Газоснабжение

П – її периметр;

q_T – теплове напруження камери горіння, МВт/м³;

n – коефіцієнт витрати повітря.

 

Тема 4. Методи зниження викидів шкідливих  речовин при спалюванні газового палива.

Енергозбереження  як основний напрям зменшення екологічного навантаження. Технічні методи зменшення  викидів. Зниження вмісту домішок у  газовому паливі. Попередження викидів  шкідливих речовин органічного  походження. Методи стримування утворення  NO_х у процесі спалювання газу.

Найбільш ефективним методом є  економія палива та енергії. Це призводить до зменшення кількості димових  газів, що відходять з агрегату і, відповідно, валових викидів шкідливих  речовин. Це досягається удосконаленням існуючих та розробкою нових технологічних  процесів, обладнання; максимальним використанням  вторинних енергоресурсів, комплексною  автоматизацією виробництв з метою  оптимізації роботи об’єктів, організаційними  мірами з економії паливно – енергетичних ресурсів.

Технічні методи поділяються на три групи:

1.Зниження вмісту шкідливих  речовин у вихідному паливі;

2.Стримування їх утворення у  процесі горіння;

3.Уловлювання шкідливих речовин  з газів, що відходять.

Слід зазначити дуже важливу  деталь. Використання будь – яких методів  зменшення шкідливих викидів  пов’язано з додатковими витратами  та підвищенням собівартості продукції  або енергії, що виробляється. Особливо це стосується технічних заходів  першої та третьої груп. Наприклад, зменшення вмісту сірки у мазуті на 0,5% призводить до його подорожчання приблизно на 10%. Установки уловлювання  сірчаних сполук з газів, що відходять  з теплової електростанції, збільшує витрати та собівартість електроенергії на 20 ¸ 30%. Але ці витрати є виправданими, оскільки збитки від оксидів сірки природі, господарству та людині є дуже великими.

Для очищення природного та інших  газів від домішок сірководню та СО₂ використовують розчини етаноламінів: моноетаноламіну НОС₂Н₄NН₂, діетаноламіну (НОС₂Н₄)₂NН, триетаноламіну (НОС₂Н₄)N. Для осушення газів використовують діетиленгліколь С₂Н₄ОН – О - С₂Н₄ОН.

Реакції, що проходять при абсорбції  етанол аміном мають вигляд:

2НОС₂Н₄NН₂ + СО₂ + Н₂О ® (НОС₂Н₄NН₃)₂СО₃;

2НОС₂Н₄NН₂ + Н₂S ® (НОС₂Н₄NН₃)₂S.

Процес поглинання проводиться  при тиску 2 ¸ 6 МПа і температурі 25 ¸ 40⁰С, а регенерація вбирача – при атмосферному тиску і температурі вище 105⁰С. Для одночасного очищення від сірководню, СО₂ та вологи використовують суміш етиленгліколю та етанол аміну (рис. 7).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У нижню частину абсорбера подають  вихідний газ, протитоком до нього входять  розчини етаноламіна та етиленгліколю. Зверху абсорбера відходить очищений газ, знизу – розчин вбирача з  абсорбованими Н₂S таСО₂. Розчин підігрівається у теплообмінниках і входить у середину десорбера. Зверху десорбера виходять Н₂S таСО₂, знизу – регенерований розчин етанол аміну, а з середини його – розчин етиленгліколю, які повертаються у абсорбер. Для видалення вологи з кислих газів (Н₂S таСО₂) встановлений сепаратор.

Отриманий сірководень потім утилізується з отриманням елементарної сірки  або сірчаної кислоти. Найбільш розповсюдженим є процес Клауса. Він заснований на неповному горінні сірководню і здійснюється у дві стадії:

Н₂S + 1,5О₂ ® SO₂ + Н₂О (1);

2Н₂S + SO₂ ® 3S + 2Н₂О (2).

Обидві реакції супроводжуються  виділенням теплоти і реалізація процесу виконується наступним  чином. 1/3 Н₂S у суміші з повітрям спалюють у печі до діоксиду сірки при температурі 450⁰С за реакцією (1). Продукти згоряння надходять у котел – утилізатор, де охолоджуються. При цьому отримують водяну пару з тиском 4 МПа. Потім продукти згоряння змішують з рештою Н₂S та спрямовують у реактор. Тут на бокситі або глиноземі при 350⁰С утворюється сірка з Н₂S і SO₂ за реакцією (2). Пара та гази, що утворюються, охолоджуються, з холодильника сірка стікає у збірник, а сірка, що виноситься у вигляді туману, уловлюється електрофільтром.

