CC BY
18УДК 662.767
ГРНТИ 44.09.29
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННОГО АВИАЦИОННОГО ТОПЛИВА
Е.В. ФЕТИСОВ, кандидат технических наук, доцент
С.А. ШЕВЦОВ, доктор технических наук, доцент
Предложено энергоэффективное обезвоживание природного газа с применением пароэжекторного теплового насоса, обеспечивающего экономию теплоты вторичных энергоисточников в замкнутых контурах рециркуляции энергетических и материальных потоков для получения высококачественного авиационного топлива. Приводятся последовательность выполнения технологических операций и температурные режимы работы оборудования. Основными технологическими операциями являются абсорбция исходного газа раствором этиленгликоля при его обезвоживании и десорбция отработанного этиленгликоля при его регенерации. Процесс абсорбции осуществляется в абсорбере, состоящем из трех секций, в каждой из которых происходит поэтапное извлечение сначала капельной жидкости из природного газа в нижней секции, затем поглощение влажного пара раствором этиленгликоля в средней секции и отделение абсорбента от обезвоженного газа в верхней секции. Процесс десорбции насыщенного этиленгликоля осуществляется также поэтапно в десорбере, выполненного в виде тарельчатой колонны. Сначала влага выпаривается в основной рабочей части десорбера за счет взаимодействия встречных потоков этиленгликоля и перегретого водяного пара, а затем в нижней части десорбера остатки влаги выкипают при нагреве этиленгликоля в кипятильнике. При этом концептуальным подходом повышения энергоэффективности является рациональное подключение теплового насоса в технологическую схему обезвоживания природного газа, который является источником одновременного получения холода и тепла для реализации смежных процессов. Обоснованы режимы работы теплового насоса, обеспечивающего возврат отработанных энергоносителей в технологическую систему, исключающие их выброс в атмосферу. Снижены затраты энергии на регенерацию абсорбента без сопутствующего увеличения капитальных и эксплуатационных затрат. Основные и дополнительные технологические приемы позволили повысить энергетическую эффективность обезвоживания природного газа и регенерации абсорбента, снизить негативное экологическое влияние на окружающую среду, а также создать условия промышленной безопасности.
Ключевые слова: авиационное топливо, природный газ, обезвоживание, абсорбция, энергоэффективность, пароэжекторный тепловой насос, регенерация абсорбента.
Введение. На фоне ухудшения экологической обстановки и истощения мировых нефтяных запасов не прекращаются исследования в области применения новых видов топлив в транспортных двигателях взамен традиционных жидких нефтепродуктов, в том числе используемых в авиации [1].
Перспектива использования нового топлива в авиации связана со следующими ограничениями:
- сырье, применяемое для производства топлива, должно быть широко распространено в природе;
м и
- способы производства топлива должны быть технологически доступными и обоснованы с точки зрения экономики;
- универсальность - возможность применения в различных отраслях хозяйства для удовлетворения энергетических нужд;
- минимальное негативное экологическое воздействие на окружающую среду, как в процессе производства, включая аварийные ситуации (утечки), так и при использовании в технике, в том числе на воздушных судах;
- соответствие требованиям стандартов и нормативной документации.
Новое авиационное топливо должно обладать следующими качественными характеристиками:
- минимальной температурой запуска силового агрегата;
- максимальной полнотой сгорания при отсутствии отложений на оборудовании;
- максимальной теплотой сгорания;
- стабильностью при длительном хранении;
- пожарной и промышленной безопасностью.
Наилучшее соответствие вышеуказанным требованиям получили углеводородные газы различного состава, в частности природный газ (111 ), которые хорошо себя зарекомендовали при использовании на наземном транспорте [2].
1о сравнению с жидким топливом 11 обладает наибольшей полнотой сгорания в цилиндре двигателя, а загазованность в окружающую среду на порядки ниже предельно допустимых концентраций. Срок службы масла увеличивается более чем в три раза, так как газовое топливо его не разжижает и не смывает с поверхностей деталей двигателя. Имеется возможность использования газового топлива в двигателях с высокой степенью сжатия за счет высокой детонационной активности. Стоимость газового топлива почти в два раза ниже стоимости традиционных жидких топлив [3].
