Попутный нефтяной газ

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Производство и технологии


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Содержание

  • Введение и описание установки
  • Назначение
  • Устройство и принцип работы
  • Расчет материального баланса
  • Расчет статьи расхода
  • Расчет теплового эффекта реакций
  • Физическое тепло реагентов
  • Физическое тепло продуктов
  • Вывод
  • Список используемой литературы

Введение и описание установки

Попутный нефтяной газ — смесь углеводородов, получаемых при добыче и сепарации нефти. Это побочный продукт нефтедобычи, состоящий из метана, этана, пропана, изобутана, бутана. Попутно нефтяной газ может включать также другие примеси различного состава и фазового состояния.

ПНГ является ценным углеводородным компонентом, выделяющимся из добываемых, транспортируемых и перерабатываемых содержащих углеводороды минералов на всех стадиях инвестиционного цикла жизни до реализации готовых продуктов конечному потребителю.

Основными путями утилизации ПНГ являются переработка на ГПЗ, генерация электроэнергии, сжигание на собственные нужды, закачка обратно в пласт для интенсификации нефтеотдачи (поддержание пластового давления), закачка в добывающие скважины — использование «газлифта». Так как ПНГ имеет высокую теплотворную способность он является важным сырьем для энергетики. В данной работе сжигание ПНГ используется для отопительной системы, горячего водоснабжения и вентиляции. По типу источника нагрева используется газовый котел марки RS-D

попутный нефтяной газ утилизация

Назначение

Котлы серии RS-D являются водогрейными водотрубными котлами гидронного типа с газоплотной топкой, работающими на попутно нефтяном, природном, сжиженном газе.

Сферы применения: системы отопления и вентиляции, горячее водоснабжение промышленных, административных, коммунально-бытовых и сельскохозяйственных объектов, обеспечение тепловой энергией технологического оборудования.

Котлы RS-D производятся серийно в диапазоне номинальной мощности от 250 кВт до 10 000 кВт. Котлы RS-D имеют устойчивые несущие опоры и могут быть установлены на ровном прочном полу без дополнительного фундамента.

Особенности специальная «прощающая» конструкция теплообменника, свободно плавающего в каркасе котла, предусматривает возможность резкого охлаждения и нагрева без возникновения механических напряжений;

эффективная циркуляция теплоносителя по топочным трубам со скоростью 2 м/сек увеличивает интенсивность теплообмена примерно в 8 раз;

благодаря высокой скорости циркуляции воды, в топочных трубах создается турбулентный поток, который в несколько раз снижает отложения накипи на стенках труб;

благодаря применению в топке поперечно-оребренных труб, котел имеет относительно малый вес и низкую тепловую инертность;

исключительно малый водяной объем делает котел более безопасным при превышении рабочего давления или при перегреве воды;

низкое сопротивление газового тракта позволяет расширить диапазон регулирования горелочного устройства;

большой объем топки и низкое тепловое напряжение топочного пространства позволяют поддерживать низкие выбросы CO2

все сварные швы на топочных трубах вынесены за пределы топки, что облегчает доступ к ним при ремонте котла;

передняя крышка с установленной на ней горелкой может открываться по необходимости вправо или влево, что обеспечивает удобство в обслуживании котла.

Устройство и принцип работы

Котлы серии «RS-D» являются водогрейными котлами с водотрубным скоростным теплообменником. Котлы относятся к классу гидронных, т. е. скорость воды в трубах теплообменника, образующих топку, достигает 2 м/сек. Топка котла образована горизонтальными оребренными трубами, расположенными по окружности и соединенными в змеевик.

1 — патрубок выхода теплоносителя; 2 — патрубок входа теплоносителя; 3 — выход отработавших газов; 4 — декоративный кожух; 5 — теплоизоляция; 6 — каркас; 7 — теплообменник; 8 — плита передняя; 9 — плита задняя; 10-крышка.

В одном котле, в зависимости от типоразмера, расположено от 1 до 6 параллельных змеевиков. Задняя торцевая стенка топки выполнена в виде плоской плиты с цилиндрической водяной камерой, разделенной по окружности на две отдельные полости, в нее врезаны все трубы теплообменника и патрубки входа и выхода воды. Передняя торцевая стенка топки выполнена в виде плоской плиты с расположенной на ней неохлаждаемой открывающейся крышкой. Крышка изнутри защищена огнеупорным материалом.

