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 |

Разработка новых технологических решений при получении печного техуглерода

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Лапшин Михаил Петрович

Разработка новых технологических решений

При получении печного техуглерода

Специальность 05.17.07 – Химия и технология топлив и
специальных продуктов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата

технических наук

Москва - 2007

Работа выполнена на Сосногорском газоперерабатывающем заводе и в Обществе с ограниченной ответственностью «Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - ВНИИГАЗ».

Научный руководитель доктор технических наук

Шурупов С.В.

Официальные оппоненты: доктор химических наук

Арутюнов В.С.;

доктор технических наук

Хафизов Ф.Ш.

Ведущая организация: Институт высоких температур РАН

(ИВТАН), г. Москва

Защита состоится «___» ___________ 2007 г. в 13 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 511.001.01 при ООО «ВНИИГАЗ» по адресу: 142717, Московская обл., Ленинский район, пос. Развилка, ВНИИГАЗ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ООО «ВНИИГАЗ».

Автореферат разослан «____» __________ 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

д. г.-м. н. Н.Н. Соловьев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

В настоящее время на Сосногорском ГПЗ производится от 20 до 25 тыс. т/год техуглерода П701 (N772 по классификации ASTM), на что расходуется от 130 до 160 млн. нм3/год природного газа. Недостатком существующей технологии производства техуглерода при неполном горении природного газа является невысокий выход дисперсного продукта (25 масс.%) на потенциальное количество углерода углеводородного сырья. Ведущие мировые фирмы производят малодисперсные марки техуглерода из жидкого углеводородного сырья с выходом продукта 50-60 масс. %.

Процесс производства техуглерода П701 (N772) при неполном горении природного газа, разработанный более 40 лет назад, может быть модернизирован, в частности, повышен выход продукта. Поэтому разработка новых технологических решений по повышению выхода техуглерода в условиях существующей на Сосногорском ГПЗ производственной инфраструктуры является актуальной задачей исследований.

Цель работы

Разработка новых технологических решений при получении печного техуглерода П701 (N772) с учетом существующей на Сосногорском ГПЗ инфраструктуры для повышения технико-экономических показателей процесса.

Основные задачи

  • исследование процесса получения техуглерода П701 (N772) при неполном горении природного газа.
  • исследование процессов образования грита и минерализации дисперсного продукта при производстве печного техуглерода.
  • обоснование мероприятий по повышению эффективности производства техуглерода П701 (N772) при неполном горении природного газа.
  • научное обоснование процесса производства техуглерода П701 (N772) из газожидкостного сырья и его промышленное испытание.

Научная новизна

Установлены закономерности процесса получения печного техуглерода П701 (N772) при неполном горении природного газа. Обоснована взаимосвязь основных технологических параметров процесса сажеобразования при неполном горении природного газа (температура, время контакта) и определены условия максимального выхода продукта при фиксированном значении удельной поверхности техуглерода.

Установлены основные факторы использования композиционного газожидкостного сырья в макродиффузионном пламени, обеспечивающие наибольшую дисперсность при сохранении достаточно высокого выхода продукта. Рассмотрены условия, определяющие и обеспечивающие необходимую тонкость распыла сырья.

Основные положения, представляемые к защите

1. Способ получения техуглерода П701 (N772) при неполном горении природного газа, обеспечивающий увеличение выхода дисперсного продукта с 25 до 40% при повышении температуры в реакционной печи с 1200 до 1400 оС.

2. Способ производства техуглерода П701 (N772) из газожидкостного сырья (смесь природного газа и остаточных фракций газового конденсата, образующихся в качестве побочной продукции на Сосногорском ГПЗ), обеспечивающий увеличение выхода дисперсного продукта на 40%, по сравнению с существующим производством при неполном горении природного газа при температуре в реакционной печи 1200 оС.

3 Технологическая схема переработки остаточных высокопарафинистых фракций газового конденсата, имеющих высокую температуру кипения, в техуглерод П701 (N772) с использованием существующего на заводе оборудования.

Практическая ценность

  1. Эффективность предлагаемых технологий по сравнению с традиционными процессами заключается в экономии природного газа, повышении выхода техуглерода и улучшении экологической обстановки в регионе. Экономический эффект от внедрения мероприятий по использованию фракций газового конденсата в качестве сырья для производства техуглерода П701 (N772) при объёме производства 24 тыс. т/год составит 50 млн. руб./год.
  2. В промышленную эксплуатацию внедрены две линии производства печного техуглерода П701(N772) из газожидкостного сырья на Сосногорском ГПЗ.

Апробация работы

Результаты работы докладывались на научно-технических конференциях по малотоннажной переработке нефти и газа в республике Саха (г. Якутск, 2001 г.); а также на научно-техническом совете ОАО «Газпром» (г. Сургут, 2002 г.), международной конференции по переработке газа, (г. Орландо, США, 2002 г.).

