Рассмотрим перспективные пути изменения технологии с позиции энерго- и ресурсосбережения. - раздел Химия, ОСНОВЫ РЕСУРСО-ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ • Снижение Давления Синтеза
Синтез Аммиака Прово...
• Снижение давления синтеза
Синтез аммиака проводится при давлении около 30 МПа. Поэтому предлагается существенно снизить давление синтеза (до 15 МПа и ниже). По-видимому, уменьшение давления вызовет значительную экономию энергии на сжатие исходной азотоводородной смеси. Поскольку реакция синтеза аммиака обратима и протекает с уменьшением объема, то снижение давления синтеза будет способствовать сдвигу равновесия реакции влево, в сторону исходных азота и водорода. Компенсировать сдвиг равновесия влево от снижения давления можно, например, путем понижения температуры экзотермической реакции синтеза с 450 – 500°С до 300 – 350°С. Очевидно, чтобы без снижения существующей производительности вести синтез аммиака, необходимы эффективные катализаторы, обладающие высокой активностью при 300 – 350°С.
• Использование мембранной технологии разделения аммиак-азотоводородной смеси
Мембранная технология основана на селективной проницаемости различных газов и паров через мембраны, изготовленные из высокомолекулярных соединений (полимеров). Основные направления использования мембранной технологии в агрегате синтеза следующие:
§ более полное выделение NH3 из циркулирующей через колонну синтеза смеси газов (H2, N2 и NH3);
§ выделение Н2 из газов резервуарного парка (танковые газы) и из газов сдувки (в настоящее время Н2 сжигается на факеле). Расчетная экономия природного газа только за счет дополнительного извлечения водорода и направления его в синтез может составить около 2,5%.
• Подготовка исходной азотоводородной смеси
Для синтеза NH3 требуется проведение очистки газовой смеси от СО2 с помощью раствора моноэтаноламина (МЭА). Сократить энергозатраты на стадии регенерации абсорбента можно путем замены МЭА на метилдиэтаноламин (МДЭА) или пропиленкарбонат (ПК). Регенерацию абсорбентов МДЭА и ПК проводят за счет сброса давления из абсорбера с использованием лишь незначительного подогрева.
• Более полная утилизация СО2
Одновременно при конверсии природного газа и выделения из него очищенной азотоводородной смеси для синтеза аммиака образуется большое количество СО2, около 1,23 т на 1 т аммиака. Основное количество диоксида углерода находит квалифицированное применение для получения карбамида (мочевины) по реакции:
СО2 + 2NH3 
H2NCONH2 + Н2О
Однако полностью утилизировать CO2 в синтезе карбамида не удается. Поэтому представляется целесообразным на базе СО2 содержащих газов производства аммиака организовать получение метанола по реакции
СО2 + ЗН2 => СН3ОН + Н2О
Например, корпорация «Тольяттиазот» с 2000 г. ввела производство метанола из диоксида углерода и водорода мощностью 400 тыс. т/год.
Энергетическая эффективность основного технологического оборудования агрегата синтеза аммиака мощностью 1360 т/сут
(на примере компрессора)
Для сжатия синтез-газа применяют 4-х ступенчатый компрессор мощностью 32 МВт. Турбина компрессора потребляет пар с давлением 10 МПа и температурой 482°С в количестве около 360 т/ч. При конденсации отработанного («мятого») пара потери энергии достигают 0,4 Гкал/т NH3, в то время как расход энергии на синтез составляет около 8,4 Гкал/т NH3 Иначе говоря, потери энергии в турбине компрессора находятся примерно на уровне 4,8% от общих энергозатрат.
В этом примере вновь пришлось столкнуться с проблемой наглядности больших чисел. 1 Гкал = 109 кал, много это или мало? Одна кал равна количеству тепла, которое необходимо для нагрева 1 г воды на 1°С. Тогда одной Гкал можно вскипятить 10 т воды. Понятно, что в агрегате синтеза аммиака 1360 т/сут потери только за счет конденсации пара составляют: 1360·0,4 = 544 Гкал. Этого тепла достаточно, чтобы нагреть до кипения 5440 т воды. То есть, взять и вскипятить почти 109 железнодорожных цистерн с водой по 50 т воды в каждой. И такую процедуру можно проводить ежедневно, пока идет синтез аммиака.