Для улучшения омывания дымовыми газами и увеличения интенсивности теплопередачи, снаружи на оребренные трубы топки установлены газовые рассекатели, представляющие собой профильные пластины из жаропрочной стали. Таким образом, топка котла снаружи заключена в герметичный газовый короб. Продукты сгорания из топки котла проходят между оребренными экранными трубами, отдавая им тепло, и попадают в газовый короб, откуда удаляются через газоход. Отличительной особенностью данного котла от водотрубных котлов других производителей является то, что благодаря применению оребренных труб — удалось объединить радиационную и конвективную поверхности нагрева в одно целое, что позволило уменьшить металлоемкость, существенно снизить вес котла и его размеры.

Относительно малый вес и размеры делают котел незаменимым при установке его в блочно-модульных котельных, где габариты и вес имеют решающее значение.

Специальная «прощающая» конструкция теплообменника, свободно плавающего в каркасе котла, предусматривает возможность резкого охлаждения и нагрева без возникновения механических напряжений. Трубы теплообменника выполнены в виде змеевиков, жестко закрепленных только на задней стенке котла, тепловое расширение труб происходит свободно в сторону передней части котла, повороты труб дополнительно компенсируют возможные тепловые перекосы. Повороты труб вынесены за пределы топки, для облегчения доступа к сварным швам при ремонте. По сравнению с жаротрубными реверсивными котлами, топка нашего котла имеет меньшее аэродинамическое сопротивление, так как не все дымовые газы возвращаются назад к передней стенке, а уходят сразу в газоход по всей площади топки, что позволяет подбирать горелки меньшего типоразмера и снижать уровень шума при работе горелки на полной мощности.

Расчет материального баланса

Таблица 1

Расчет статьи прихода:

Приход

Название

Формула

% об.

V м3/ч

n (к моль)

m (кг)

О2, кмоль

О2, кг

Вода (18)

Н2О

2,6

52

2,321

41,778

-

-

Азот+редкие (28)

N2

2,5

50

2,232

62,496

-

-

Метан (16)

CH4

48

960

42,857

685,712

85,714

2742,848

Этан (30)

C2H6

18

360

16,071

482,130

56,249

1799,968

Пропан (44)

C3H8

15

300

13,393

589,292

66,965

2142,880

Изобутан (58)

C4H10

2

40

1,786

103,588

11,609

371,488

н-бутан (58)

C4H10

3,3

66

2,946

170,868

19,149

612,768

Изопентан (72)

C5H12

1,5

30

1,339

96,408

10,712

342,784

н-пентан (72)

C5H12

1,5

30

1,339

96,408

10,712

342,784

Гексаны (86)

C6H14

1

20

0,893

76,798

8,484

271,488

Гептаны (100)

C7H16

0,5

10

0,446

44,600

4,906

156,992

Октаны (114)

С8Н18

0,1

2

0,089

10,146

1,113

35,600

Нонаны (129)

С9H20

0,1

2

0,089

11,392

1,246

39,872

Итого:

100

1922

2471,616

276,8585

8859,472

Уравнения реакции:

CH4 + 2O2 = CO2 + 2Н2О, C2H6 + 3. 5O2 = 2CO2 + 3Н2О

C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4Н2О, i-C4H10 + 6. 5O2 = 4CO2 + 5Н2О

n-C4H10 + 6. 5O2 = 4CO2 + 5Н2О, i-C5H12+ 8O2 = 5CO2 + 6Н2О

n-C5H12+ 8O2 = 5CO2 + 6Н2О, C6H14 + 9. 5O2 = 6CO2 + 7Н2О

C7H16 + 11O2 = 7CO2 + 8Н2О, С8Н18 + 12. 5O2 = 8CO2 + 9Н2О

С9H20 + 14O2 = 9CO2 + 10Н2О

С помощью них рассчитываем теоритическое количество и массу кислорода нужного для поддержания горения:

По уравнению 1 следует, что n (CH4) =2n (O2) =41,778*2=85,714кмоль

m (O2) =85,741*32=2742,848кг

По уравнению 2 следует, что n (C2H6) =3,5n (O2) =16,071*3,5=56,249кмоль

m (O2) =56,249*32=1799,968кг

По уравнению 3 следует, что n (C3H8) =5n (O2) =13,393*5=66,965кмоль

m (O2) =66,965*32=2142,88кг

По уравнению 4 следует, что n (i-C4H10) =6,5n (O2) =1,786*6,5=11,609кмоль

m (O2) =11,609*32=371,488кг

По уравнению 5 следует, что n (O2) =2,946*6. 5=19,149кмоль

m (O2) =19,149*32=612,768кг

По уравнению 6 следует, что n (O2) =1,339*8=10,712кмоль

m (O2) =10,712*32=342,784 кг, уравнение 7 аналогично.

По уравнению 8 следует, что n (O2) =9,5*0,893=8,484кмоль

m (O2) =8,484*32=271,488кг

По уравнению 9 следует, что n (O2) =11*0,446=4,906кмоль

m (O2) =4,906*32=156,992кг

По уравнению 10 следует, что n (O2) =0,089*12,5=1,1125кмоль

m (O2) =1,1125*32=35,600кг

По уравнению 11 следует, что n (O2) =0,089*14=1,246кмоль

m (O2) =1,246*32=39,872

Всего n (O2) =276,8585кмоль, m (O2) =8859,472кг

Данные заносятся в таблицу 1.

Расчет статьи расхода

Уравнения реакции:

CH4 + 2O2 = CO2 + 2Н2О, C2H6 + 3. 5O2 = 2CO2 + 3Н2О

C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4Н2О, i-C4H10 + 6. 5O2 = 4CO2 + 5Н2О

n-C4H10 + 6. 5O2 = 4CO2 + 5Н2О, i-C5H12+ 8O2 = 5CO2 + 6Н2О

n-C5H12+ 8O2 = 5CO2 + 6Н2О, C6H14 + 9. 5O2 = 6CO2 + 7Н2О

C7H16 + 11O2 = 7CO2 + 8Н2О,

С8Н18 + 12. 5O2 = 8CO2 + 9Н2О

С9H20 + 14O2 = 9CO2 + 10Н2О

По уравнению 1 следует, что n (CH4) =n (CO2) =42,857кмоль, m (CO2) =42,857*44=1885,708кг

n (CH4) =2n (Н2О) =42,857*2=85,714кмоль, m (Н2О) =85,714*18=1542,852кг

По уравнению 2 следует, что n (CO2) =16,071*2=32,142кмоль m (CO2) =32,142*44=1414,248кг

n (Н2О) =16,071*3=48,213кмоль, m (Н2О) =48. 213*18=867,834кг

По уравнению 3 следует, что n (CO2) =13,393*3=40,179кмоль, m (CO2) =40,179*44=1767,876кг

n (Н2О) =13,393*4=53,572кмоль, m (Н2О) =53,572*18=964,296кг

По уравнению 4 следует n (CO2) = 7,144кмоль, m (CO2) =314,336кг

n (Н2О) = 8,93кмоль, m (Н2О) =160,740кг

По уравнению 5 следует, что n (CO2) = 11,784кмоль, m (CO2) =265,140кг

n (Н2О) = 14,73 кмоль, m (Н2О) =265,14кг

По уравнению 6 следует, что n (CO2) =6,695 кмоль, m (CO2) =294,58кг

n (Н2О) = 8,034 кмоль, m (Н2О) =144,612кг

Уравнение 7 аналогично 6.

По уравнению 8 следует, что

n (CO2) = 5,358 кмоль, m (CO2) =235,752 кг

n (Н2О) =6,251 кмоль, m (Н2О) =112,518 кг

По уравнению 9 следует, что n (CO2) =3,122 кмоль, m (CO2) =137,368 кг

n (Н2О) =3,568 кмоль, m (Н2О) =64,224 кг

По уравнению 10 следует что, n (CO2) = 0,712 кмоль, m (CO2) =31,328кг

n (Н2О) =0,801кмоль, m (Н2О) =14,418кг

По уравнению 11 следует что, n (CO2) =0,801кмоль, m (CO2) =35,244кг

n (Н2О) =0,89кмоль, m (Н2О) =16,02кг

Всего n (CO2) =157,489 кмоль,

m (CO2) =6929,500 кг, n (Н2О) =238,737 кмоль, m (Н2О) =4297,300 кг

Данные заносятся в таблицу 2.

