CC BY
70
УДК 665.6
М. А. Таймаров, Н. Е. Кувшинов, Т. О. Степанова ТЕХНОЛОГИЯ УТИЛИЗАЦИИ СМОЛ ПИРОЛИЗА И ВОДНОСМОЛЯНОЙ ЭМУЛЬСИИ
НА ПАО «КАЗАНЬОРГСИНТЕЗ»
Ключевые слова: тяжелые смолы пиролиза, сжигание, печи пиролиза, форсунки, горелки.
В статье отражены результаты разработки технологии сжигания тяжелых смол и водносмоляной эмульсии в существующих печах пиролиза с применением специально спроектированных форсунок.
Key words: heavy resin pyrolysis, incineration, pyrolysis furnace, nozzle. burner.
The article presents the results of the development of combustion technology and heavy resin emulsion vodnosmolyanoy in existing pyrolysis furnaces with the use of specially designed nozzles.
Введение
В настоящее время смолы пиролиза и водносмоляная эмульсия в количествах до 32 тонн в месяц вывозятся цистерной подрядчиком из цеха 204-205 завода «Этилен» за территорию ПАО «КАЗАНЬОРГСИНТЕЗ» на договорных условиях. Несвоевременный отвод водносмоляной эмульсии предполагает ее накоплении в циркуляционных системах водной очистки пирогаза, вызывая ее загрязнение, что не исключает «проскок» углеводородов в очистные сооружения ПАО «КАЗАНЬОРГСИНТЕЗ».
Основные показатели по свойствам смол пиролиза и водносмоляной эмульсии
По данным цеха 204-205 завода «Этилен» укрупненный по массе состав смеси смол пиролиза и водносмоляной эмульсии в процентах по массе следующий: ароматические углеводороды 40 %, тяжелые смолы -30%, асфальтены -6 %, вода 24 %. Теплота сгорания 4170 ккал /кг.
Предлагаемая схема технологии утилизации смол пиролиза и водносмоляной эмульсии
На рис. 1 приведена схема технологического участка для огневой утилизации смол пиролиза водносмоляной эмульсии с использованием печи 4/1 в цехе 204-205 завода «Этилен». Необходимые для функционирования технологического участка энергоносители: азот давлением 2... 3 кГ/см2 для продувки системы, водяной пар (расход пара 800 кг/час) для распыления смол пиролиза водносмоляной эмульсии в форсунке и для обогрева внутренней трубы для подачи смол пиролиз и водносмоляной эмульсии, электропитание (переменный ток 380 В потребляемая мощность 5 кВт) для привода насоса типа АХН.
Пиролизная печь П-4/1 является двухпоточной, трубчатой с акустическими горелками (АГТ-9 по 8 шт. на каждой печи), с горизонтальными радиантными змеевиками, конвекционными трубами. Предназначены для получения пирогаза с содержанием этилена, пропилена, путем
термического разложения углеводородного сырья. Конструктивные размеры печи П-4/1:
• Длина - 14340 мм, ширина - 4140 мм, высота -10235 мм, теплопроизводительность - 10 Гкал/час,
• производительность по сырью - 6-9 т/час. Характеристики конвекционной секции:
• Поверхность теплообмена - 322 м2.
• Диаметр труб 114 х6 мм; Количество труб -66 шт.
• Материал 30 нижних труб из стали 20.
• Материал 36 верхних труб из стали Х23Н18. Характеристики радиантной секции:
• Поверхность теплообмена - 214м2.
• Диаметр труб - 140 х 8 мм.
Водяной пар б кГ/см
Рис. 1 - Предлагаемая схема технологического участка для сжигания смол пиролиза и водносмоляной эмульсии: 1 - разработанная плоскофакельная форсунка с единичным расходом смол 1,4 м3/час 2 шт.; 2- труба стальная 032х3,2 мм для подачи смол пиролиза длиной 60 м; 3 - труба стальная 065 х 4 мм для наружного кожуха паровой рубашки длиной 50 м; 4-насос типа АХН с двойным торцовым уплотнением производительностью 2 м3/час и с напором 4...5 кГ/см2 с электродвигателем ВЗГ; 5 - тепловая изоляция - минеральная вата толщиной слоя 80 мм; 6 - существующий насос удаления водносмоляной эмульсии; 7 -манометр 0.10 кГ/см2; 8 -фильтр механический
Количество труб Материал
40 шт. сталь Х23Н18.