Публикации

Основные результаты диссертации опубликованы в 9 научных работах, 3 из которых в журналах, входящих в «Перечень…» ВАК Минобрнауки РФ.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, выводов, списка использованных источников и приложения. Диссертация изложена на 114 страницах машинописного текста, содержит 25 рисунков и 25 таблиц. Библиографический список включает 129 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении охарактеризованы особенности технологии производства техуглерода при неполном горении углеводородного сырья.

Глава 1. Перспективы совершенствования процессов производства техуглерода

Техуглерод - это дисперсный продукт, образующийся при неполном горении или пиролизе углеводородного сырья, и характеризующийся набором физико-химических показателей, определяющих его качество.

Ежегодно в мире производится свыше 9 млн. т/год техуглерода различных марок на 146 заводах в 35 странах. Объем производства техуглерода в России в 2005 г. составил ~700 тыс. т. Основные производители техуглерода в России представлены в таблице 1.

Таблица 1

Объем производства техуглерода в России, тыс. т

Завод-изготовитель Объем производства
ОАО «Ярославский технический углерод» 193,1
ОАО «Омсктехуглерод» 206,6
АООТ «Волгоградский завод технического углерода» 94,1
ОАО «Нижнекамсктехуглерод» 100,1
ОАО «Ивановский техуглерод и резина» 26,0
ОАО «Туймазинский завод техуглерода» 25,4
Сосногорский газоперерабатывающий завод 33,6
Всего в России: 678,9

Структура потребления техуглерода в промышленности представлена на рисунке 1, который показывает, что основная масса техуглерода (68-70%) потребляется при производстве автомобильных шин.

  Структура потребления-2

Рисунок 1

Структура потребления техуглерода в России и мире

Структура потребления техуглерода мировыми компаниями-изготовителями шин приведена на рисунке 2, который показывает, что принципиальным отличием зарубежных компаний от российских является высокий уровень применения в шинах техуглерода 300-х марок с удельной поверхностью 80-90 м2/г (46-49%, против 8%) и использование техуглерода 600-х и 700-х марок с удельной поверхностью 35-45 м2/г (15-22%, против 11%).

Рисунок 2

Структура потребления различных марок техуглерода ведущими мировыми компаниями по производству автомобильных шин

Техуглерод П701 (N772) применяется в производстве каркасов, резинотехнических изделий, печатных красок, в качестве пигмента для пластмасс. Продукт пользуется устойчивым экспортным спросом.

Основным способом получения техуглерода является печной процесс, при котором дисперсный углерод образуется при неполном горении углеводородного сырья. Широко известны работы российских ученых П.А. Теснера, Т.Г. Гульмисаряна, В.Ф. Суровикина, А.В. Крестинина, С.В. Шурупова, в которых показано, что технологические условия и углеводородный состав сырья определяет основные показатели качества дисперсного продукта (дисперсность, структурность) и влияют на экономические показатели процесса, в частности, на удельный расход продукта и расход топливного газа. Создание техуглерода, отвечающего требованиям потребителей, наряду с повышением удельного выхода дисперсного продукта, являются важными исследовательскими и прикладными задачами.

Основным недостатком существующей технологии производства техуглерода при неполном горении природного газа является невысокий выход дисперсного продукта (25 масс.%) в расчете на потенциальное количество углерода, содержащееся в исходном углеводородном сырье.

На рисунке 3 представлена динамика изменения цены на природный газ (USD/т) и, соответственно, себестоимости продукта (USD/т) на Сосногорском ГПЗ в последние годы.

  Себестоимость и цена-8

Рисунок 3

Себестоимость и цена техуглерода П701 (N772)

Себестоимость производства техуглерода П701 (N772) неуклонно приближается к цене реализации продукта. При цене на газ 30-35 USD/т (что соответствует цене 22-28USD/1000 м3) производство техуглерода П701 (N772) становится нерентабельным, поэтому ведущие мировые фирмы производят аналогичные марки техуглерода из жидкого ароматизированного углеводородного сырья с выходом продукта 50-60 масс.%.

Поиск технологических решений, направленных на повышение выхода дисперсного продукта, при неполном горении высокопарафинистого углеводородного сырья представляет собой важную задачу, решение которой позволит снизить себестоимость продукции.

Существующая на заводе технология получения техуглерода П701 (N772), может быть модернизирована, в частности, повышен выход продукта при переходе на газожидкостной процесс (использование в качестве сырья смеси природного газа и остаточных фракций газового конденсата), а также при изменении технологического режима неполного горения природного газа (повышение температуры в реакционной печи до 1400 оС).

Глава 2. Объекты и методы исследования

В основе технологии получения техуглерода П701(N772) лежит процесс неполного горения углеводородов в диффузионном факеле (рисунок 4).