Таблица 2

Расход

Название

кмоль

кг

СО2

?157,489

?6929,500

Н2О

?238,737

?4297,300

N2+редкие

2,232

62,496

H2O

2,321

41,778

Итого

11 331,074

Все полученные данные заносятся в таблицу 3.

Таблица 3 Материальный баланс процесса

Приход

Расход

Название

Кг

Кг

Н2О

41,778

41,778

Азот+редкие

62,496

62,496

ПНГ

2367,300

-

О2

8859,500

-

СО2

-

6929,500

Н2О

-

4297,300

Итого

11 331,074

11 331,074

Расчет теплового эффекта реакций

По закону Гесса тепловой эффект реакции равен сумме теплот образования продуктов за вычетом суммы теплот образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов.

ДНреак= (nCO2+H2O) — (CnH2n+2)

CH4 + 2O2 = CO2 + 2Н2О

ДНреак = (-393 510 +2* (-241 840)) +74 850= - 802 340кДж/кмоль

C2H6 + 3. 5O2 = 2CO2 + 3Н2О

ДНреак = (2* (-393 510) +3* (-241 840)) +84 670= - 1 427 870кДж/кмоль

C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4Н2О

ДНреак = (3* (-393 510) +4* (-241 840)) +103 900= - 2 043 990 кДж/кмоль

i-C4H10 + 6. 5O2 = 4CO2 + 5Н2О

ДНреак = (4* (-393 510) +5* (-241 840)) +131 600= - 2 651 640 кДж/кмоль

n-C4H10 + 6. 5O2 = 4CO2 + 5Н2О

ДНреак = (4* (-393 510) +5* (-241 840)) +124 700= - 2 658 540 кДж/кмоль

i-C5H12+ 8O2 = 5CO2 + 6Н2О

ДНреак = (5* (-393 510) +6* (-241 840)) +154 500 = - 3 264 090 кДж/кмоль

n-C5H12+ 8O2 = 5CO2 + 6Н2О

ДНреак = (5* (-393 510) +6* (-241 840)) +146 400= - 3 272 190 кДж/кмоль

C6H14 + 9. 5O2 = 6CO2 + 7Н2О

ДНреак = (6* (-393 510) +7* (-241 840)) +167 190= - 3 886 750 кДж/кмоль

C7H16 + 11O2 = 7CO2 + 8Н2О

ДНреак = (7* (-393 510) +8* (-241 840)) +187 820= - 4 877 110 кДж/кмоль

С8Н18 + 12. 5O2 = 8CO2 + 9Н2О

ДНреак = (8* (-393 510) +9* (-241 840)) +208 400= - 5 116 240 кДж/кмоль

С9H20 + 14O2 = 9CO2 + 10Н2О

ДНреак = (9* (-393 510) +10* (-241 840)) +300 000= - 5 659 990 кДж/кмоль

Физическое тепло реагентов

Физическое тепло реагентов может быть найдено по формуле Qф=nct.

Количество реагентов берется по данным материального баланса. (Табл. 1, табл. 2, табл. 3). Теплоемкости веществ:

1. С (Н2О) = 75,31 Дж/моль*град,

2. С (N2) = 29,10 Дж/моль*град,

3. С (СН4) =35,79 Дж/моль*град,

4. С (С2Н6) =52,70 Дж/моль*град,

5. С (С3Н8) = 73,51 Дж/моль*град,

6. С (i-С4Н10) =96,82 Дж/моль*град,

7. С (С4Н10) =97,78 Дж/моль*град,

8. С (i-С5Н12) =120,6 Дж/моль*град,

9. С (С5Н12) =122,6 Дж/моль*град,

10. С (С6Н14) =146,7 Дж/моль*град,

11. С (С7Н16) =170,8 Дж/моль*град,

12. С (С8Н18) =194,9 Дж/моль*град,

13. С (С9Н20) =214,8 Дж/моль*град,

14. С (О2) =29,36 Дж/моль*град.