Расчётное давление змеевика -
25 кгс/см .
Рабочее давление на входе в печь 6-8 кгс/см2 . Рабочее давление на выходе - 1,2 кгс/см2 . Температура сырья на входе в печь - 5.. ,30°С. Температура пирогаза на выходе из печи 840°С
Для сжигания смол пиролиза и водносмоляной эмульсии планируется заменить 2 горелки АГТ-9 ( по одной горелке с каждой стороны ) на специально разработанные 2 плоско факельные форсунки. Расчет форсунки произведен с использованием методик, рекомендаций и параметров, отраженных в работах [1-11].
Установка работает следующим образом. Смолы пиролиза и водносмоляная эмульсия засасываются насосом 4 из емкости промежуточного хранения и через фильтр 8 по трубам 2 подаются к форсункам 1, с помощью которых происходит распыление и последующее сгорание смол в печи 4/1. Форсунки 1 являются паромеханическими. Распыление происходит как от давления насоса 4, так и от давления водяного пара 6 кГ/см2, подаваемого к форсункам 1. Тепловая изоляция 5 предотвращает конденсацию водяного пара в наружной паровой рубашке 3. Азот из существующей цеховой сети предназначен для продувки трубопроводов и топочного объема при пуске. При сжигании смол и водносмоляной эмульсии печь может работать как в основном технологическом режиме, так и в режиме отсутствия основной технологической нагрузки.
Произведенный теплогидравлический расчет конструктивных параметров форсунки показал, что для обеспечения производительности форсунки для сжигания смолы в количестве 750 кг/ч требуются диаметры 3-х отверстий каждое по 04 мм и для прохода пара с давлением 6 кГ/см2. и температурой 190 °С требуются диаметры 3-х отверстий каждое по 05 мм при объемном расходе водяного пара 170,5 м3/ч. Давление при подаче смолы 4,3 кГ/см2, температура смолы 90 °С. .Для увеличения производительности, обеспечения прохода хлопьевидных включений и повышения работоспособности форсунки разработан вариант насадка с регулируемой площадью проходного сечения насадка. В технологической линии использован насос с электродвигателем 2,2 кВт на 2900 об/мин во взрывозащитном исполнении с двойным торцовым уплотнением
производительностью 1,6 м3/час и с напором 4.5 кГ/см2.
Тепловой расчет топки при сжигании смол и водносмоляной эмульсии показал, что температура ядра факела составляет 1080 °С. Количество воздуха, требуемое на сжигание смол равно 4,91 м3 /кг. Состав продуктов сгорания: СО2= 12,45 % (по объему), Н2О= 8,1 %
79,45 %. Газы N0 и М02 в продуктах горения не присутствуют из-за низкой температуры горения. Метан СН4 не содержится в продуктах горения из-за исходного состава тяжелых углеводородов. Окись углерода СО в продуктах горения отсутствует, т. к. горение идет при больших избытках воздуха. Показатели регламента по ПДК
при использовании технологии утилизации смол пиролиза и водносмоляной эмульсии в цехе 204205 завода «Этилен» ПДК по содержанию вредных выбросов после печей не превышены. Проведенные предварительные испытания форсунок показали устойчивое горение факела, отсутствие наброса факела на противоположную стенку топки, отсутствие механического и химического недожога.
Выводы
1. Предложенная технология сжигания смол и водносмоляной эмульсии позволяет решить проблему утилизации с использованием существующих печей и печного оборудования без превышения ПДК по содержанию вредных выбросов.
2. Разработанные форсунки для сжигания смол и водносмоляной эмульсии пригодны для сжигания углеводородных обводненных топлив с низкой теплотой сгорания.