Рис. 7.5 Схема утилизации теплоты химической реакции синтеза NH3
1 – колонна (реактор) синтеза; 2 – котел-утилизатор; 3 – теплообменник, восстановленный железный промотированный плавленый катализатор
На рис. 7.5 приведена одна из возможных схем утилизации теплоты химической реакции синтеза аммиака, выделяющейся в колонне синтеза (1), с помощью котла-утилизатора (2) и выносного теплообменника (3). Использование представленной схемы позволяет получать на 1 т аммиака (50 т/ч) ≈ 0,9 т пара с давлением 4 МПа, температурой 380°С, который используется для работы компрессора азотоводородной смеси.
Лекция 8
Все темы данного раздела:
Топливно-энергетический комплекс РФ
Роль Российской Федерации на мировом энергетическом рынке достаточно велика, поскольку она обладает 13% мировых запасов нефти (в том числе 4,7% извлекаемые или 6,7 млрд. т) и 36% мировых запасов га
Производство и переработка природного углеводородного сырья в РФ
Сырье
Годы
Приро
Структура мирового производства энергоресурсов
В табл. 1.2 приведены данные по энергетическим ресурсам, из которых видно, что на долю углеводородов нефти и газа, как источников энергии, приходится более половины (63%) всех добытых и выработанны
Мировое производство энергии
Виды энергии
Годы
Законодательство РФ об энергосбережении
Законодательство РФ об энергосбережении состоит из Федерального закона «Об энергосбережении» № 28 от 03.04.96 г. (в ред. Федерального закона от 05.04.2003 № 42-ФЗ) и принимаемых в
Энергия, мощность
Энергия, как и пространство, время, масса, является фундаментальным понятием современного мировоззрения. В самом общем понимании энергия – это способность тел совершать работу.
Первое начало термодинамики
Физики сформулировали два важных энергетических закона. Эти законы фундаментальные, т.е. их нельзя нарушить: они действуют везде и всегда, независимо от вашего желания и даже независимо от того, зн
Второе начало термодинамики
Почему едет автомобиль? Часть химической энергии бензина преобразуется в двигателе в кинетическую энергию и используется для разгона и движения автомобиля. Мы называем это полезной энергией, или ра
Цикл Карно
В 1824 году француз Сади Карно решил общую задачу об определении КПД любой тепловой машины, использующей произвольный цикл. Конкретный цикл, проанализированный Карно и названный его именем, выгляди
Режимом работы залежи называется проявление преобладающего вида пластовой энергии в процессе разработки.
Источники и характеристики пластовой энергии
Работа, применительно к нефтедобыче, представляется как разность энергий или освободившаяся энергия, необходимая для перемещения нефти в пласте
Возобновляемые источники энергии
Огромные количества солнечной энергии постоянно поступают на Землю. Примерно треть этой энергии отражается атмосферой Земли, 0,02% используется растениями для фотосинтеза, а остальное идет на подде
Невозобновляемые источники энергии
Множество различных природных соединений, содержащих большие запасы энергии, находится в недрах Земли. Важнейшие из них — нефть, уголь, природный газ, торф и уран. Первоначально энергия, запасенная
История энергопотребления
Каждое общество в истории человечества использовало те энергоисточники, которые были ему доступны. Кратко историю энергопотребления можно изложить так: человечество начало с бережного использования
Энергопотребление в различных обществах
В начале средних веков в Европе было изобретено водяное колесо, а с ним и машины, которые могли получать энергию из более мощных источников, чем мускульная сила человека или рабочего животного.