В реакторе одновременно протекают процессы горения природного газа с получением тепла, окисление продуктов, образующихся при неполном горении, пиролиз углеводородов с образованием техуглерода, а также реакции взаимодействия техуглерода с газообразными продуктами, находящимися в реакционной зоне. Специфика процессов горения и газификации углеводородов и сажи такова, что реакции не достигают термодинамического равновесия. Процесс осуществляется в динамических условиях, поэтому стехиометрическое выражение неполного горения углеводородов, в частности метана, записывают в общем, виде:

1CH4 + 2 O2 + 3,76 2N2

3,76 2 N2 + 3 CO + 4CO2 + 5 H2 + 6 H2O + 7 CH4 + 8 C2 + 9Cтв, (1)

i – стехиометрические коэффициенты реагентов и продуктов реакции.

Коэффициенты в уравнении (1) связаны между собой и на практике определяются на основании данных хроматографического анализа отходящих газов.

Основными условиями, определяющими степень превращения сырья в техуглерод, являются температура в реакторе, состав сырья и время пребывания аэрозоля в зоне высоких температур.

Реакции, протекающие в камерах горения, приводят к установлению в реакторе температуры 1200-1250 оС. Сажевый аэрозоль, образующийся в объёме реактора, находится в зоне высоких температур 1-2 с. Для прекращения реакций газификации техуглерода, приводящих к его потере, в сажевый аэрозоль на выходе из реактора впрыскивают воду, при этом температура понижается до 900 оС Охлаждённый аэрозоль из активатора поступает в скруббер, где охлаждается до 180-230 оС водой, подаваемой из форсунки. Из скруббера охлаждённый аэрозоль направляется в электрофильтр, где на электродах осуществляется улавливание техуглерода. Дымовые газы, образующиеся на различных стадиях процесса, поступают в печь дожига перед выбросом в атмосферу.

Производство техуглерода П701 (N772) из газообразного или газожидкостного сырья на Сосногорском ГПЗ состоит из двух участков, каждый из которых включает 7 линий (6 – в эксплуатации, 1 – в резерве), состоящих из 2 идентичных реакторов и общим активатором, скруббером и электрофильтром.

Рисунок 4

Схема получения техуглерода N772 из газожидкостного сырья

При переработке газового конденсата на Сосногорском ГПЗ в качестве побочных продуктов образуются остаточные фракции, содержащие до 80 масс.% тугоплавких парафиновых углеводородов, реализация которых в качестве товарных продуктов затруднена. При небольших объёмах побочной продукции создание новых производств по их глубокой переработке не оправдано.

Вовлечение в переработку нефтегазоконденсатных месторождений потребовало изменения технологической схемы завода, в т.ч. разработку мероприятий по утилизации фракций газового конденсата с температурой начала кипения >300 0С. Суммарное количество высокопарафинистых фракций может составить до 35 тыс. т/год, что обуславливает целесообразность утилизации фракций в качестве сырья для производства техуглерода с использованием существующего на заводе оборудования. В качестве жидкого сырья для получения техуглерода П701 (N772) предполагается использовать дистиллятные фракции переработки газового конденсата. Такими фракциями являются:

  • сырье 1 - остаток однократного испарения стабильного конденсата при подготовке сырья для производства автобензина по процессу цеоформинг;
  • сырье 2 - дистиллятная фракция 165-КК (360 оС);
  • сырье 3 - фракция 300-КК (360 оС) конденсата, перерабатываемого на заводе в настоящее время;
  • сырье 4 - фракция 300-КК (415 оС) конденсата - перспективное сырье.

Характеристика этих фракций приведена в таблице 2.

Все фракции характеризуются высоким содержанием парафиновых углеводородов и низким содержанием ароматики, что обуславливает их низкую тенденцию к сажеобразованию и нецелесообразность использования для производства высокодисперсных марок техуглерода. Однако, они могут быть использованы для увеличения выхода малодисперсного техуглерода П701(N772). Отметим невысокое содержание серы во всех образцах.

Таблица 2 - Физико-химические свойства фракций конденсата

Показатель Сырье
1 2 3 4
Плотность, кг/м3 -при 20 0С -при 50 0С 753 - 820 - - 816 - 823
Вязкость кинематическая при 200С, мм2/с 2,87 5,0
Интервалы выкипания, 0С 60-360 165-360 300-360 300-415
Содержание серы, масс.% 0,05 0,07 0,1 0,2
Температура застывания, 0С 0…+5 +12…+17 +45…+55 +50…+65
Групповой состав, масс.%: -парафины -нафтены -арены 60…70 15…10 25…20 65…75 15…10 20…15 70…80 15…10 15…10 75…85 12…7 13…8
Индекс корреляции 11 22,3 19,3 22,7
Тенденция к сажеобразованию при 1300 0С, N0, г-1 1,201014 1,181014 1,061014 1,061014
Молекулярная масса 150-170 220-240 360-380 390-410


Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 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.