворителя. Процесс требует поддержания в обрабатываемом газе соотношения Н 2 S:SО 2 , равным 2:1; СОS и СS 2 остаются непревращенными.
Степень превращения сероводорода и диоксида серы достигает 80 %, что соответствует суммарной глубине извлечения серы до 98,5 %. Содержание SО 2 в газах после дожига 0,15 %.
7.5.2. Процессы, основанные на превращении сернистых соединений
в один компонент
Эти процессы разделяются на окислительные и восстановительные.
В основе окислительных методов очистки отходящих газов Клауса лежит дожиг сернистых соединений до диоксида серы и его последующее извлечение и превращение в серу или другой химический продукт. Из этих процессов достаточно широкое распространение в мировой практике получил процесс "Уэллман-Лорд" (фирма "Уэлманн-Лорд", США).
Сущность процесса заключается в дожиге сернистых соединений до диоксида серы с последующим его поглощением раствором сульфита натрия. Образовавшийся бисульфит затем регенерируется. После отделения воды в конденсаторе концентрированный сернистый ангидрид рециркулируют на установку Клауса.
Суммарная степень извлечения серы достигает 99,9-99,95 %.
Восстановительные процессы основаны на каталитическом восстановлении всех сернистых соединений в сероводород и отличаются, главным образом, способами его извлечения и последующей переработки.
Из процессов этого типа наибольшее распространение получил процесс SCOT (начальные буквы "Shell Claus Offgas Treating"), разработанный фирмой "Шелл Дивелопмент" (Нидерланды) (рис.7.4). Отходящие газы установки Клауса смешиваются с продуктами неполного сгорания метана (Н 2 + СО) и с температурой 300 0 С поступают в реактор гидрирования, заполненный алюмокобальтмолибденовым катализатором. Продукты гидрирования охлаждаются в котле-утилизаторе и затем в колонне "Квенч", где одновременно отделяется конденсационная вода. Далее в абсорбционной секции из газов методом селективной абсорбции извлекается Н 2 S, который рециркулируют на установку Клауса.
В очищенном газе остается 0,001-0,050 % сероводорода, что соответствует суммарной степени извлечения Н 2 S 99,8-99,9 %. В качестве абсорбента используют диизопропаноламин, метилдиэтаноламин и другие амины.
Г Л А В А 8
ПЕРЕРАБОТКА ШИРОКОЙ ФРАКЦИИ
ЛЕГКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ
Широкую фракцию легких углеводородов (ШФЛУ) получают при отбензинивании природных и нефтяных газов различными методами (см. главу 6), а также при стабилизации газовых конденсатов (см. главу 9). В ее состав входят этан (2-8 %), пропан (10-15 %), изобутан (8-18 %), нормальный бутан (20-40 %) и углеводороды С 5+ (11-25 %), а также примеси соединений серы, включая меркаптаны и сероводород. ШФЛУ подвергают переработке с разделением на более ценные узкие фракции и индивидуальные углеводороды на специальных газофракционирующих установках (ГФУ), входящих в состав газо- или нефтеперерабатывающих заводов.
8.1. Варианты переработки
Широкую фракцию легких углеводородов, а также головку стабилизации газового конденсата, разделяют на ГПЗ по четырем основным вариантам:
а) для производства стабильного газового бензина (углеводороды С 5+) и топливного газа (углеводороды С 1 - С 4);
б) для производства стабильного газового бензина (углеводороды С 5+), топливного газа (углеводороды С 1 - С 2) и сжиженной пропан-бутановой фракции;
в) для производства стабильного газового бензина (углеводороды С 5+), топливного газа (метан с примесями этана) и индивидуальных углеводородов (этан, пропан, изобутан, нормальный бутан и др.);
г) для производства индивидуальных углеводородов и их смесей (при переработке ШФЛУ, практически не содержащих С 5+).