Физическое тепло компонентов материального потока на входе в аппарат:

1. Q=3495,890 кДж

2. Q=1351,986 кДж

3. Q=30 677,04 кДж

4. Q=16 938,8 кДж

5. Q=19 690,388 кДж

6. Q=3458,41 кДж

7. Q=5761, 198 кДж

8. Q=3229,668 кДж

9. Q=3283,828 кДж

10. Q=2620,062 кДж

11. Q=1523,536 кДж

12. Q=346,322 кДж

13. Q=382,922 кДж

14. Q=162 571,31 кДж

Общее количество физического тепла на входе в аппарат составляет 255 330,782кДж

Суммарная величина статей прихода тепла

Статьями прихода тепла экзотермической реакции является тепло экзотермической реакции и физическое тепло реагентов:

35 660 750+255330,782= 35 916 080,782 кДж

Температуру в зоне реакции принимаем за 1300єС.

Теплоемкости продуктов реакции при T=1300єС:

Формула пересчета теплоемкости для определенной температуры:

Cр=a+bT+c/T2 и Cp=a+bT+cT2+dT3

С (Н2О) = 30,00+10,71*1300*10-3+ ((0,33*105) /13002) =43,943 Дж/моль*град

С (СО2) =44,14+9,04*10-3*1300- ((8,53*105/13002) =55,387 Дж/моль*град

С (N2) =27,87+4,27*10-3*1300=33,421 Дж/моль*град

С (Н2О) = 43,943 Дж/моль*град

Физическое тепло продуктов

Физическое тепло компонентов материального потока на выходе из аппарата:

Q=43,943*1300*238,737= 13 638 065,99 кДж

Q=55,387*1300*157,489= 11 339 696,22 кДж

Q=33,421*2,232*1300=96 974,373 кДж

Q=43,943*2,321*1300=132 589,21 кДж

Теплота испарения воды:

испра=40 680,0 кДж/моль

1. ?Ниспра=40 680,0*238,737=9 711 821,16 кДж

2. ?Ниспра=40 680,0*2,321=94 418,28 кДж

Общее количество физического тепла на выходе в аппарат составляет 35 013 565,233кДж

Полученные данные представляем в таблице 4

Таблице 4

Статьи прихода тепла

кДж

Статьи расхода тепла

кДж

? ДНреак

35 660 750,0

??Ниспра

9 806 239,44

?Q

255 330,782

?Q

25 207 325,793

Итого

35 916 080,782

Потери

902 515,549

35 916 080,782

Потери тепла в данном случае составляют 2,5% от прихода.

Зная общее количество тепла, можем найти приближенную мощность котла для этого 1 джоуль [Дж] = 0. 278 киловатт [кВт]

Мощность котла: 35 013 565,233кДж=35 013 565 233Дж*0. 278=9725. 99кВт=9,7МВт

По полученному значению мощности газового котла, выбираем котел: RS-D10000

Характеристики котла приведены в табл 5.

Таблица 5

Модель котла

RS-D10000

Мощность, МВт

10 000

Вид топлива

Природный газ, дизтопливо, сжиженный газ, попутно нефтяной газ

Средний КПД, %

95

Максимальная температура воды на выходе,°С

110

Максимальное рабочее давление, МПа

0,8−1

Температура уходящих газов, не более,°С

120−170

Гидравлическое сопротивление водяного контура, МПа

0,1

Сопротивление топки, кПа

0,8

Общая поверхность теплообмена, м2

743

Объем камеры сгорания, м3

19,6

Объемная тепловая напряженность топки, мВт/м3

0,54

Водяной объем котла, л

2055

Минимальный расход воды, т/ч

215

Вес котла (без воды), т

11

Вывод

Данная технология направлена на расширение сырьевой базы посредством решения проблемы утилизации ПНГ. Преимущество этой технологии в том, что утилизация ПНГ на получение тепла может проводиться непосредственно на местах нефтедобычи, обеспечивая тепловые и энергетические нужды установки и производственного помещения. Достоинством данного вида газопереработки является простота технологической установки, высокий КПД. Нет нужды дополнительно очищать ПНГ после очищения от серы и углекислого газа. Недостатки данной установки в загрязняющих выбросах атмосферу и необходимость чистки оборудования.

Список используемой литературы

1. Основы расчетов в химической технологии: метод. указания к решению задач и выполнению расчетов в курсовых работах / сост.к. т. н., доцент Т. И. Эпова, к. х. н., Н. Н. Пономарева. — Тольятти: ТГУ, 2007. — 112

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой