авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |

Разработка научных основ повышения эффективности технологий и способов защиты окружающей среды при переработке сероводородсодержащих газов и сернистых нефтей

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Сафин Рашит Рафаилович

РАЗРАБОТКА НАУЧНЫХ ОСНОВ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЙ И СПОСОБОВ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ СЕРОВОДОРОДСОДЕРЖАЩИХ ГАЗОВ И СЕРНИСТЫХ НЕФТЕЙ

05.17.07. – Химия и технология топлив и специальных продуктов

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Астрахань 2010

Работа выполнена в ФГОУ ВПО

«Астраханский государственный технический университет»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Исмагилов Фоат Ришатович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Каратун Ольга Николаевна

доктор химических наук, профессор

Кутепов Борис Иванович

доктор технических наук

Клейменов Андрей Владимирович

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной

технический университет»

Защита состоится « 16 » декабря 2010 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 307.001.04 при Астраханском государственном техническом университете (АГТУ) по адресу:

414025, г. Астрахань, ул. Татищева, 16, 2-ой учебный корпус, ауд. 201

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке АГТУ

(г. Астрахань, ул. Татищева, 16, главный учебный корпус АГТУ)

Автореферат разослан « » ноября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат химических наук, доцент Шинкарь Е.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Стратегия развития российской газо- и нефтеперерабатывающей промышленности, определенная рядом директивных документов на период до 2020 года, предусматривает осуществление мер по коренному оздоровлению экологической обстановки в районах действия предприятий, снижение загрязнения окружающей среды и затрат энергии на переработку при одновременном повышении уровня технической безопасности производства.

Реализация намеченных мероприятий является весьма сложной и требует значительных капитальных вложений. Для сохранения в дальнейшем экономических показателей предприятий в условиях необходимости одновременно успешно решать экологические задачи важным является наряду с освоением новых и усовершенствованием существующих технологических процессов также разработка экологически безопасных комплексных схем переработки сырья, включающие газохимические блоки.

Комплексные газохимические схемы нефте- и газоперерабатывающих заводов отвечают требованиям стратегии развития отрасли. Так, появляется дополнительная возможность обеспечивать максимальное балансирование материальных и энергетических ресурсов и в первую очередь за счет создания комбинированных энерготехнологических установок, обеспечивающих минимальное поступление внешней энергии. Обеспечивается гибкость производства, т.е. возможность работы в условиях изменения количества, качества параметров перерабатываемого сырья, ассортимента, количества и экологических требований к производимому продукту в зависимости от потребностей рынка. Безотходность достигается также кроме указанных выше факторов за счет утилизации неиспользованного сырья, побочных продуктов с получением товарных химических продуктов или полупродуктов. Включение химических блоков в схему завода обеспечивает комплексную переработку сырья с извлечением всех полезных компонентов.

Указанные выше требования должны лечь в основу норм технологического проектирования новых, расширения, реконструкции и технического перевооружения действующих заводов и отдельных производств.

Цель работы. Разработка и оптимизация технологических решений, направленных на повышение экологической безопасности процессов переработки сероводородсодержащих газов и сернистых нефтей.

Задачи исследования. В соответствии с поставленной целью решены

следующие задачи:

  • Совершенствование процесса прямого селективного окисления сероводородсодержащих газов кислородом воздуха на твердых катализаторах с получением серы.
  • Разработка кинетической и математической модели процесса прямого окисления высококонцентрированных сероводородсодержащих газов в псевдоожиженном слое катализатора и оптимизация процесса, а также, разработка технологических способов регулирования и поддержания надежного и устойчивого функционирования процесса.
  • Разработка основ технологии получения коллоидной серы, позволяющие создавать гибкие процессы утилизации сероводородсодержащих газов в условиях изменения концентрации сероводорода и объемов подлежащих утилизации газов и математических моделей и методов оптимизации параметров процесса получения коллоидной серы путем моделирования кластерной структуры.
  • Разработка системы управления процессом прямого окисления сероводородсодержащих газов, включающую:
  • измерение и контроль основных параметров технологического процесса в реальном масштабе времени;
  • регулирование основных параметров технологического процесса, обеспечивающего инвариантность к изменению расхода очищаемого газа и к изменению концентрации в нем сероводорода;
  • автоматизированную защиту установки при нарушениях технологического регламента.
  • Разработка методов утилизации побочных продуктов, получаемых в процессах каталитической очистки меркаптансодержащего углеводородного сырья.
  • Исследование возможности интенсификации процесса выделения сероводорода и легких меркаптанов из жидкого углеводородного сырья за счет комбинирования метода нейтрализации сернистых компонентов и гидроциклонирования.
  • Разработка схем экологически безопасных газохимических комплексов по переработке сероводород- и меркаптансодержащего сырья на основе сочетания новых, усовершенствованных и традиционных технологических процессов.

Научная новизна.

1. Выявлены кинетические закономерности реакции прямого окисления сероводорода на основе механизма, учитывающего диссоциативную адсорбцию сероводорода. Решена обратная кинетическая задача и определены численные значения кинетических параметров, удовлетворительно описывающие результаты эксперимента.

  1. Разработана математическая модель процесса окисления сероводорода в реакторе с псевдоожиженным слоем катализатора, учитывающая впервые тепло- и массообмен в плотной фазе за счет теплопроводности и продольной диффузии, перенос в плотной фазе и фазе пузырей конвективными потоками, а также изменение реакционного объема и возникающего при этом тепломассопереноса за счет стефановского потока.
  2. Разработана математическая модель рециркуляции отходящих газов на начало процесса окисления высококонцентрированных сероводородсодержащих газов в псевдоожиженном слое катализатора, позволяющая определять необходимый объем потоков рециркулята и окислителя, обеспечивающих безопасный уровень концентрации сероводорода в исходном газе и линейную скорость газового потока в реакторе.
  3. Разработаны, теоретически и экспериментально обоснованы способы снижения концентрации капельной серы в отходящих газах процесса получения серы каталитическим гетерогенным окислением сероводородсодержащих газов, и впервые показана возможность их применения после реактора термокаталитического разложения сероводорода с получением серы.
  4. Установлено, что меркаптаны и сероводород газоконденсатов, нефтей и их дистиллятов легко вступают в реакцию с алкил – и оксиалкилзамещенными диоксазинами. Впервые выявлены общие закономерности протекания этой реакции в углеводородной среде и показано, что скорость реакции и глубина конверсии сероводорода и меркаптанов зависит от природы диоксазинов, соотношения реагентов, фракционного состава углеводородов, присутствия асфальто-смолистых компонентов, обводненности и снижается в ряду: бензин > газоконденсат > нефть.
  5. Впервые для процесса получения коллоидной серы разработана математическая модель конденсации серы на основе имитационного моделирования случайных агрегаций, позволяющая проводить расчеты распределения кластеров по размерам при варьировании технологически управляемых параметров процесса конденсации – температуры, объемной подачи газов, времени конденсации.
    Установлены следующие закономерности протекания процесса конденсации серы:
  • конденсация серы протекает в две стадии - быстрая и медленная;
  • с увеличением начальной концентрации серы в газе на входе в конденсатор, образуются более плотные кластеры при прочих одинаковых значениях параметров конденсации;
  • с увеличением времени конденсации кривая распределения кластеров по размерам смещается в сторону больших размеров кластеров. При более высоком содержании серы в газе на входе в конденсатор образуются более крупные кластеры;
  • c увеличением температуры конденсации кривая распределения смещается в сторону больших размеров кластеров;
  • с уменьшением температуры конденсации (увеличение теплосъема) образуются более мелкие и плотные кластеры.
  1. Для повышения эффективности действия и эксплуатационной надежности впервые предложен единый подход проектирования аналоговых и цифровых регуляторов с контурами упреждающего управления по опорному значению и возмущению и контуром обратной связи, позволяющий использовать модели при реализации систем автоматического регулирования на управляющем компьютере и определены диагностические параметры, характеризующие предаварийные и аварийные ситуации, на основе этих параметров синтезированы алгоритмы сигнализации, остановки или аварийной остановки без участия оператора.
  2. Предложен и обоснован способ регулирования оптимального соотношения объемных расходов кислорода и сероводорода, отличающийся от ранее известных тем, что изменение концентрации кислорода в воздухе осуществляется с помощью мембранного газораспределительного аппарата, позволяющий производить очистку газа с концентрацией сероводорода от 10 до 80 %
  3. Предложен и обоснован способ регулирования уровня кипящего слоя катализатора, заключающийся в стабилизации суммарного объемного расхода, поступающего в реактор, за счет изменения расхода рециркулирующего потока с коррекцией по перепаду давления в реакторе, позволяющий производить очистку газа при изменении его расхода в пределах 10 %.
  4. Впервые разработаны четыре математические модели, рекомендованные к использованию как составная часть автоматизированной системы управления технологическим процессом газохимического комплекса и позволяющие решать следующие технологические и экологические задачи при переработке сернистых газов и газовых конденсатов:
  • минимизация суммарного содержания серы в товарных продуктах при одновременном увеличении выпуска товарной серы с учетом ограничений на суммарную прибыль;
  • минимизация содержания серы в отдельных потоках, поступающих на установки c наибольшей экологической нагрузкой;
  • минимизация содержания серы в отдельных товарных продуктах при установленных ограничениях по содержанию серы для остальных продуктов;
  • оптимальное распределение потоков между установками по критерию максимизации выпуска дизельного топлива с ограничением концентрации по сере.
  1. Разработана принципиальная схема экологически безопасного газохимического комплекса, отличающаяся от ранее известных тем, что обеспечивается практически безотходная переработка серосодержащего природного газа. В схеме учитываются требования снижения экологической опасности и сокращения производственных расходов, связанных с добычей, переработкой сернистого сырья и использованием полученной продукции.

Положения, выносимые на защиту.