Свою состоятельность газовые топлива подтвердили при различных испытаниях на авиационной технике, двигатели которой потребовали незначительные доработки. Результаты исследований показали возможность и эффективность перехода на газовое топливо, как вертолетов, так и самолетов [2, 4].
Впервые в авиации газовое топливо было использовано 7 сентября 1987 года: в небо поднялся вертолет Ми-8ТГ с силовой установкой, работавшей на газовом топливе. Летные испытания показали высокие летно-технические характеристики в широком диапазоне высот и скоростей полета. Газовое топливо успешно справилось с поставленной задачей и проявило себя с лучшей стороны в широком диапазоне температур и прежде всего в условиях пониженных температур. Пилотирование вертолета осуществлялось на уровне заданных эксплуатационных параметров полета с обеспечением гарантированной пожарной безопасности. Полностью исключалась утечка топлива, а в случае нештатных ситуаций газ моментально испарялся и рассеивался в окружающую среду, не создавая возгорания в отличие от утечек жидкого топлива. Загазованность парами топлива отсеков вертолета и окружающей среды составляла тысячные доли от санитарных норм.
15 апреля 1988 года впервые поднялся в небо Ту-155 с экспериментальным двигателем НК-88 на газовом топливе, который выполнил на сжиженном природном газе почти 100 полетов. В октябре 1989 года этот самолет совершил показательный перелет по маршруту Москва - Братислава - Ницца (Франция) на 9-й Международный конгресс по природному газу. В июле 1991 года самолет совершил полет по маршруту Москва - Берлин для участия в Международном конгрессе по природному газу [4].
Внедрение газового топлива на воздушных судах позволило бы решить экономические, социальные, экологические и энергетические задачи, стоящие перед Российской Федерацией.
Актуальность. На безопасность полетов, которая во многом определяется надежностью двигателя и топливной системы, в полной мере влияют свойства топлива [5]. Эффективная
м и
эксплуатация жизненно важных систем авиационной техники может быть обеспечена применением газового топлива, не содержащего механических примесей и воды. Например, наличие свободной влаги в сжатом газе выше 0,5 г/м3 в зимний период станет ограничением его использования в качестве топлива. В условиях низких температур могут образовываться кристаллы воды, которые быстро засорят фильтрующие материалы топливных систем. Растворенная вода при охлаждении выделяется в виде микрокапель (7-40 мкм). Взаимодействуя с холодной поверхностью, переохлажденные капли обмораживают сетки фильтров, детали насосов и т.п. Кроме этого, коррозионная агрессивность топлива в присутствии воды увеличивается в 3-4 раза [2].
Жидкая фракция может образоваться в ПГ при хранении и транспортировке, что связано с изменением температуры и давления топлива.
Достижение высокого уровня надежности авиационной техники от внедрения газового топлива, возможно, только после его очистки от примесей, в частности глубокого обезвоживания до заданного содержания влаги с применением инновационных экономически-эффективных технологий [6].
В настоящее время применяется несколько технологических приемов для обезвоживания ПГ, наиболее распространенным из которых является абсорбционная осушка. Основными технологическими операциями являются абсорбция исходного ПГ раствором этиленгликоля при его обезвоживании и десорбция отработанного этиленгликоля при его регенерации. Разработан, запатентован и применяется в производстве ряд технических решений, но их применение требует больших затрат энергии, что при увеличении потребности газа является важнейшим экономическим фактором [7].
К общим недостаткам современных способов обезвоживания природного газа можно отнести:
- дополнительные энергозатраты на создание вакуума в десорбере для снижения содержания воды в сорбенте;
- потенциал энергоносителей, обеспечивающих технологические операции при заданных температурах, используется частично, и значительная часть энергии выбрасывается в окружающее пространство;
- отсутствие согласованности реализации процессов регенерации абсорбента в десорбере и обезвоживания газа в абсорбере, а, следовательно, отсутствие энергоэффективного теплообмена между встречными потоками технологических сред;
- возможное присутствие агрессивных вспомогательных технологических сред, выход которых в открытое пространство при внештатной ситуации может привести к образованию взрывопожарных ситуаций или токсическому воздействию;
- существенная экологическая нагрузка на окружающую среду в связи с отсутствием замкнутых контуров, обеспечивающих минимальные потери материальных и энергетических ресурсов.
Задача выработки высококачественного авиационного топлива в сочетании с сокращением энергетических затрат в процессе обезвоживания ПГ при минимизации технологических выбросов является актуальной научной проблемой [8].
Цель статьи - разработка энергоэффективной технологии обезвоживания ПГ с применением пароэжекторного теплового насоса (ПЭТН) в замкнутых контурах рециркуляции энергетических и материальных потоков для получения высококачественного авиационного топлива.
Для достижения поставленной цели предлагается внедрение в технологическую схему процесса обезвоживания ПГ этиленгликолем методом абсорбционной осушки ПЭТН. Применение теплонасосных технологий традиционно связано с повышением энергоэффективности, безопасности и надежности при эксплуатации оборудования и точности поддержания параметров технологических процессов [9]. ПЭТН нашли свое применение в
ы
пищевои и химическом промышленности, системах кондиционирования, получения холодной воды для различных производств.
Основные преимущества ПЭТН:
- простота конструкции;
- работа ПЭТН не несет экологической нагрузки на окружающую среду;
- небольшие размеры ПЭТН по сравнению с другим теплонасосным оборудованием;
- возможность использования отработанного тепла и воды для получения холода.
Цикл ПЭТН осуществляется с рабочим телом в виде влажного пара, для сжатия которого используется паровой эжектор. При этом кинетическая энергия смеси паров рабочего пара и эжектируемого хладагента (воды), двигаясь с высокой скоростью из камеры смешения в эжектор, трансформируется в тепловую энергию потока на выходе из сопла эжектора.
Отсутствие движущихся механизмов в работе ПЭТН повышает его надежность, а использование воды в качестве хладагента позволяет считать его экологически безопасным.
Повышение энергоэффективности заключается в рациональном подключении ПЭТН в технологическую схему обезвоживания ПГ при применении возобновляемых источников энергии, а основой получения высококачественного авиационного топлива является предварительное глубокое обезвоживание ПГ за счет циклической подготовки полностью регенерированного абсорбента.
Реализация предлагаемой технологии обезвоживания ПГ этиленгликолем с применением ПЭТН представлена в виде аппаратурно-технологической схемы (рисунок 1) [10].
Для обезвоживания исходный газ подается на подогрев в теплообменник 1. За счет теплопередачи от «горячей» воды температура газа доводится до 35 °С. С этой температурой он направляется в абсорбер 1, где вступает во взаимодействие с этиленгликолем в противоточном режиме истечения. При этом в нижней части абсорбера 1 удаляется тонкая взвесь в виде мелких капель влаги, в средней части сорбируется влага при движении газа через тарелки абсорбера, а в верхней части абсорбера происходит отделение остаточной влаги с получением «сухого» ПГ, который может быть реализован в качестве авиационного топлива.
Этиленгликоль, двигаясь от верхней части абсорбера к нижней, насыщается влагой до 2,5 %, после чего отводится из аппарата с нижней тарелки. Для выведения неконденсирующихся газов насыщенный раствор этиленгликоля направляется в выветриватель 5, предварительно нагреваясь в теплообменнике 3 за счет теплопередачи от «сухого» этиленгликоля. По такому же принципу происходит дальнейший нагрев насыщенного этиленгликоля в теплообменнике 4 и далее он направляется в десорбер 2.
Десорбер 2 выполнен в виде тарельчатой колонны, где из насыщенного этиленгликоля удаляется влага за счет разницы температур кипения абсорбента (~245 °С) и воды. Этот процесс осуществляется в два этапа. Сначала влага выпаривается в основной рабочей части десорбера за счет взаимодействующих потоков перегретого водяного пара и этиленгликоля, направленных на встречу друг другу, а затем с помощью кипятильника, установленного в нижней части десорбера, этиленгликоль нагревается до температуры около 160 °С и оставшаяся влага выкипает [11].
Влага, извлеченная из этиленгликоля, в виде водяного пара направляется в конденсатор-холодильник 6, конденсируется и направляется в емкость 9 для сбора. Накопленную воду используют для снижения температуры и уноса частиц этиленгликоля, распыляя в верхней части десорбера 2.