Последствия энергопотребления
Так как нет ни одного энергоисточника, который не причинял бы вреда окружающей среде, очень важно для человечества беречь энергию. Мы должны сберегать энергию, чтобы уменьшить вредное воздействие н
Энергетические кризисы
Когда в экономически развитых странах говорят об энергетическом кризисе, подразумевают экстремальные ситуации, которые возникнут, если не будет достаточно дешевой электроэнергии и нефти. Согласно и
Теплотворная способность различных видов топлива
Наименование топлива
Теплотворная способность, ккал/кг
Газ природный
13 000
Газовый конденсат
Термодинамические расчеты в энергосбережении
Самым простым и распространенным путем получения из топлива тепла является сжигание топлива. Как правило, сжигание топлива проводят в воздухе, в котором содержание кислорода составляет около 21% об
Законы Г.И. Гесса
Количество тепла, которое можно получить из топлива, вычисляют согласно термохимическим законам Г.И. Гесса. На основе экспериментальных данных было установлено, что тепловой эффект химической реакц
Теплоемкость при постоянном давлении
При протекании химической реакции исходные реагенты превращаются в продукты реакции, в результате чего происходит изменение теплоемкости (ΔСР):
Уравнение теплового баланса в общем виде
Уравнение баланса или просто баланс в физике, химии или экономике описывается простой формулой, которую в самом общем виде можно записать
Диаграммы энергетического и материального потоков
Полосовые диаграммы потоков энергии и тепла (диаграммы Сенке) давно и широко применяют в энергетике. На этих диаграммах потоки энергии изображаются полосами, ширина которых пропорциональная соответ
Тепловой баланс печи в неизотермическом режиме идеального перемешивания
Расшифруем слагаемые уравнения теплового баланса печи, работающей в неизотермическом режиме реактора идеального перемешивания.
При составлении балансовых уравнений в качестве элементарного
Поточная диаграмма Сенке материального баланса по воде для теплоэлектростанции
Аналогично рис. 5.1 выглядят поточная диаграмма Сенке материального баланса по воде для теплоэлектростанции (ТЭС), приведенная на рис. 5.2
В уравнении материального баланса (по воде) учиты
Эксэргия
Для анализа эффективности различных энерготехнологических схем превращения энергии и тепловых процессов часто используют понятие эксергии. Эксергия – это энергия, пригодная для использовани
Газовые горелки
Горелки классифицируют по:
1) способу подачи воздуха на горение;
2) давлению газа и воздуха;
3) теплоте сгорания топлива;
4) величине факела.
Рассмотрим
Инжекционная горелка и принцип ее работы
Раздельную подачу топливного газа и воздуха обеспечивают простейшие лабораторные горелки Бунзена или Теклю. В обеих горелках подача воздуха в зону горения осуществляется путем инжекции (всасывания)
Методы сжигания топлива
Методы сжигания топлива можно классифицировать по:
• наличию или отсутствию факела – факельные (инжекционные горелки) и не факельные (каталитические, беспламенные горелки);
Беспламенное горение
Беспламенное горение – это горение топливно-воздушной смеси на поверхности раскаленных огнеупорных материалов. Существует множество технологий беспламенного горения. В качестве иллюстрации на рис.
Каталитическое горение
Каталитическое горение топливно-воздушной смеси – это беспламенное горение углеводородного топлива, его глубокое окисление до СО2 и Н2О в присутствии катализаторов. Обычно для
Теплоутилизационное оборудование энергетических установок
Основными потребителями углеводородного топлива в виде природного газа и мазута на предприятии являются технологические печи. Работа такой печи характеризуется несколькими показателями. В качестве
Принципы ресурсо- и энергосберегающих технологий углеводородного сырья
Углеводородное сырье примерно на 95% используется как топливо. Поэтому для углеводородного сырья понятия энерго- и ресурсосбережение практически тождественны по содержанию.
1-й При
Энергосберегающие технологии
Одним из стратегических путей повышения эффективности использования углеводородного топлива в энергетике и промышленности является разработка комплексных энерготехнологических установок.