  • Результаты исследований кинетических закономерностей процесса прямого окисления сероводорода в реакторе с псевдоожиженным слоем катализатора, математические модели и схемы, повышающие эффективность процесса переработки высококонцентрированных сероводородсодержащих газов, система управления технологическими параметрами с целью повышения эксплуатационных показателей этого процесса.
  • Модель конденсации серы из газовой фазы на основе имитационного математического моделирования случайных агрегаций, оптимальные технологические параметры получения коллоидной серы в качестве товарного продукта путем переработки сероводородсодержащих газов.
  • Методы очистки жидких и газообразных углеводородов от сероводорода и меркаптанов поглотительными растворами на основе аминов и формальдегида, технологические приемы и схемы подготовки и переработки газового и нефтегазоконденсатного сырья с целью защиты окружающей среды с получением ценных товарных продуктов.
  • Математический метод регулирования содержания серы на промежуточных и конечных продуктах газоперерабатывающих производств с целью повышения экологической безопасности предприятия.
  • Принципы и схемы создания экологически безопасного газохимического комплекса по переработке сернистого газа и конденсата.

Личный вклад автора заключается в:

  • постановке цели работы, задач исследования, выборе методов и направлений исследования;
  • анализе существующих методов, средств, технологий и способов защиты окружающей среды при переработке и подготовке сероводородсодержащих газов и сернистых нефтей;
  • разработке методов решения поставленных задач, проведении описания и интерпретации результатов, формулировке выводов.
  • разработке принципов и основных подходов по повышению эффективности технологий и способов защиты окружающей среды на нефтедобывающих и перерабатывающих производственных объектах;
  • разработке математических модели реактора и системы управления технологическими параметрами процесса прямого окисления сероводорода в псевдоожиженном слое катализатора с целью повышения эффективности процесса и обеспечения безопасной переработки высококонцентрированных сероводородсодержащих газов;
  • разработке комплекса программ и алгоритма оптимального вычислительного эксперимента, позволяющего моделировать процесс конденсации серы и установлении ряда закономерностей протекания процесса конденсации серы для установления оптимальных технологических параметров получения коллоидной серы в качестве товарного продукта в процессе переработки сероводородсодержащих газов;
  • разработке метода математического моделирования, основанного на формализации технологической схемы газохимического комплекса в виде графа, позволяющий регулировать содержание серы на промежуточных и конечных продуктах газоперерабатывающих производств с целью повышения экологической безопасности предприятия;
  • разработке принципов и схем экологически безопасного газохимического комплекса по переработке сернистого газа и конденсата, обеспечивающих практически безотходную их переработку;
  • разработке и внедрении в соавторстве нормативной и технологической документации производства нейтрализующих реагентов и технологической документации для проведения опытной и опытно-промышленных испытаний процесса прямого окисления сероводорода.

Практическая ценность.

  1. Разработаны и предложены для практического использования принципы построения технологических схем экологически безопасных газохимических заводов, в основе которых лежит совмещение процессов выделения сернистых соединений из углеводородного сырья и процессов химической переработки выделенных при очистке сернистых соединений с получением ценных для народного хозяйства продуктов.
  2. Разработаны и рекомендованы для промышленного использования:
  • усовершенствованный процесс прямого окисления сероводорода и меркаптанов на твердых катализаторах, позволяющий повысить степень извлечения серы за счет применения разработанных систем конденсации паров серы и улавливания капельной серы из хвостовых газов;
  • технологические приемы поддержания параметров процесса прямого окисления высококонцентрированного сероводородсодержащего газа в кипящем слое катализатора, позволяющие повысить надежность и устойчивость процесса;
  • на основании изучения кинетики реакции окисления сероводорода оптимизированный технологический режим ведения процесса и пусковой режим процесса в присутствии углеводородных газов, влаги и избытка кислорода.
  1. Для реакции взаимодействия сероводорода с формальдегидом в присутствии азотсодержащих катализаторов, выявлены оптимальные условия ведения реакций и катализаторы, обеспечивающие возможность использования реакции для создания процесса очистки сероводорода с получением при этом полиметиленсульфида - эффективного реагента для извлечения драгоценных металлов из промышленных отвалов и концентрирования тяжелых металлов из объектов окружающей среды.
  2. Для реакции взаимодействия формальдегида с сероводородом в присутствии алкилзамещенных аминов и этаноламинов, установлены оптимальные соотношения реагентов и режимные параметры, обеспечивающие возможность реакции для очистки газов и жидких углеводородов от сероводорода и меркаптанов.
  3. Разработаны основы технологии получения коллоидной серы, позволяющие создавать гибкие процессы утилизации сероводородсодержащих газов в условиях изменения концентрации сероводорода и объемов подлежащих утилизации газов. Определены и рекомендованы для практического использования оптимальные значения технологических параметров получения коллоидной серы.
  4. Разработаны и рекомендованы для практического использования математические модели процессов прямого окисления сероводорода на твердых катализаторах с получением серы.
  5. Разработаны основы технологии выделения сероводорода и меркаптанов путем комбинирования метода нейтрализации сернистых компонентов и гидроциклонирования газовых конденсатов.
  6. Основные положения и выводы диссертации используются для подготовки инженеров–технологов в Астраханском государственном и Уфимском государственном нефтяном технических университетах, а также, при подготовке инженеров-экологов в Уфимской государственной академии экономики и сервиса.

Реализация работы.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.