Для улучшения абсорбирующего эффекта сухой этиленгликоль последовательно охлаждается сначала в теплообменниках 3 и 4, а затем в холодильнике 8. Перед использованием в абсорбере 1 его аккумулируют в емкости 10.
Для охлаждения «сухого» этиленгликоля в холодильнике 8 и конденсации водяного пара в конденсаторе-холодильнике 6 используется вода с температурой около 10 °С. В холодоприемнике 19 восстанавливается температура холодной воды, с которой она в режиме замкнутого цикла направляется в холодильник 8.
ы
Рисунок 1 - Теплонасосная технологическая схема обезвоживания ПГ диэтиленгликолем
1 - абсорбер; 2 - десорбер; 3, 4, 21 - рекуперативные теплообменники; 5 - выветриватель; 6 - конденсатор-холодильник; 7 - кипятильник; 8 - холодильник; 9, 10, 22 - емкости; 11, 12, 13, 23, 24, 25, 26, 27 - насосы; 14 - генератор пара; 15 - эжектор; 16 - конденсатор; 17 - вентиль терморегуляции; 18 - испаритель; 19 - холодоприемник; 20 - предохранительный клапан; технологические линии: 0.10 - влажный газ; 0.11 - обезвоженный газ; 2.0 - насыщенный раствор диэтиленгликоля; 2.1 - регенерированный раствор диэтиленгликоля; 2.2 - несконденсировавшиеся газы; 1.0 - перегретый пар; 1.01 - острый пар; 1.02 - рабочий пар; 1.1 - эжектируемый пар; 1.2 - смесь паров хладагента и рабочего пара; 1.3 - конденсат; 1.4 - «холодная» вода; 1.5 - «горячая» вода; 1.6 - смесь паров воды и этиленгликоля
Источником подготовки теплоносителей с различными температурными потенциалами в технологии обезвоживания ПГ является ПЭТН.
ы
ПЭТН состоит из следующих основных элементов: насоса хладагента 24; генератора пара 14, к которому подключен предохранительный клапан 20; вентиля терморегуляции 17; конденсатора 16; холодоприемника 19; испарителя 18; эжектора 15.
В генераторе пара 14 водяной пар, образуемый за счет кипения воды, используется по двум направлениям. По первому направлению водяной пар отводится в кипятильник 7, расположенный в нижней части десорбера 2, для осуществления процесса регенерации этиленгликоля. При этом водяной пар, остывая, конденсируется и аккумулируется в емкости 22, а затем возвращается в генератор пара 14. По второму направлению водяной пар под давлением подается в эжектор 15, в который одновременно забирается вода из испарителя 18. За счет эжекции водяного пара и воды в эжекторе 15 создается пониженное давление, при котором температура кипения воды снижается до 6 °С. С помощью насоса 24 вода, используемая в качестве рабочего тела ПЭТН, циркулирует через холодоприемник 19, где восстанавливается температурный потенциал воды, используемой для охлаждения «сухого» этиленгликоля.
Пары воды из эжектора 15 конденсируются в конденсаторе 16, что сопровождается выделением тепла, которое передается воде, используемой для подогрева «влажного» газа до 34-36 °С с целью интенсификации процесса абсорбции в абсорбере 1.
Одна часть воды, образовавшейся в процессе конденсации из конденсатора 16, направляется через вентиль терморегуляции 17 для восстановления объема воды в испарителе 18, а другая - вместе с конденсатом из емкости 22 направляется в генератор пара 14.
Если давление в генераторе пара 14 увеличивается больше нормативного значения, то сброс давления осуществляется через клапан 20.
Таким образом, в технологии обезвоживания ПГ функционируют линии рециркуляции воды для подогрева «влажного» газа, воды для охлаждения регенерированного этиленгликоля и воды, используемой в качестве рабочего тела ПЭТН.
Важным этапом в работе являлся выбор эжектора с целью обеспечения необходимой температуры паровоздушной смеси на выходе из сопла. Для расчета эжектора использовался первый критический режим работы, так как максимальный коэффициент эжекции (отношение расходов рабочего пара к эжектируемому) достигается при работе эжектора на критическом режиме, обусловленным сужением проточной части камеры смешения из-за возрастания скорости струи эжектируемого пара. При этом критический режим работы заключается в изменении давления и температуры рабочей среды из эжектора, не приводящей к изменению расходов и термодинамических параметров активного и эжектируемого газов в камеру смешения.
Для различных производительностей ПЭТН может быть использована методика расчета температуры смеси рабочего и эжектируемого паров, базирующаяся на термодинамическом анализе эжектора с учетом уравнений сохранения массы, количества движения и энергии для камеры смешения в проекциях на продольную ось симметрии в направлении движения основного потока [11]:
6р + ^э — ^с,
(1)
- GPVP1 - °эрэ1 — Рр1^р1 + Рэ1Рэ1 + № - Рс2^2 - - Fi) - т™ / cos a dS, (2)
Ср(СррТр1 + Vpj2) + Сэ(СрэТэ1 + v^i/2) — Gc(CpJc2 + v2^22),
(3)
где Gp, Срр, Гр1, Vpi, Ppi - расход, удельная теплоемкость, температура, скорость, давление рабочего пара на входе в камеру смешения; Gэ, Срэ, Тэ1, Vэl, Рэ1 - расход, удельная теплоемкость, температура, скорость, давление эжектируемого пара на входе в камеру смешения; Ge, Срс, Тс2, Ve2, Рс2 - расход, удельная теплоемкость, температура, скорость, давление смеси паров на выходе из камеры смешения; Ръ - давление на торцы сопла эжектора; Fs - площадь
w g
и
поверхности торцов сопла эжектора; Рср - среднее давление на стенки камеры смешения; Fi и F2 - поперечное сечение эжектора на входе и на выходе в камеру смешения соответственно; Гср - среднее касательное напряжение на стенки камеры смешения; а - угол наклона боковой поверхности камеры смешения к продольной оси симметрии в направлении движения основного потока; S - площадь боковой поверхности камеры смешения; Ki, K2 - экспериментально определяемые коэффициенты, характеризующие неравномерность плотности и пульсаций потока по сечению профиля камеры смешения.
Совместное решение уравнений (1-3) позволит определить как параметры паровоздушной смеси на выходе из эжектора ПЭТН, так и геометрические размеры диффузора, камеры смешения и сопла эжектора.
Предложенная организация технологического процесса позволяет обеспечить одновременное применение энергоемких аппаратов, функционирующих при различных температурных режимах, создаваемых ПЭТН. Замкнутые рециркуляционные линии позволяют обеспечить рекуперацию тепловой энергии и утилизацию низкопотенциальных вторичных ресурсов.
Эффективное обезвоживание ПГ реализуется в условиях промышленной и экологической безопасности при соблюдении принципов энергосбережения, а также максимальной экономии сырьевых ресурсов за счет полной циклической регенерации раствора этиленгликоля.
Выводы. Предложенная энергоэффективная технология обезвоживания ПГ для получения высококачественного авиационного топлива:
- позволяет повысить экономию энергетических ресурсов за счет внедрения в технологическую схему процесса обезвоживания ПГ ПЭТН для создания теплоносителей с разной температурой;
- исключает использование агрессивных вспомогательных сред из технологических линий, выход которых в открытое пространство при внештатной ситуации может привести к образованию взрывопожарных ситуаций или токсическому воздействию, а в качестве основного энергоносителя применятся вода;
- создает условия экологической безопасности окружающей среды путем организации замкнутых контуров, обеспечивающих минимальные потери материальных и энергетических ресурсов;
- позволяет повысить эффективность обезвоживания ПГ от жидкой и паровой фракции воды за счет оперативной регенерации абсорбента при получении высококачественного авиационного топлива.
Предложенная технология открывает реальные перспективы в подготовке высококачественного газового авиационного топлива в рамках стратегического военно-технического и оборонного планирования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Альтернативные виды авиационного топлива // Материалы совещания по международной авиации и изменению климата. Монреаль. 2009. Документ ИКАО HLM-ENV/09-WP/9.