Використовують також  установки плазмохімічної переробки  сірководню. За цією технологією у  плазмохімічному реакторі він піддається розкладу на елементарну сірку та водень:

Н₂S ® S + Н₂.

Звичайно у промислових  агрегатах здійснюється повне згоряння палива, тобто процес, у результаті якого продукти згоряння не утримують  горючих компонентів. При подаванні  на спалення палива недостатньої кількості  повітря у результаті неповного  горіння у продуктах згоряння утримуються відновлювальні гази Н₂ та СО, може бути деяка кількість граничних та неграничних вуглеводнів, у тому числі поліциклічних ароматичних, наприклад, бенз - a - пірну С₂₀Н₁₂. Ці компоненти здатні окислюватися з виділенням теплоти і таке  явище називають хімічним недопалом. Воно стає причиною додаткових втрат теплоти; у цьому випадку продуктивність агрегату падає, а витрати палива на одиницю продукції зростають. Окрім того, викиди у атмосферу продуктів неповного горіння несе з собою загрозу здоров^/ю людей.

Попередження викидів шкідливих  речовин органічного походження, що утворюються при недопалі, забезпечується якісним спалюванням газу. Для  цього здійснюють добре змішування палива та окислювача, підтримують  оптимальний коефіцієнт витрати  повітря, забезпечують надійну стабілізацію факелу, вибирають розміри робочого об^/єму достатні для того, щоб процес горіння повністю закінчувався у ньому.

З аналізу механізму утворення  оксидів азоту можна зробити  висновок, що для стримування цього  процесу є необхідним зниження температури  полум^/я або зменшення часу перебування продуктів у зоні високих температур. Для цього можуть використовуватися наступні заходи:

-регулювання процесу тепловіддачі  та температури полум^/я шляхом введення до камери спалювання поверхонь, що інтенсивно відводять тепло; вибору раціональної конфігурації робочого простору; оптимальної компонування  пальників, розташування виробів, що нагріваються;

-інтенсифікація відводу тепла  із зони спалення при використанні  пальників зі світимістю, що регулюється,  випромінюючих пальників (з плоским  полум^/ям, панельних тощо), пальників з довжиною факелу, що регулюється, з високошвидкісним потоком продуктів спалення, з пульсацій ним спаленням. За даними стендових випробувань у промислових пальників вихід NO_X складає у середньому від 100 до 200 мг/м³;

-ступінчасте спалення палива  дозволяє знизити викиди NO_X до 55% на газі, до 40% - на вугіллі та мазуті. Тут повітря на горіння на першій стадії подається з нестачею, а утворені продукти неповного горіння допалюються за рахунок подавання додаткового повітря. При цьому знижується максимальна температура горіння та вирівнюється поле температур у робочому об^/ємі, що і призводить до зниження виходу NO_X. Найбільш часто використовують наступні методи організації ступінчастого спалення:

1.Частка пальників працює з  коефіцієнтом витрати повітря  n < 1, частка їх працює з n > 1 при підсумковому оптимальному n = 1,05 ¸ 1,1 на спалення газового палива;

2.Усі пальники працюють з  n < 1, а нестаток повітря для спалювання продуктів неповного горіння подають у робочий простір автономно;

3.У спеціальних пальниках з  підводом первинного повітря  з n < 1 на першому етапі спалення і додаткового (вторинного) повітря на другому етапі;

4.Імпульсна подача повітря у  пальники шляхом періодичної  зміни його витрати по повітряному  тракту у межах 0,8 ¸ 1,2 від оптимальної;

-рециркуляція продуктів спалення  забезпечує зменшення виходу  NO_X до 60% при спаленні газу і до 20% при спаленні мазуту. Для цього використовують натуральну рециркуляцію шляхом організації обертання частини димових газів при раптовому розширенні потоку або за тілами поганообтікаємої форми, або штучну за допомогою спеціальних відсмоктуючи чи нагнітаючих пристроїв. Рециркуляція крізь повітряний тракт пальника або до кореня факелу забезпечує зміну температури та концентрації кисню і азоту у зоні реакції, а також скорочення часу перебування продуктів у зоні високих температур;

-впорскування води, введення водяної  пари у камеру горіння, баластних  речовин або речовин, що призводять  до ендотермічних реакцій, наприклад,  емульсії води та спирту, нітрату  амонію тощо. У цьому процесі  за рахунок відводу теплоти  водою, що випаровується, перегрівання  пари, часткової дисоціації молекул  води знижується температура  факелу. Вихід NO_X зменшується на природному газі до 60%, на мазуті до 40%;

-зменшення ступеня попереднього  нагріву повітря може дати  зниження виходу NO_X на 40 ¸ 50%, але цей метод є непридатним з економічних міркувань, оскільки це спричиняє додаткові витрати палива;

-введення у камеру горіння  емульсій з домішками поверхнево-активних  речовин. Наприклад, домішки МgCl₂ та алюмосилікатів діють як каталізатори у поновленні NO у N₂ у зоні високих температур та адсорбують оксиди азоту у зоні низьких температур. Однак при цьому підсилюється хлоридна корозія устаткування, виділяється хлористий водень, утворюються відкладення на поверхнях матеріалу, що підлягає термообробці, і теплової огорожі, погіршуються експлуатаційні показники устаткування;

-перехід на паливо з малим  вмістом зв^/язаного азоту.

