ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Газификация углеводородов и нефтяных остатков из "Производство водорода в нефтеперерабатывающей промышленности" Процесс газификации (частичного окисления кислородом) газообразного и жидкого топлива осуществляется в факеле при температуре 1300—1600 °С и давлении 3,0—10,2 МПа внутри стального реактора, футерованного огнеупором [1]. Газообразное или жидкое топливо, кислород и пар подаются в реактор через горелку, где происходит распыление жидкого топлива на мельчайшие капли и смешение их с окислителем. Капли топлива испаряются в атмосфере горячего газа и взаимодействуют с кислородом, образуя факел. При частичном окислении газов и паров исключаются только стадии распыления и испарения в остальном процесс протекает аналогично окислению жидких углеводородов. [c.100] Процесс газообразования осуществляется при недостатке кислорода с образованием горючего газа. В качестве окислителя служит кислород. Участие другого окислителя — водяного пара — в процессах газификации углеводородов невелико. Сера более чем на 90% превращается в сероводород. Около 0,5—3% углерода топлива превращается в сажу зола топлива концентрируется в саже. [c.100] Полученный газ на 90—95% (в пересчете на сухой газ) состоит из окиси углерода и водорода. В пед1 содержатся также двуокись углерода, метан, азот, сероводород, сероокись углерода и органические сернистые соединения серы, а также остается непрореагировавший водяной пар. Необходимая глубина превращения без применения катализатора достигается за счет проведения процесса при высокой температуре. Процесс ведется в автотермичных условиях тепло получается за счет экзотермических реакций газификации с образованием окиси и двуокиси углерода. [c.100] Газификация алифатических углеводородов на наро-кислородном дутье в производстве водорода применяется редко, так как экономически менее эффективна, чем паровая каталитическая конверсия этих углеводородов. Практический интерес для производства водорода представляет газификация нефтяных остатков — мазута, гудрона и др. [c.101] В состав нефтяных остатков входят не только высокомолекулярные алифатические углеводороды, но и ароматические, гетероциклические и другие соединения. Для технологических расчетов процесса газификации достаточно знать элементный состав сырья. Те сноло-гические расчеты упрощаются тем, что процесс ведется в условиях высоких температур, когда содержание метана в газе по условиям термодинамического равновесия невелико, определяется главным образом по практическим данным и лежит в пределах 0,3—0,5% на газ. [c.101] При введении 0,5 м водяного пара на 1 м кислорода и достижении равновесия отложения углерода не происходит. Однако практ тически при газификации образуется углерод в виде сажи. Поэтому в технологических расчетах задаются и выходом сажи, принимая его обычно в пределах 2—3% (масс.). Для упрощения технологического расчета исключают уравнение равновесия реакции паровой конверсии метана, определяющей выход метана, и в расчете учитывают только равновесие реакции конверсии окиси углерода с водяным паром. [c.101] Содержание серы в нефтяных остатках может достигать 6—7%. Термодинамические расчеты преобразования серы в условиях паро-кислородной газификации нефтяных остатков показали [8], что 90% серы переходит в сероводород, около 7% — в сероокись углерода и 2% —в сероуглерод и небольшое количество, около 1%, остается в саже. [c.101] Расход пара — а кг/кг сырья концентрация кислорода в техническом кислороде Со, м /м , а концентрация азота в сумме с аргоном и другими благородными газами в техническом кислороде тогда составит 1 — Со,- Объем кислорода в м , израсходованного на сжигание водорода. — б, а степень паровой конверсии СО с образованием Н, и СО, — . [c.102] Выход отдельных компонентов газа определяется по уравнениям, приведенным в табл. 25. [c.102] Решая совместно уравнение равновесия реакции конверсии СО с водяным паром и теплового баланса, находим Р и б. [c.103] Процесс паро-кислородной газификации жидкого топлива изучался в промышленном реакторе [9]. Реакционные зоны в газогенераторе показаны на рис. 31 и 32. В верхней зоне жидкое топливо распыливается механически в форсунке и пневматически паро-кислородной смесью в горелке. Мелкие капли испаряются в атмосфере горячего газа в зоне 1 ш2. Поток окислителя подсасывает испаренное топливо и газ из зоны 2 в зону 7. В пламени часть паров топлива и газа сгорает, при этом достигается температура выше 2500 С. [c.103] В противоположность обычному направлению пламени это пламя является перевернутым, так как свободный кислород находится внутри, а горючий газ подсасывается снаружи. В зоне 1 протекают реакции восстановления СОа и НаО, конверсии несгоревшего топлива и расщепления углеводородов до сажи, которые завершаются в зоне 3, где проходит и газификация сажи, главным образом водяным паром. [c.103] В реакторе не влияет на длину пламени. Повышенная температура (против температуры на выходе) имеет место у истока факела. [c.104] В работе [И] основные стадии неполного горения метана определены экспериментально. Авторы считают, что процесс состоит из трех стадий. Первая характеризуется полным потреблением кислорода и накоплением окиси углерода, водорода, двуокиси углерода, воды и небольших количеств ацетилена, вторая — накоплением ацетилена и прекраш ением накопления водяных паров и двуокиси углерода, третья стадия — конверсией углеводородов, расщеплением ацетилена до элементов и газификацией сажи. [c.105] Отличительной особенностью газификации жидкого топлива является выделение сажи. Газификация ведется в условиях, приводящих к образованию сажи, хотя нри достижении термодинамического равновесия углерод в продуктах реакции должен отсутствовать. Выход сажи зависит от удельного расхода кислорода и водяного нара, температуры и давления процесса, качества рас-пыливания топлива и его смешивания с окислителем. Выход сажи снижается с згвеличением удельного расхода кислорода и водяного пара. Установлено [12], что при удельном расходе кислорода, равном 0,6 м на 1 кг мазута, выделяется 7% (масс.) сажи (в пересчете на мазут), а при удельном расходе 0,8 м /кг — 0,5% (масс.). [c.105] Образование дисперсного углерода объясняется тем, что наряду с процессами неполного и полного горения при газификации протекают процессы расщепления углеводородов. В соответствии с основными положениями теории П. А. Теснера ИЗ] образованию сажевой частицы предшествует образование радикала, из которого образуется зародыш сажевой частицы, имеющей физическую поверхность. От соотношения кислород топливо зависит не только выход сажи, но и ее удельная поверхность [9]. [c.105] Для расхода пара, равного 0,5 кг на 1 кг топлива, В = 1,83-iOW. [c.105] Электронно-микроскопические исследования [17] показали также, что первичные частицы сажи газификации снаружи выгорают и с повышением температуры процесса становятся сильно пористыми. Некоторые частицы окисляются до тонкостенных скорлупок, причем окисление происходит в первую очередь внутри частиц. [c.106] Выбор режима газификации жидких и газообразных углеводородов определяется не столько условиями термодинамического равновесия, сколько техническими возможностями ведения процесса. Давление выбирается из технико-экономических расчетов, определя-юш их экономику и технические условия всего производства водорода (о чем будет сказано в гл. VIII и IX). Широкое распространение получили установки газификации при давлении 2,0—4,2 МПа максимальное давление процесса может достигать 10 МПа. [c.106] Вернуться к основной статье