Этан (этановая фракция) применяется как сырье пиролиза, в качестве хладоагента на установках НТК, сжижения газов, депарафинизации масел, выделения пара-ксилола и др.
Пропановая фракция (технический пропан) используется как сырье пиролиза, коммунально-бытовое и автомобильное топливо, хладоагент для технологических установок переработки нефти и газа, растворитель.
Изобутановая фракция является сырьем установок алкилирования и производства синтетического каучука.
Бутановая фракция используется для получения бутадиена-1,3, как коммунально-бытовое топливо, добавка к автомобильным бензинам для повышения давления насыщенных паров.
Изопентановая фракция служит сырьем для производства изопренового каучука, является компонентом высокооктановых бензинов.
Пентановая фракция является сырьем для процессов изомеризации, пиролиза, получения амиловых спиртов.
При использовании этих фракций легких углеводородов как сырья для нефтехимии содержание основных компонентов в них должно быть не менее 96-98 %.
8.2. Краткие основы технологии очистки широкой фракции легких углеводородов от сернистых соединений
Концентрация сернистых соединений (сероводорода, меркаптанов, сероуглерода и др.) в сжиженных газах и ШФЛУ, получаемых при отбензинивании сернистых газов и стабилизации сернистых газовых конденсатов, как правило, выше допустимого уровня, устанавливаемого соответствующими ГОСТами.
Для получения сжиженных газов, отвечающих требованиям ГОСТ, производят их очистку от сернистых соединений 10 %-ным водным раствором гидрооксида натрия.
Очистка от сероводорода и меркаптанов (тиолов) раствором NаОН протекает по следующим реакциям:
Н 2 S + 2NaOH → Na 2 S + 2H 2 O
Н 2 S + Na 2 S →2NaHS (8.1)
RSH + NaOH → RSNa + H 2 O
При этом происходит также извлечение из газа диоксида углерода за счет реакций:
СО 2 + NaOH → NaHСО 3 + H 2 O
NaHСО 3 + NaOH → Na 2 СО 3 + H 2 O (8.2)
Технологическая схема установки очистки сжиженного газа от сернистых соединений включает в себя последовательно соединенные четыре ступени (рис. 8.1). На первой ступени из сырья преимущественно извлекается сероводород, сероуглерод и серооксид углерода из-за большей активности по сравнению с меркаптанами. Технологический режим I-ой ступени (контактор 1) cледующий: давление – 1,9-2,5 МПа (определяется необходимостью поддержания газа в сжиженном состоянии), температура – 50 0 С. На второй и третьей ступенях (температура – 35 0 С) производится очистка от меркаптанов. На четвертой ступени осуществляется промывка сжиженных газов водой от следов NаОН. Насыщенный раствор NаОН с первой и второй ступеней подается на регенерацию путем подогрева с использованием соляной кислоты. На установке достигается степень очистки сжиженных газов от сероводорода и меркаптанов до 98 и 96 % соответственно.
После очистки от сернистых соединений сжиженный газ подается на блок адсорбционной осушки.
Для практически полного удаления из сжиженных газов и ШФЛУ меркаптанов используют демеркаптанизацию на катализаторах, содержащих
хелатные соединения металлов VI группы в растворе гидрооксида натрия (процесс Мерокс). Меркаптаны переводят в дисульфиды путем каталитического окисления в щелочной среде на основе реакций:
RSH + NaOH®RSNa + H 2 O
2RSNa + 0,5О 2 + H 2 O ® RSSR + 2NаОН (8.3)
Технологическая схема процесса Мерокс приведена на рис. 8.2. Сырье промывается раствором щелочи в колонне 1 для удаления сероводорода и органических кислот для продления срока службы катализатора, после чего поступает в экстрактор 2, где из него раствором катализатора экстрагируются меркаптаны. Раствор "Мерокс" из экстрактора 2 подается в реактор 4, где происходит каталитическое окисление меркаптанов в дисульфиды кислородом воздуха с одновременной регенерацией катализатора. Смесь из реактора 4 проходит сепараторы 5 и 6 для отделения избытка воздуха и дисульфидов, после чего регенерированный раствор “Мерокс” возвращается в реактор 2.
Очищенное от меркаптанов сырье выводят с установки после отстоя от него раствора щелочи в отстойнике 3.
8.3. Ректификационное разделение широкой фракции легких углеводородов
Для разделения газовых смесей на индивидуальные компоненты или углеводородные фракции широкое распространение в промышленной практике получил метод ректификации .
Ректификация – это диффузионный процесс разделения компонентов, различающихся по температурам кипения. Процесс осуществляется путем противоточного многоступенчатого (колонны тарельчатого типа) или непрерывного (насадочные колонны) контактирования восходящих по колонне паров и нисходящей жидкости.
В практике нефтегазопереработки используют, кроме обычной, четкую ректификацию, а также азеотропную и экстрактивную ректификацию.
Четкая ректификация предназначена для разделения близкокипящих углеводородов с целью получения индивидуальных компонентов со степенью чистоты 95 % и выше (до 99,99 %).
Ректификация в присутствии третьего компонента (азеотропная и экстрактивная) применяется в случае разделения углеводородов с близкими или одинаковыми температурами кипения или азеотропных смесей, у которых коэффициент относительной летучести близок или равен единице. Третий компонент необходим для увеличения коэффициента относительной летучести разделяемых компонентов. При азеотропной ректификации третий компонент уходит из колонны с ректификатом, при экстрактивной – вместе с остатком. Смесь третьего компонента и извлеченного углеводорода разделяют затем обычной ректификацией или другим технологическим процессом (например, отстаиванием), после чего третий компонент вновь возвращают на азеотропную или экстрактивную ректификацию.
8.3.1. Классификация и принципы построения технологических схем газофракционирующих установок
Технологические схемы газофракционирующих установок (ГФУ) зависят от состава и давления исходного сырья и качества и ассортимента получаемых продуктов. При выборе оптимальной схемы разделения сырья на ГФУ придерживаются следующих правил:
1. Исходное сырье делят на такие фракции, для ректификационного выделения которых при заданном хладоагенте и исходных термодинамических параметрах состояния, требуются минимальные затраты на сжатие этого сырья до давления конденсации ректификата.
2. Для высокой четкости разделения ректификата и остатка колонны предпочтительно, чтобы они были примерно равны по их мольному расходу (правило деления сырья пополам).
3. Близкокипящие компоненты при требуемой высокой чистоте получаемых продуктов в технологической схеме разделяют последними.
С учетом этих правил применяются следующие технологические схемы ГФУ (рис. 8.3): с нисходящим (а), восходящим (б) и смешанным (в) давлением. В качестве сырья этих установок исследована деметанизированная ШФЛУ. По схеме а давление снижается в ряду колонн 1-2-3; по схеме б – повышается в ряду колонн 1-2-3; по схеме в – давление в колонне 2 выше, чем в колоннах 1 и 3.
Для упрощения технологических схем, приведенных на рис. 8.3, на них не показаны системы создания жидкостного и парового орошений, нагрева и охлаждения продуктов и др.
В целом на ГФУ применяется от 3 до 10 ректификационных колонн, соединенных между собой по разным технологическим схемам. Суммарное число тарелок во всех колоннах колеблется от 390 до 720 штук, а число тарелок в изобутановой и изопентановой колоннах (колонны имеют то же название, что и их ректификат) – от 97 до 180 штук. Оптимальная схема соединения колонны между собой в каждом конкретном случае определяется по минимальной себестоимости готовой продукции.
Распределение затрат на выделение отдельных фракций на ГФУ приведено в табл. 8.1, из которой видно, что максимальные затраты приходятся на разделение близкокипящих компонентов.
Рис. 8.3. Варианты построения технологических схем ГФУ
Загрузка...