 

Тема 5. Технологія видобутку та магістрального транспортування природного газу.

Запаси природного газу. Технологія видобутку та система  дальнього транспортування природного газу. Структура та склад газового промислу. Магістральні газопроводи. Перекачувальні компресорні станції.

 

Газоносні пласти залягають на різних глибинах, але до 85% розвіданих запасів  зосереджено на глибині від 1 до 3 км. Горючі природні гази утворилися при розкладі речовин рослинного та тваринного походження. Вони скупчуються у підземних куполах, що утворені вигнутими пластами порід, у їх тріщинах та порах. У залежності від ступеня розвідки запаси газу поділяються на категорії: детально вивчені (А), встановлені наближено (В), встановлені за окремими свердловинами (С₁), наявність яких припускається (С₂).

Видобування природних газів здійснюється за допомогою свердловин, що доходять до газоносного горизонту. У ньому  газ знаходиться під пластовим  тиском, яким може досягати 40 МПа. Під  дією цього тиску газ підіймається на поверхню по фонтанній трубі діаметром 0,15 ¸ 0,25 м. Конструкція свердловини повинна відповідати наступним вимогам:

1.Створення надійного ствола, по  якому газ може надходить без  підземних втрат;

2.Ізоляція один від одного  пластів, що утримують нафту,  газ, воду;

3.Запобігання від руйнування  стінок свердловини;

4.Можливість експлуатації проміжних  газоносних пластів;

5.Можливість подальшого поглиблення  свердловини (якщо будуть виявлені  глибинні пласти).

Свердловина складається з підземної  та наземної частин (рис. 8). Підземна частина  виконується з декількох колон  труб різної довжини та діаметру. Вони опускаються у свердловину співосно. Зовнішню колону труб називають кондуктором. Вона опускається на глибину до 200 м і слугує для попередження руйнування верхньої частини свердловини та гирла, що знаходяться у зоні пухких порід. У середину кондуктора опускається колона обсадних труб до газоносного пласта. Для герметизації свердловини простір за трубами заповнюється цементним розчином. Цементне кільце та об садні труби охороняють свердловину від руйнування, ізолюють газоносний пласт від вище розташованих пластів. Цим виключаються самочинні викиди газу та затоплення газоносного пласта верхніми горизонтами підземних вод.

Усередину обсадних труб опускають  колону фонтанних труб, що підвішуються до фонтанної арматури. У нижній частині свердловини у кільцевому просторі між фонтанними та обсадними  трубами установлюють сальникове ущільнення – пакер. Його призначенням є ізолювання між трубного простору від проникнення  газу з пласта. Вихід газу на поверхню здійснюється по фонтанних трубах. При цьому обсадні труби не піддаються високому тиску, корозійної дії сірководню та стиранню частинками піску, що захоплюються газом. Наявність  фонтанних труб у свердловині  збільшує строк служби усієї обсадної колони, оскільки замінити зацементовані  труби практично неможливо. Однак  використання фонтанних труб декілька збільшує собівартість видобутку газу, тому на деяких промислах видача газу виконується по обсадній колоні.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Наземну частину свердловини називають  фонтанною арматурою і вона складається  з трьох частин:

1.Колонної головки або п’єдестала;

2.Трубної головки;

3.Фонтанної “ялинки” з засувками.

 Колонна головка слугує для  герметизації кільцевого простору  між трубами кондуктора та  експлуатаційної колони. До неї  кріпляться на різьбі експлуатаційна  колона, а зверху трубна головка.

Трубна головка герметизує простір  між обсадними та фонтанними трубами. До верхнього патрубку трубної головки  підвішуються фонтанні труби. Бокові відводи  від трубної головки з засувками  призначені для контролю тиску між  трубами та обробки свердловини.

Фонтанна “ялинка” складається  з хрестовини, штуцера регулювання  видобутку газу та буферного патрубка. На ній встановлені манометри  і термометр. З двох бічних відводів газу один знаходиться у експлуатації, а другий у резерві.