Ц
Энерготехнологические установки, использующие теплоту реакции сгорания углеводородного топлива
Примерами энерготехнологических установок, работающих за счет теплоты сгорания углеводородного топлива служат:
o установки переработки природного сероводородсодержащего газового конденсата
Энерготехнологические установки, использующие теплоту реакции синтеза аммиака
Как известно тепло может выделяться не только в реакциях горения углеводородов. Примером весьма эффективной энерготехнологической системы является синтез аммиака из азота и водорода.
Рассм
ПОВЫШЕНИЕ КОМПОНЕНТООТДАЧИ ПЛАСТОВ КАК ОСНОВА РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ
На протяжении многих лет одной из проблем нефтедобывающей промышленности является увеличение объема извлекаемой нефти из продуктивных пластов и темпов разработки нефтяных залежей.
Эффектив
Текущее состояние мировых запасов углеводородов
В книге Щелкачева В.Н. «Отечественная и мировая нефтедобыча – история развития, современное состояние и прогнозы» много внимания уделяется анализу прогнозов остаточных запасов нефти. Он приводит не
Современное состояние применения методов увеличения нефтеотдачи в России
Классификация методов увеличения нефтеотдачи, принятая в международном общении, в основном опирается на понятия, сформулированные в США. Но и в США эти понятия оформились не сразу. В этой связи, пр
Основные особенности государственного регулирования рационального использования запасов нефти в США
Целесообразно обратится к опыту США, где системная работа по государственному управлению рациональным использованием запасов нефти проводится и совершенствуется в течение нескольких десятилетий. Де
Потери углеводородов при сборе и подготовке продукции нефтяных и газовых скважин
Традиционно при освоении нефтегазовых месторождений в первую очередь начинает функционировать система сбора и подготовки нефти, только после этого рассматриваются вопросы газосбора. Расположение ме
Методы устранения потерь
Одной из наиболее важных задач успешного развития экономики России является снижение потребления энергии и ресурсов на базе высоких эффективных технологий, которые позволяют решить одновременно и э
Рециркуляция газа
Проекты разработки месторождений довольно часто не предусматривают использование нефтяного газа. Это приводит к потере ценного химического сырья и к загрязнению окружающей среды продуктами сжигания
Установка улавливания легких фракций
Наиболее крупными негерметичными источниками потерь легких углеводородов являются резервуары. Наиболее простые методы борьбы с потерями (сепарация нефти при атмосферном давлении и вакууме, снижение
Исключение потерь конденсата
Для исключения потерь конденсата было найдено радикальное решение: транспортирование конденсата, выпадающего в дрипах, вместе с газом (и за счет энергии самого газа) по газопроводу на перерабатываю
Технологии водогазового воздействия на пласт
Из протокола заседаний центральной комиссии по разработке месторождений углеводородного сырья (ЦКР Роснедра) от 21.04.2005. № 3364 (г. Москва):
ЦКР Роснедра (нефтяная секция) ПОСТАНОВЛЯЕТ:
Технологии последовательной закачки газа и воды
Технологии последовательной закачки газа (компрессорными станциями под давлением 23 – 29 МПа) и воды (из системы ППД) проявили себя как высокоэффективные способы повышения нефтеизвлечения примените
Насосно-эжекторные установки для водогазового воздействия на залежь
Эффективность вытеснения нефти из пласта значительно повышается, если в потоке воды присутствует свободный газ. В процессе водогазового воздействия воду подают силовым насосом 4 по линии 9 воду под
Энерготехнологии в трубопроводном транспорте газа
Развитие энергосберегающих технологий транспорта газа в настоящее время является одной из важных задач в нефтегазовом секторе экономики РФ.
Основные направления развития энергосберегающих
КПД газоперекачивающих агрегатов
Средний годовой расход природного газа для работы КС составляет примерно 26 млрд. м3. Среднее арифметическое значение КПД газоперекачивающих агрегатов (ГТУ), примерно равно 28% (см. табл. 12.2). Эт
Новости и инфо для студентов