2. Яновский Л.С., Дмитренко В.П., Дубовкин Н.Ф. Основы авиационной химмотологии: учебное пособие / Л.С. Яновский, В.П. Дмитренко, Н.Ф. Дубовкин, Ф.М. Галимов, И.В. Шевченко, А.А. Харин. М.: МАТИ, 2005. 680 с.
3. Чернышев С.Л., Ковалев И.Е., Маврицкий В.И. Переход на новое авиационное топливо // Авиаглобус. 2009. № 2 (118). С. 24-29.
4. Саргсян Д.Р. Анализ применения альтернативных топлив на воздушных судах // Научный вестник МГТУ ГА. 2011. № 174. С. 91-95.
ы
5. Пискунов В.А., Зрелов В.Н. Влияние топлив на надежность реактивных двигателей и самолетов. М.: Машиностроение, 1978. 270 с.
6. Шевцов С.А., Каргашилов Д.В., Лазурко Е.Ю., Белов Д.А. Повышение энергетической и экологической эффективности абсорбционной осушки природного газа // Нефтегазовое дело. Сетевое издание. 2019. № 1. С. 29-41.
7. Пожарная безопасность объектов, связанных с обращением горючих газов: учебное пособие / С.А. Шевцов, Д.В. Каргашилов, А.Н. Шуткин, Е.В. Романюк, Л.П. Вогман; Воронежский институт ГПС МЧС России; ВНИИПО МЧС России. Воронеж: Издательско-полиграфический центр «Научная книга», 2017. 189 с.
8. Кондауров С.Ю. Совершенствование технологии адсорбционной осушки и отбензинивания природного газа: дис. ... канд. техн. наук. Санкт-Петербург: Изд-во Газпром ВНИИГАЗ, 2O12. 141 с.
9. Лунева С.К. Решение вопросов энергосбережения и энергоэффективности при применении тепловых насосов // Технико-технологические проблемы сервиса. 2014. № З (29). C. 59-62.
10. Патент 2634782 Российская Федерация. BO1D 53/26, BO1D 53/14, BO1D 3/00. Способ осушки углеводородного газа диэтиленгликолем / Шевцов С.А., Калач А.В., Каргашилов Д.В., Сапелкин Д.И. № 2016129908; заявл. 20.07.2016; опубл. 03.11.2017, Бюл. № 31.
11. Кнунянц И.Л. Т. 1. Даффа-Меди // Химическая энциклопедия. М.: Сов. энциклопедия, 1990. 971 с.
11. Цегельский В.Г. К теории газовых эжекторов с цилиндрической и конической камерами смешения // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2012. № 2. С. 46-71.
REFERENCES
1. Al'ternativnye vidy aviacionnogo topliva // Materialy soveschaniya po mezhdunarodnoj aviacii i izmeneniyu klimata. Monreal'. 2009. Dokument IKAO HLM-ENV/09-WP/9.
2. Yanovskij L.S., Dmitrenko V.P., Dubovkin N.F. Osnovy aviacionnoj himmotologii: uchebnoe posobie / L.S. Yanovskij, V.P. Dmitrenko, N.F. Dubovkin, F.M. Galimov, I.V. Shevchenko, A.A. Harin. M.: MATI, 2005. 680 p.
3. Chernyshev S.L., Kovalev I.E., Mavrickij V.I. Perehod na novoe aviacionnoe toplivo // Aviaglobus. 2009. № 2 (118). pp. 24-29.
4. Sargsyan D.R. Analiz primeneniya al'ternativnyh topliv na vozdushnyh sudah // Nauchnyj vestnik MGTU GA. 2011. № 174. pp. 91-95.
5. Piskunov V.A., Zrelov V.N. Vliyanie topliv na nadezhnost' reaktivnyh dvigatelej i samoletov. M.: Mashinostroenie, 1978. 270 p.
6. Shevcov S.A., Kargashilov D.V., Lazurko E.Yu., Belov D.A. Povyshenie 'energeticheskoj i 'ekologicheskoj ' effektivnosti absorbcionnoj osushki prirodnogo gaza // Neftegazovoe delo. Setevoe izdanie. 2019. № 1. pp. 29-41.
