Введение к работе
Актуальность работы.
Энерго- и ресурсосбережение становится все более актуальным направлением в различных отраслях промышленности и особенно в топливно-энергетическом комплексе (ТЭК). На предприятиях ТЭК добываются и перерабатываются углеводородные газовые и жидкие смеси.
Процессы переработки газов можно разделить на 2 группы: первичные и вторичные. К первичным отнесены процессы выделения из природных и нефтяных газов отдельных компонентов и фракций. К вторичным отнесены процессы глубокой переработки отдельных компонентов или фракций, выделяемых из газовых смесей (пиролиз индивидуальных углеводородов, производства моторных топлив из конденсата, производства этилена, бензола и т.д.).
Природный газ, добываемый из месторождений, обычно содержит различные механические твердые и жидкие примеси в виде песка, пыли, воды, масла, конденсата, сварочного грата, окалины, сернистых соединений и др. Жидкие примеси - частицы воды и конденсата, скапливаясь в пониженных местах газопровода, также сужают его сечение и способствуют образованию гидратных и гидравлических пробок. Все это может привести к значительному снижению пропускной способности газопровода, в результате увеличения коэффициента гидравлического сопротивления и потерь давления газа.
При переработке углеводородных смесей одним из путей энергосбережения на предприятиях ТЭК является модернизация теплотехнологических схем ректификации. Известен подход энергосбережения за счет разделения газожидкостных потоков перед подачей в колонны на жидкую и газовую фазы. В результате чего отсепарированная жидкая фаза в зависимости от ее температуры подается на соответствующие тарелки по высоте колонны. Аналогично поступают и с газовой фазой. Поэтому аппараты для разделения газов и паров на дисперсную и спошную фазы являются важной составляющей частью при комплектовании технологической аппаратуры в энергетике, а также в химической, нефтехимической и родственным им отраслям промышленности. Разнообразие условий работы установок и поставленных задач вызывают необходимость в создании более совершенных методов расчета и новых конструкций сепарирующей аппаратуры или модернизации действующей.
Объекты исследования. Аппараты очистки природных и технологических газов от дисперсной фазы (капельной влаги). Технологические установки ректификации углеводородных смесей на предприятиях ТЭК.
Цель. Повысить энерго - и ресурсоэффективность очистки природных и технологических газов от дисперсной фазы. Снизить энергозатраты на очистку и транспортировку газа по трубопроводам, а также на дальнейшее разделение в массообменных аппаратах. Снизить энергозатраты на ректификацию углеводородных смесей на предприятиях ТЭК.
Задачи.
Разработать высокоэффективный энергосберегающий аппарат очистки газов от дисперсной фазы (капельной влаги).
Получить уравнения и разработать метод расчета эффективности комбинированного сепаратора удаления жидкой фазы из газов и паров.
Выполнить расчет сепарационнно-гидравлической эффективности разработанного аппарата. Выбрать высокоэффективные контактные устройства.
Показать примеры энергосбережения на промышленных ректификационных установках за счет очистки газов (паров) от жидкой фазы.
Научная новизна.
-
-
Предложен комплексный подход к оценке эффективности аппаратов газоочистки, который заключается как в использовании фактора интенсивности газосепарации, так и в применении энергетического коэффициента, характеризующего энергозатраты и эффективность очистки.
-
На основе использования вероятностно-стохастической модели и теории турбулентной миграции частиц в газах получены выражения для расчета эффективности (КПД) сепарации крупной и мелкой дисперсной фазы в насадочном слое и в вихревых контактных устройствах.
-
Получено решение одномерного уравнения массопереноса дисперсной фазы с источниками массы и показано удовлетворительное согласование с расчетами по вероятностно-стохастической модели и экспериментальными данными.
-
Разработан алгоритм расчета эффективности очистки газов в комбинированном газосепараторе, состоящим из слоя с мелкой насадкой и зоны с вихревыми элементами.
Практическая значимость.
Разработана и запатентована конструкция комбинированного аппарата очистки газов от капельной влаги.
На основе использования фактора интенсивности газосепарации и энергетического коэффициента выбраны режимные и конструктивные характеристики разработанного комбинированного газосепаратора, который обеспечит высокую эффективность (98-99%) разделения при небольших затратах.
Показан пример энергосберегающей модернизации теплотехнологической схемы с ректификационными аппаратами в производстве фенола и ацетона с использованием разработанного газосепаратора. Обеспечено снижение расхода греющего пара на 2,1т/т продукции (на 22%).
Показан пример энергосберегающей модернизации теплотехнологической схемы установки получения моторных топлив с использованием разработанного газосепаратора. Обеспечено снижение энергозатрат в ректификационной колонне на 12% (на 5500 кВт).
Результаты работы приняты к использованию на Сургутском ЗСК.
Достоверность и обоснованность результатов обеспечивается применением апробированных математических моделей, основанных на теории турбулентной миграции частиц и энергетического метода; определением параметров моделей с применением балансовых соотношений переноса импульса; согласованием результатов расчета эффективности очистки газов по различным моделям и с экспериментальными данными; использованием апробированных контактных устройств.
Автор защищает:
-
-
Применение вероятностно-стохастической модели и энергетического метода для расчета комбинированного газосепаратора.
-
Решение одномерного уравнения массопереноса тонкодисперсной фазы для расчета профиля концентрации и эффективности газоочистки.
-
Конструкцию разработанного комбинированного газосепаратора.
-
Алгоритм расчета эффективности комбинированного газосепаратора.
-
Разработанные научно-технические решения по энергосберегающей модернизации теплоиспользующих схем с ректификационными колоннами.
Личное участие автора заключается в:
получении уравнений для расчета эффективности газоочистки вихревыми элементами;
решении уравнения массопереноса тонкодисперсной фазы с источником массы;
расчетах эффективности газоочистки трубчатыми, насадочными и вихревыми контактными устройствами;
разработке конструкции комбинированного газосепаратора и алгоритма его расчета;
расчетах энергосберегающих теплотехнологических схем с промышленными ректи - фикационными колоннами;
разработке технических решений по энергосбережению.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
X международном симпозиуме «Энергоресурсоэффективность и энергосбережение», (г. Казань, 2009);
16-й и 17-й межд. науч. - техн. конф. студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», (Москва, 2010, 2011);
ХХІІІ, ХХІУ, Международных научных конференциях «Математические методы в технике и технологиях - ММТТ», (Белгород-2010, Саратов-2011);
XVIII Международной молодежной научной конференции «Туполевские чтения» (Казань, 2010);
VI -й всероссийской науч.- техн. студ. конф. «Интенсификация тепло - и массообменных процессов в химической технологии», (Казань, 2010.);
Всероссийской научно-практической конференции, (Нижнекамск, 2012);
V,VIM Международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения», (Казань, 2010, 2012.)
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 148 наименований, справки об использовании результатов работы.
Похожие диссертации на Энергосберегающая очистка газов от жидкой фазы на теплотехнологических установках предприятий ТЭК
-
-