Литература
1. Гусовский В. Л., Лифшиц А. Е.. Тымчак В. М. Сожигательные устройства нагревательных и термических печей. Справочник. — М.: Металлургия, 1981. — 272 с.
2. АрсеевА. В. Сжигание природного газа. — М.: Металлургиздат, 1963. — 408 с.
3. Винтовкин А. А., Ладыгичев М. Г., Гусовский В. Л., Калинова Т. В. Горелочные устройства промышленных печей и топок. Справочник. — М.: Интермет Инжиниринг, 1999.— 552 с.
4. Таймаров М.А., Сафин Р.Г. Форсунка для сжигания обводненного мазута. Вестн. Казан. технол. ун-та. - 2012. -Т.15, N 16. - С.144-145.
5. Таймаров М.А Повышение эффективности работы энерготехнологических. Научное издание. Казань, КГЭУ, 2010. 108 с.
6. Винтовкин А. А., Арсеев А. В. Стабилизация факела при сжигании природного газа в длиннопламенных горелках. Реф. сб. Использование газа в народном хозяйстве. Вып. 1 — М.: ВНИИЭГазпром, 1975. С. 3-8.
7. Таймаров М. А. Горелочные устройства. Научное издание. Казань: КГЭУ, 2009 г. 147 с.
8. Танатаров М.А., Ахметшина М.Н., Фасхутдинов Р.А. Технологические расчеты установок переработки нефти. М., Химия, 1987. 352 с.
9. Сарданашвили А. Г. Львова А.И. , Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа. М., Химия, 1980. 256 с.
10. Мановян А.К. Технология первичной переработки нефти и природного газа. М., Химия, 201. 568 с.
11. Сафин Р. Г. Технологические процессы и оборудование деревообрабатывающих производств: Учебное пособие. Ч.1. - М.: МГУЛ, 2002. 688 с.
12. Исмагилова Л.М., Садртдинов А.Р., Степанова Т.О. Влияние фракционного состава древесного сырья на качество промежуточного продукта при газификации / Вестник Югорского государственного университета. 2015. № Б2 (37). С. 161-163.
13. Сафин Р.Г., Галиев И.М., Степанова Т.О., Разработка террасных досок и плит из древесины-полимерных композиционных материалов / Деревообрабатывающая промышленность. 2015, в.3, с.56-60.
14. Степанова Т.О., Степанов В. В., Исхаков Т.Д. Технологическая схема получения теплоизоляционных
материалов из древесных отходов. // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. 2015. - № 2. ч.1 С. 443-447. 15. Тунцев, Д.В. Современные направления переработки древесной биомассы [Текст]/ Д.В. Тунцев, Р.Г. Хисматов, М.Р. Хайруллина, А.С. Савельев, И.С. Романчева // Актуальные направления научных исследований XXI
века: теория и практика. - 2015. - Т. 3. - №2-1(13-1). - С. 464-468.
16. Тунцев, Д.В. Ресурсосбережение при утилизации отработанных деревянных шпал [Текст]/ Д.В. Тунцев, Р.Г. Сафин, Р.Г. Хисматов, М.Р. Хайруллина, Э.Е. Антипова, И.Ф. Гараева // Вестник технологического университета. -2015. - Т. 18. - №5. - С. 248-250.
© М. А. Таймаров - д-р техн наук, профессор каф. ПДМ КНИТУ, [email protected]; Н. Е. Кувшинов - магистрант каф. КУПГ, КГЭУ, инженер НИЛ ФХПЭ «КГЭУ», [email protected]; Т. О. Степанова - магистрант каф. ПДМ КНИТУ, [email protected].
© M. A. Taymarov - Doctor of Engineering, professor of chair of processing of wood materials, KNRTU, [email protected]; N. Е. Kuvshinov - mahystrant chair. KUPH, KH3U, engineer NII FHP "KH3U"[email protected]; Т. О. Stepanova -undergraduate of chair of processing of wood materials, KNRTU, [email protected].