7. Pozharnaya bezopasnost' ob'ektov, svyazannyh s obrascheniem goryuchih gazov: uchebnoe posobie / S.A. Shevcov, D.V. Kargashilov, A.N. Shutkin, E.V. Romanyuk, L.P. Vogman; Voronezhskij institut GPS MChS Rossii; VNIIPO MChS Rossii. Voronezh: Izdatel'sko-poligraficheskij centr «Nauchnaya kniga», 2017. 189 p.
8. Kondaurov S.Yu. Sovershenstvovanie tehnologii adsorbcionnoj osushki i otbenzinivaniya prirodnogo gaza: dis. ... kand. tehn. nauk. Sankt-Peterburg: Izd-vo Gazprom VNIIGAZ, 2012. 141 p.
9. Luneva S.K. Reshenie voprosov 'energosberezheniya i 'energo'effektivnosti pri primenenii teplovyh nasosov // Tehniko-tehnologicheskie problemy servisa. 2014. № 3 (29). pp. 59-62.
W g
U
10. РагеШ 2634782 ЯоББЦБкауа Беёегаауа. Б01Б 53/26, Б01Б 53/14, Б01Б 3/00. БроБоЬ обшЬЫ и§1еуоёогоёпо§о §а2а ёГеШеп§Нко1еш / БИеусоу Б.А., Ка1асИ Л.У., Каг§авЫ1оу Б.У., Sapelkin D.I. № 2016129908; гауау1. 20.07.2016; ориЬ1. 03.11.2017, Вуи1. № 31.
11.Кпипуапс IX. Т. 2. БаГГа-Меё1 // ИшюЬевкауа " епс1к1ореё1уа. М.: Боуе1вкауа 'епаЫоре^уа, 1990. 971 р.
12. Се§е1'8ку У.О. К 1еогп §а2оууЬ ^Ье^огоу б сШпёпсЬевко] 1 кошсЬевко] кашегаш1 БшевЬешуа // ЬуеБЙуа ууввЫЬ исИеЬпуИ 2ауеёепу. Mashinostroenie. 2012. № 2. рр. 46-71.
© Фетисов Е.В., Шевцов С.А., 2022
ы
э
и
UDK 662.767 GRNTI 44.09.29
energy-efficient dewatering technology hydrocarbon gas
for the production of high-quality aviation fuel
E.V. FETISOV, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor
S.A. SHEVTSOV, Doctor of Technical Sciences, Associate Professor
Energy-efficient dewatering of natural gas with the use of a steam-ejector heat pump is proposed, which provides heat savings of secondary energy sources in closed circuits of recirculation of energy and material flows to obtain high-quality aviation fuel. The sequence of technological operations and temperature modes of equipment operation are given. The main technological operations are the absorption of the source gas with an ethylene glycol solution during its dehydration and the desorption of spent ethylene glycol during its regeneration. The absorption process is carried out in an absorber consisting of three sections, in each of which there is a step-by-step extraction first of the droplet liquid from natural gas in the lower section, then the absorption of wet steam with an ethylene glycol solution in the middle section and the separation of the absorbent from the dehydrated gas in the upper section. The process of desorption of saturated ethylene glycol is also carried out in stages in a desorber made in the form of a poppet column. First, the moisture is evaporated in the main working part of the desorber due to the interaction of counter flows of ethylene glycol and superheated water vapor, and then in the lower part of the desorber, the remaining moisture boils off when ethylene glycol is heated in the boiler. At the same time, a conceptual approach to improving energy efficiency is the rational connection of a heat pump to the technological scheme for dewatering natural gas, which is a source of simultaneous cold and heat generation for the implementation of related processes. The modes of operation of the heat pump, which ensures the return of spent energy carriers to the technological system, excluding their release into the atmosphere, are justified. Reduced energy costs for the regeneration of the absorbent without a concomitant increase in capital and operating costs. The main and additional technological techniques have made it possible to increase the energy efficiency of natural gas dewatering and absorbent regeneration, reduce the negative environmental impact on the environment, as well as create industrial safety conditions.
Keywords: aviation fuel, natural gas, dewatering, absorption, energy efficiency, steam-ejector heat pump, regeneration of the absorbent.
ы g
и
