Efikasno korištenje procesnih plinova. Proizvodnja procesnih gasova tokom termohemijske konverzije uljnih škriljaca iz oblasti Volge

Tehnološki mit Jedna od tvrdnji evrocentrizma je da je zapadna civilizacija stvorila kulturu (filozofiju, pravo, nauku i tehnologiju) koja dominira svijetom i određuje život čovječanstva. Osoba koja se formira iskreno vjeruje u ovo

Pri zavarivanju čelika u zaštitnim plinovima koriste se inertni i aktivni plinovi i njihove mješavine. Glavni zaštitni plin za poluautomatsko i automatsko zavarivanje potrošnim elektrodama je ugljični dioksid. Ugljični dioksid se isporučuje u skladu sa GOST 8050-85, može se koristiti za zavarivanje, hranu i tehniku. Ugljični dioksid za zavarivanje klase 1 sadrži najmanje 99,5% ugljičnog dioksida i oko 0,178 g/m 3 vodene pare u normalnim uvjetima (pritisak 760 mm Hg, temperatura 20 °C). Ugljični dioksid za zavarivanje 2. razreda sadrži najmanje 99% ugljičnog dioksida i oko 0,515 g/m 3 vodene pare.

Argon za zavarivanje se isporučuje u skladu sa GOST 10157-79. Ovo je inertni gas. Na osnovu čistoće se deli na tri stepena. Argon visokog kvaliteta (99,99% argona) je namenjen za zavarivanje posebno aktivnih metala i legura kao što su titanijum, cirkonijum, niobijum.

Argon grade 1 (99,98% argon) je namijenjen za zavarivanje aluminija, magnezija i njihovih legura.

Argon grade 2 (99,95% argona) namijenjen je zavarivanju visokolegiranih čelika i legura.

Kiseonik je bezbojni gas, bez ukusa i mirisa. Na temperaturi od minus 118,8°C i pritisku od 5,1 MPa se ukapljuje. Za preradu metala u gasnom plamenu koristi se tehnički kiseonik u skladu sa GOST 5583-78 od tri razreda: 1. razreda sa čistoćom od najmanje 99,7%, 2. razreda sa čistoćom od najmanje 99,5% i 3. razreda sa čistoćom od najmanje 99,5%. od 99,2 %.

Kao zapaljivi gasovi za zavarivanje i termičko rezanje koriste se acetilen, propan-butan, prirodni gas, benzin ili pare kerozina.

Izvor toplote je plamen nastao sagorevanjem mešavine zapaljivih gasova i kiseonika. Najvišu temperaturu plamena tokom sagorevanja u kiseoniku (oko 3100 °C) stvara acetilen.

Acetilen je plin koji se proizvodi u posebnim generatorima razgradnjom kalcijum karbida u vodi. Acetilen je dobro rastvorljiv u benzenu, benzinu i acetonu, a 1 litar acetona može da rastvori od 13 do 50 litara acetilena.

Umjesto acetilena, u gasno-plamenskoj obradi metala široko se koriste takozvani zamjenski plinovi - propan, butan, prirodni plin i mješavina propana i butana.

Ove smjese se nazivaju ukapljenim jer su u normalnim uvjetima u plinovitom stanju, a kada se temperatura smanji ili poveća pritisak, pretvaraju se u tekućinu.

U automatskom i poluautomatskom zavarivanju, kako bi se osiguralo stabilno izgaranje luka, zaštitili metal od štetnog djelovanja komponenti zraka i djelomičnog legiranja, koriste se fluksovi za zavarivanje, koji su granulirane tvari koje pri topljenju stvaraju šljaku koja pokriva metal šava. bazen.

Fluks usporava proces skrućivanja tekućeg metala i na taj način stvara povoljne uslove za oslobađanje gasova iz metala, pospešuje bolje formiranje vara, smanjuje gubitak toplote iz luka zavarivanja u okolinu i smanjuje gubitke metala elektrode usled otpada i prskanja. . Prema načinu proizvodnje, fluksovi se dijele na topljene i keramičke.

Taljeni fluksovi se proizvode topljenjem manganove rude, kvarcnog pijeska, fluorita i drugih komponenti u električnim ili plamenim pećima u skladu sa GOST 9087-81, koji utvrđuje sastav fluksa, veličinu zrna, gustinu, metode ispitivanja, zahtjeve za označavanje, pakovanje , transport i skladištenje. Veličina zrna fluksa se kreće od 0,25 do 4 mm. Na primjer, fluksovi AN-348A, OSTS-45, AN-26P mogu imati veličinu zrna od 0,35 do 3 mm; fluks AN-60, AN-20P - od 0,35 do 4 mm, i fluks AN-348AM, OSTS-45M, FC-9 - od 0,23 do 1 mm. Stopljeni fluks može biti staklast ili poput plovućca po strukturi zrna.

Keramički tokovi su mehanička mješavina fino mljevenih komponenti vezanih tekućim staklom. Sirovine za njihovu proizvodnju su koncentrat titanijuma, manganova ruda, kvarcni pesak, mermer, fluorit i ferolegure. Ovi tokovi su vrlo higroskopni i zahtijevaju skladištenje u hermetički zatvorenoj ambalaži, a niska čvrstoća fluksa zahtijeva njegov transport u krutom kontejneru. Prednost keramičkog fluksa je u tome što omogućava legiranje metala šava i smanjuje osjetljivost procesa zavarivanja na hrđu.

Kod zavarivanja žicom prečnika većeg od 3 mm preporučuje se upotreba fluksa krupne granulacije (veličina zrna 3,0 - 3,5 mm). Sa smanjenjem promjera žice i povećanjem gustoće struje, također se preporučuje smanjenje granulacije fluksa.

Potrošnja fluksa koji se koristi za formiranje šljake je približno jednaka težini nanesenog metala. Potrošnja fluksa, uzimajući u obzir gubitke pri čišćenju i dovodu proizvoda koji se zavari, po težini je jednaka potrošnji žice za zavarivanje.

1 Federalna državna budžetska obrazovna ustanova visokog stručnog obrazovanja "Saratovski državni tehnički univerzitet po imenu Yu.A. Gagarin"

2 Federalna državna budžetska institucija "Kazanski naučni centar Ruske akademije nauka"

3 Federalna državna budžetska ustanova "Institut za hemiju nafte SB RAS"

Izvršena je analiza potreba industrije za procesnim plinovima. Naveden je alternativni izvor za njihovu proizvodnju baziran na termohemijskoj konverziji uljnih škriljaca. Razmotrene su kvalitativne karakteristike škriljaca iz glavnih ležišta regije Volga i prikazane su glavne tehnologije za pretvaranje u energente i materijale.

uljnih škriljaca

gasifikacija

rashladna tečnost

procesni gas

mešavina para-gas

energetske efikasnosti

1. Panov V.I. Povećanje efikasnosti elektroprivrede kroz šeme energetske tehnologije za korišćenje goriva (Pregled). – M.: Informenergo, 1975. – 61 str.

2. Blokhin A.I. Zaretsky M.I., Stelmakh G.P., Fraiman G.V. Energetsko-tehnološka prerada goriva sa čvrstim rashladnim sredstvom - M.: Svetly STAN, 2005. - 336 str.

3. Urov K., Sumberg A. Karakteristike uljnih škriljaca i škriljastih stijena poznatih naslaga i izdanaka // Uljni škriljac. 1999. – Vol. 16, br. 3. – 64 str.

4. Kapustin M.A., Nefedov B.K. Ugljični monoksid i vodonik su obećavajuće sirovine za sintezu petrokemijskih proizvoda. – M.: TsNIITENEFTEKHIM, 1981. – 60 str.

5. Yanov A.V. Optimizacija sastava opreme i radnih parametara za gasifikaciju sumpornog škriljaca Povolške regije za upotrebu sa CCGT jedinicama: Sažetak teze. dis. dr.sc. tech. Sci. – Saratov, 2005. – 20 str.

6. Kosova O.Yu. Razvoj i modeliranje postrojenja za termičku obradu uljnih škriljaca: Sažetak diplomskog rada. dis. dr.sc. tech. Sci. – Saratov, 2008. – 19 str.

Potražnja za gorivom raste u energetskom sektoru, hemijskoj industriji, metalurgiji i drugim sektorima nacionalne privrede. Budući da rast potražnje nadmašuje rast proizvodnje tradicionalnih ugljovodonika, nestašica goriva će se povećati i uzrokovati njegovo stalno poskupljenje. To će doprinijeti širokom uključivanju u gorivno-energetski bilans lokalnih goriva niskog kvaliteta i prije svega čvrstih vrsta goriva - mrkog uglja, uljnih škriljaca, treseta itd.

Istovremeno, savremena nauka nudi nove tehnološke procese i šeme koje obezbeđuju značajno povećanje efikasnosti korišćenja glavnih vrsta prirodnih organskih goriva uz istovremeno značajno smanjenje zagađenja životne sredine štetnim emisijama. U ovom slučaju se predlaže da se kao glavni procesi koriste piroliza ili rasplinjavanje, a dobivene čvrste, tekuće i plinovite tvari mogu se koristiti kao vrijedni proizvodi za različite namjene, ovisno o potrebama industrije.

U svjetlu navedenog, uljni škriljac dobija poseban značaj kao sirovina. Tako, u Povolškom federalnom okrugu, državni bilans uzima u obzir 40 nalazišta i područja uljnih škriljaca koji se nalaze u regijama Uljanovsk, Samara, Saratov i Orenburg, sa ukupnim bilansnim rezervama od kat. A + B + C 1 - 1233,236 miliona tona, C 2 - 2001,113 miliona tona, vanbilansno - 468,753 miliona tona.

Najveći dio bilansnih rezervi uljnih škriljaca u okrugu (53,9%) nalazi se na 24 lokacije za podzemnu eksploataciju u Samarskoj regiji. Nešto manji dio bilansnih rezervi uljnih škriljaca u okrugu (30,5%) uzima se u obzir u 4 područja za otvorenu eksploataciju u Orenburškoj regiji, 6 područja za podzemnu i jednu za površinsku eksploataciju u Saratovskoj regiji (11,7%) iu pet oblasti za podzemni razvoj u regionu Uljanovsk (3,9%).

Bilansne rezerve uljnih škriljaca na pet otvorenih kopa su 33,8 od onih u Volškom federalnom okrugu. Preostale bilansne rezerve uljnih škriljaca u okrugu su obračunate na 35 lokacija za podzemnu eksploataciju. Međutim, ne samo na ovim prostorima otkriveni su uljni škriljci, već iu Republici Tatarstan (tabela 1), Republici Baškiriji itd., a svi su iste geološke starosti - jurski period.

Međutim, od najvećeg su interesa karakteristike uljnog škriljca ležišta Kašpirskoye (tabela 2), jedinog trenutno industrijskog razvoja.

Na sl. 1 prikazuje shematski dijagram toka procesa, a c - princip rada.

Tabela 1

Karakteristike uljnih škriljaca Republike Tatarstan

tabela 2

Karakteristike kašpirskih uljnih škriljaca

Rice. 1. Tehnološki dijagram termičke obrade uljnih škriljaca u postrojenju UTT-3000: 1 - vazdušna fontana sušara; 2 - ciklon od suvog škriljaca; 3 - mikser; 4 - bubanj reaktor; 5 - komora za prašinu; 6 - tehnološko ložište; 7 - obilaznica; 8 - ciklon rashladne tečnosti; 9 - ciklon pepela; 10 - kotao na otpadnu toplotu; 11 - izmjenjivač topline pepela

Glavni komercijalni proizvodi termičke obrade 1 tone škriljaca, kalorijske vrijednosti Q n p = 8,4 MJ/kg, su:

1) tečno kotlovsko gorivo sa niskim sadržajem sumpora i pepela kalorijske vrednosti 37,0 MJ/kg u količini od 90 kg;

2) tečno gasno turbinsko gorivo kalorijske vrednosti 39,0 MJ/kg u količini od 40 kg;

3) polukoksni gas toplotne vrednosti 46,1 MJ/m3 u količini od 39,6 m3;

4) gas benzin sa toplotnom vrednošću 41,2 MJ/kg u količini od 7,9 kg.

U ovom slučaju procesni gas odvojen u aparatu 5 može postati alternativa naftnoj sirovini u sljedećim procesima: proizvodnja metanola; sinteza etilen glikola i glicerola; katalitička sinteza metana, proizvodnja etilena i etana; sinteza zasićenih, nezasićenih i viših ugljovodonika i niz drugih.

Pitanja efikasne upotrebe goriva pri njegovoj složenoj preradi sa proizvodnjom električne i toplotne energije, sintetskog gasa, vodonika i hemijskih proizvoda oduvek su bila u fokusu pažnje domaćih i stranih termoenergetičara. Provedena su istraživanja kompleksne prerade uljnih škriljaca Volga u plinskim generatorima Lurgi korištenjem parno-kiseoničkog i parno-vazdušnog mlazovanja pod pritiskom do 2 MPa. Nastali plin uglavnom se sastoji od zapaljivih plinova, katrana i plinskog benzina, njegova kalorijska vrijednost dostiže 16 MJ/m 3. Dijagram postrojenja s kombinovanim ciklusom koji koristi proizvode gasifikacije prikazan je na Sl. 2.

Za ovu šemu izvršena je optimizacija šema i radnih parametara gasifikacije sumpornog škriljaca Povolške regije za upotrebu u CCGT jedinicama. Istovremeno, odlikuje ga prilično visoka ekonomska efikasnost (u cijenama iz 2005.): NPV = 2082,28 miliona rubalja, tj. 3,9 puta veći od slične instalacije na prirodni gas, indeks profitabilnosti je veći za 28,9%, a rok povrata je šest mjeseci kraći.

Danas su od posebnog značaja postrojenja za termičku obradu uljnih škriljaca na bazi cevastih reaktora gasno-suspenzivnog tipa (sl. 3). Princip rada instalacije detaljno je opisan u.

Ova instalacija omogućava efikasno upravljanje procesom termičke obrade čvrstog goriva i dobijanje proizvoda traženog kvaliteta. U tu svrhu koriste se brzi načini zagrijavanja suspenzije gorivnog plina u cijevastim reaktorima i hlađenja nastalih para-gasnih ciljnih proizvoda u izmjenjivaču topline za gašenje. Promjenom nivoa temperature i vremena zadržavanja oba toka u zoni toplinske obrade, moguće je utjecati na sastav nastalih proizvoda.

Rice. 2. Šematski dijagram CCGT agregata sa gasifikacijom uljnog škriljaca u ciklusu: GG - generator gasa; SK - skruber za čišćenje parno-gasne mješavine od smolnih proizvoda i vodene pare; X - predhladnjak; Ab - fini apsorber za kisele gasove; DB-1, DB-2 - desorber prve i druge faze prečišćavanja; I - isparivač vode-amonijaka AbHM; AbX - AbXM apsorber; K - AbXM kondenzator; G - AbXM generator; RK - reakciona komora postrojenja za proizvodnju sumpora; KUs - kotao za rekuperaciju postrojenja za proizvodnju sumpora; Ks - sumporni kondenzator; P - separator tečnosti; BWW - sistem za biohemijski tretman otpadnih voda; ASU - jedinica za odvajanje vazduha; ov - rashladna voda; sb - benzin iz škriljaca

Rice. 3. Šema instalacije pirogasifikacije: 1 - kućište; 2 - distributivna gasna mreža; 3 - fluidizirani sloj; 4 - cijevni reaktori; 5, 8 - hranilice za doziranje; 6, 9 - separatori; 7 - izmjenjivač topline za stvrdnjavanje; 10 - izmjenjivač topline pepela; 11 - tehnološka peć; 12 - izmjenjivač topline plin-vazduh; 13 - uspon

Za doziranje čestica goriva u cijevi reaktora može se koristiti fluidizirani sloj. Dozatori ovog tipa se uspješno koriste za opskrbu ugljenom prašinom u gorionike velikih kotlova.

Postojeće i razvijajuće metode pirogasifikacije omogućavaju pretvaranje 60-70% ugljika prisutnog u čvrstom gorivu u zapaljive plinove. Preostala količina se troši tokom procesa sagorevanja da bi se proizvela toplota neophodna za izvođenje endotermnih reakcija gasifikacije.

Zaključak

Prikazana je obećavajuća mogućnost zamjene tradicionalnih izvora ugljovodonika za proizvodnju procesnih plinova korištenjem resursa uljnih škriljaca. Prikazane su najproučavanije sheme za integrirano korištenje uljnih škriljaca za dobivanje energije, električne i toplinske energije.

Studija je sprovedena uz finansijsku podršku Ruske fondacije za osnovna istraživanja i Vlade Republike Tatarstan u okviru naučnog projekta br. 15-48-02313 “R_Volga_a”.

Bibliografska veza